Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance : application à l onduleur basse tension
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- Jean-Marc Delorme
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1 Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance : application à l onduleur basse tension Cyril BUTTAY CEGELY VALEO 30 novembre 2004 Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 1/50
2 1 Introduction Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 2/50
3 1 Introduction Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 2/50
4 Électronique de puissance & automobile Intérêt des actionneurs électriques liberté dans l architecture; climatisation, direction «tout électrique»... souplesse de commande; allumage, soupapes électriques. Exemple: hybridation des moteurs réduction de consommation. Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 3/50
5 Électronique de puissance & automobile Intérêt des actionneurs électriques liberté dans l architecture; climatisation, direction «tout électrique»... souplesse de commande; allumage, soupapes électriques. Exemple: hybridation des moteurs réduction de consommation. Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 3/50
6 Électronique de puissance & automobile Intérêt des actionneurs électriques liberté dans l architecture; climatisation, direction «tout électrique»... souplesse de commande; allumage, soupapes électriques. Exemple: hybridation des moteurs réduction de consommation. Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 3/50
7 La simulation en électronique de puissance Intérêt Limiter les phases de prototypage Analyser les phénomènes Accéder à des valeurs non mesurables Problèmes Peu de modèles précis Raideur des simulations Influence des interconnexions Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 4/50
8 La simulation en électronique de puissance Intérêt Limiter les phases de prototypage Analyser les phénomènes Accéder à des valeurs non mesurables Problèmes Peu de modèles précis Raideur des simulations Influence des interconnexions Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 4/50
9 La simulation en électronique de puissance Intérêt Limiter les phases de prototypage Analyser les phénomènes Accéder à des valeurs non mesurables Problèmes Peu de modèles précis Raideur des simulations Influence des interconnexions Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 4/50
10 La simulation en électronique de puissance Intérêt Limiter les phases de prototypage Analyser les phénomènes Accéder à des valeurs non mesurables Problèmes Peu de modèles précis Raideur des simulations Influence des interconnexions Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 4/50
11 La simulation en électronique de puissance Intérêt Limiter les phases de prototypage Analyser les phénomènes Accéder à des valeurs non mesurables Problèmes Peu de modèles précis Raideur des simulations Influence des interconnexions Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 4/50
12 La simulation en électronique de puissance Intérêt Limiter les phases de prototypage Analyser les phénomènes Accéder à des valeurs non mesurables Problèmes Peu de modèles précis Raideur des simulations Influence des interconnexions Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 4/50
13 Objectifs du travail Proposer un modèle complet de l onduleur Utilisation des modèles de composants du CEGELY; utilisation de SABER puis Pspice, adaptation aux contraintes basse tension, Utilisation d InCa (LEG) pour la modélisation du câblage; Confronter ces modèles à l expérience Utiliser l outil de simulation mettre en avant ses avantages; participer à la construction d un prototype virtuel; Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 5/50
14 Objectifs du travail Proposer un modèle complet de l onduleur Utilisation des modèles de composants du CEGELY; utilisation de SABER puis Pspice, adaptation aux contraintes basse tension, Utilisation d InCa (LEG) pour la modélisation du câblage; Confronter ces modèles à l expérience Utiliser l outil de simulation mettre en avant ses avantages; participer à la construction d un prototype virtuel; Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 5/50
15 Objectifs du travail Proposer un modèle complet de l onduleur Utilisation des modèles de composants du CEGELY; utilisation de SABER puis Pspice, adaptation aux contraintes basse tension, Utilisation d InCa (LEG) pour la modélisation du câblage; Confronter ces modèles à l expérience Utiliser l outil de simulation mettre en avant ses avantages; participer à la construction d un prototype virtuel; Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 5/50
16 Objectifs du travail Proposer un modèle complet de l onduleur Utilisation des modèles de composants du CEGELY; utilisation de SABER puis Pspice, adaptation aux contraintes basse tension, Utilisation d InCa (LEG) pour la modélisation du câblage; Confronter ces modèles à l expérience Utiliser l outil de simulation mettre en avant ses avantages; participer à la construction d un prototype virtuel; Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 5/50
17 Objectifs du travail Proposer un modèle complet de l onduleur Utilisation des modèles de composants du CEGELY; utilisation de SABER puis Pspice, adaptation aux contraintes basse tension, Utilisation d InCa (LEG) pour la modélisation du câblage; Confronter ces modèles à l expérience Utiliser l outil de simulation mettre en avant ses avantages; participer à la construction d un prototype virtuel; Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 5/50
18 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage 1 Introduction Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 6/50
19 Structure étudiée Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Les composants condensateurs quasi-idéaux (céramiques CMS) MOSFET câblage Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 7/50
20 MOSFET Modèle proposé Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage le MOSFET peut être modélisé par schéma équivalent Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 8/50
21 MOSFET Modèle proposé Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage le MOSFET peut être modélisé par schéma équivalent Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 8/50
