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Theses Year : 2000

Contribution to the reliability of high voltage matrix switches

Contribution à la fiabilité des interrupteurs haute tension matriciels

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Abstract

Nowadays, power electronic equipment requirements are important, conceming performances, quality and reliability. On the other hand, costs have to be reduced in order to satisfy the market rules. To provide cheap, reliability and performances, many standard components with mass production are developed. But the construction of specifie products must be considered following these two different points: in one band you can produce specifie components, with delay, overcost problems and eventuality quality and reliability problems, in the other and you can use standard components in a adapted topologies. The CEA of Pierrelatte has adopted this last technique of power electronic conception for the development ofthese high voltage pulsed power converters. The technique consists in using standard components and to associate them in series and in parallel. The matrix constitutes high voltage macro-switch where electrical parameters are distributed between the synchronized components. This study deals with the reliability of these structures. 1t brings up the high reliability aspect of MOSFETs matrix associations. Thanks to severa! homemade test facilities, we obtained lots of data concerning the components we use. The understanding of defects propagation mechanisms in matrix structures has allowed us to put forwards the necessity of robust drive system, adapted clamping voltage protection, and careful geometrical construction. Al! these reliability considerations in matrix associations have notably allowed the construction of a new matrix structure regrouping al! solutions insuring reliability. Reliable and robust, this product has already reaches the industrial stage.
Aujourd'hui, les exigences des équipements d'électronique de puissance sont fortes, tant sur le plan des performances que sur celui de la qualité et de la fiabilité. Paradoxalement, les coûts doivent être de plus en plus réduits pour répondre aux lois du marché. Pour satisfaire à son attente de fiabilité et de performances bon marché, de nombreux composants très standard sont développés. Par contre, la réalisation de produits spécifiques se heurte au dilemme suivant : soit on fait produire les composants spéciaux, avec les problèmes de délai, de surcoût et éventuellement de qualité et de fiabilité, soit on utilise des composants standard dans une topologie adaptée. C'est cette dernière façon innovante de concevoir l'électronique de puissance qu'a adoptée le CEA de Pierrelatte pour le développement de ces convertisseurs impulsionnels haute tension. La technique consiste à utiliser des composants de grande série couramment utilisés et à les associer en grand nombre. Les structures matricielles réalisées constituent des macro interrupteurs haute tension où les paramètres électriques se répartissent entre les composants pilotés de façon synchronisée. Cette étude porte sur la fiabilité de ces structures. Elle a permis de mettre en évidence l'aspect fiabilisant des associations matricielles de MOSFETs. La réalisation de bancs de test nous a permis lors d'essais de réunir de nombreuses informations sur les composants que nous utilisons. La compréhension des mécanismes de propagation des défauts dans les structures matricielles nous a permis de mettre en avant la nécessité d'une commande robuste, de systèmes de protection en tension bien adaptés, et d'une réalisation géométrique soignée. Toutes ces considérations de fiabilité dans les associations matricielles nous ont notamment permis la réalisation d'une nouvelle structure matricielle regroupant toutes les solutions assurant la fiabilité. Fiable et robuste, ce produit a d'ors et déjà atteint le stade industriel.
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tel-03339139 , version 1 (09-09-2021)

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  • HAL Id : tel-03339139 , version 1

Cite

Yvan Lausenaz. Contribution à la fiabilité des interrupteurs haute tension matriciels. Electronique. Université de droit, d'économie et des sciences d'Aix-Marseille, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03339139⟩

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CEA
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