La température de jonction est cruciale pour déterminer la capacité de cyclage de puissance des dispositifs à semi-conducteurs de puissance. Une nouvelle génération de capteurs de température à fibre optique permet une mesure directe plus fiable pour améliorer l’analyse du vieillissement des modules de puissance et des modes de défaillance.
Cet article est publié par pÉlectrique dans le cadre d’un partenariat exclusif de contenu numérique avec Bodo’s Power Systems.
La température de jonction (Tj) est cruciale pour déterminer la capacité de cyclage de puissance des dispositifs à semi-conducteurs. Elle est essentielle pour l’extraction des caractéristiques thermiques des IGBT, l’élaboration des lois de durée de vie et l’étude de la stabilité des puces de puissance. Une nouvelle génération de capteurs de température à fibre optique permet une mesure directe plus fiable de ces paramètres critiques pour améliorer l’analyse du vieillissement des modules de puissance et des modes de défaillance. Ils peuvent prédire la fin de vie des modules avec une instrumentation intégrée et permettre une maintenance préventive plutôt que des actions correctives grâce à la surveillance de l’état.
Figure 1. Capteur déployé sur la puce à travers du gel silicone (courtoisie de l’Université d’Aalborg)
Cyclage de puissance et profilage de mission
La température de jonction précise est cruciale et essentielle pour extraire les caractéristiques thermiques des IGBT, élaborer des lois de durée de vie et étudier la stabilité des puces de puissance. Ces processus ont permis d’élaborer sur le vieillissement et les modes de défaillance des modules de puissance. Ces mesures sont généralement effectuées dans des conditions contrôlées sur une période de temps relativement courte. Les capteurs sont rarement fixés de manière permanente à la puce ou au fil, permettant leur réutilisation.
Les capteurs à fibre optique offrent :
- Répétabilité et cohérence des mesures
- Pack de capteurs avec ou sans gel
- Tête rigide et petite pour un placement précis
- Aucun risque de transfert d’énergie pour les techniciens
- Temps de réponse dans la gamme des millisecondes
Surveillance de l’état
La surveillance active vise à prédire les problèmes potentiels sur les modules de puissance difficiles d’accès ou intégrés à des systèmes critiques tels que les générateurs offshore, les environnements sous-marins, les modules multicircuit à densité de puissance élevée et les infrastructures critiques (trains à grande vitesse).
Les éoliennes fonctionnent généralement dans des environnements éloignés et rigoureux et sont sujettes à diverses défaillances des sous-systèmes. Le module IGBT est un sous-système de premier plan contributif au taux global de défaillance et à l’arrêt des éoliennes. En raison de la préoccupation croissante concernant la fiabilité à long terme des éoliennes, il y a eu un intérêt significatif pour le développement de technologies de surveillance de l’état en ligne pour les principaux sous-systèmes des éoliennes. Par conséquent, pour garantir un fonctionnement sûr et réduire le coût de maintenance via une maintenance basée sur l’état pour les éoliennes, il est essentiel de surveiller en ligne le vieillissement des IGBT utilisés dans les convertisseurs de puissance des éoliennes.
Figure 2. Variations de température abruptes pendant le cyclage de puissance (courtoisie de l’Université Gustave Eiffel)
Les capteurs optiques sont l’outil parfait pour prédire le vieillissement basé sur la température car ils ne nécessitent ni maintenance ni calibration après installation. De plus, la conception et le conditionnement du convertisseur industriel ne nécessitent aucune modification. Enfin, le module de puissance peut fonctionner à pleine puissance et pleine tension (représentant les conditions de fonctionnement réelles) après instrumentation.
Cet article est initialement paru dans le magazine Bodo’s Power Systems [PDF].