22 MOSFET Modèle proposé Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage le MOSFET peut être modélisé par schéma équivalent Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 8/50
23 MOSFET Modèle proposé Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage le MOSFET peut être modélisé par schéma équivalent Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 8/50
24 MOSFET Modèle proposé Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage le MOSFET peut être modélisé par schéma équivalent Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 8/50
25 MOSFET Modèle proposé Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage le MOSFET peut être modélisé par schéma équivalent Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 8/50
26 MOSFET Modèle proposé Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage le MOSFET peut être modélisé par schéma équivalent Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 8/50
27 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET statique origine du R DSon Résistance spécifique (Ω.cm 2 ) m 10 m 1 m MOS commercialisés MOS idéal 100 u 10 V 100 V 1 kv Tension de claquage (V) Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 9/50
28 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET statique origine du R DSon Résistance spécifique (Ω.cm 2 ) m 10 m 1 m MOS commercialisés MOS idéal MOS idéal, R cablage =500 µω 100 u 10 V 100 V 1 kv Tension de claquage (V) Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 9/50
29 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET statique origine du R DSon Résistance spécifique (Ω.cm 2 ) m 10 m 1 m MOS commercialisés MOS idéal MOS idéal, R cablage =500 µω 100 u 10 V 100 V 1 kv Tension de claquage (V) Source: STMicroelectronics Spécificité MOSFET basse tension : Résistances de boîtier Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 9/50
30 MOSFET statique modèle Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Courant de drain (A) Modèle 2Kp Modele ST (spice) Mesure 12V Tension drain source (V) 8V 7V 6V 5V 4,5V 3V; 4V Modèle à «2Kp»: plus de degrés de liberté que le modèle spice level 3 ; peu complexe; 5 paramètres : Kp sat, Kp lin, θ, V th, σ. Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 10/50
31 MOSFET statique modèle Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Courant de drain (A) Modèle 2Kp Modele ST (spice) Mesure 12V Tension drain source (V) 8V 7V 6V 5V 4,5V 3V; 4V Modèle à «2Kp»: plus de degrés de liberté que le modèle spice level 3 ; peu complexe; 5 paramètres : Kp sat, Kp lin, θ, V th, σ. Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 10/50
32 MOSFET statique modèle Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Courant de drain (A) Modèle 2Kp Modele ST (spice) Mesure 12V Tension drain source (V) 8V 7V 6V 5V 4,5V 3V; 4V Modèle à «2Kp»: plus de degrés de liberté que le modèle spice level 3 ; peu complexe; 5 paramètres : Kp sat, Kp lin, θ, V th, σ. Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 10/50
33 MOSFET caractérisation statique Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Caractérisation statique Autoéchauffement ; mesures pulsées < 10 µs, dispositif de test spécifique, identification automatisée par recuit simulé. Tension drain-source (V) u u 10.0u 15.0u 20.0u 25.0u Temps (s) Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 11/50
34 MOSFET caractérisation statique Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Caractérisation statique Autoéchauffement ; mesures pulsées < 10 µs, dispositif de test spécifique, identification automatisée par recuit simulé. Tension drain-source (V) u u 10.0u 15.0u 20.0u 25.0u Temps (s) Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 11/50
35 MOSFET caractérisation statique Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Caractérisation statique Autoéchauffement ; mesures pulsées < 10 µs, dispositif de test spécifique, identification automatisée par recuit simulé. Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 11/50
36 MOSFET caractérisation statique Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Caractérisation statique Autoéchauffement ; mesures pulsées < 10 µs, dispositif de test spécifique, Courant de drain (A) identification automatisée 0 par recuit simulé s 5 s 10 s 15 s 20 s Tension drain source 8V 7V 6V 5V 4,5V 3V; 4V Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 11/50
37 MOSFET Modèle proposé Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage le MOSFET peut être modélisé par schéma équivalent Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 12/50
38 MOSFET Diode intrinsèque Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Utilisation du modèle de diode PiN du CEGELY Paramètres dynamiques : A, N, W, τ A, τ D, α; Paramètres statiques : V bi et V n0. Identification des paramètres Paramètres dynamiques : estimation de A, N, W et τ A a priori, identification aux mesures en commutation, identification de τ D et α, Paramètres statiques : V bi et V n0 ; identification avec la caractéristique statique. Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 13/50
39 MOSFET Diode intrinsèque Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Utilisation du modèle de diode PiN du CEGELY Paramètres dynamiques : A, N, W, τ A, τ D, α; Paramètres statiques : V bi et V n0. Identification des paramètres Paramètres dynamiques : estimation de A, N, W et τ A a priori, identification aux mesures en commutation, identification de τ D et α, Paramètres statiques : V bi et V n0 ; identification avec la caractéristique statique. Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 13/50
40 MOSFET Diode intrinsèque Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Utilisation du modèle de diode PiN du CEGELY Paramètres dynamiques : A, N, W, τ A, τ D, α; Paramètres statiques : V bi et V n0. Identification des paramètres Paramètres dynamiques : estimation de A, N, W et τ A a priori, identification aux mesures en commutation, identification de τ D et α, Paramètres statiques : V bi et V n0 ; identification avec la caractéristique statique. Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 13/50
41 MOSFET Diode intrinsèque Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Utilisation du modèle de diode PiN du CEGELY Paramètres dynamiques : A, N, W, τ A, τ D, α; Paramètres statiques : V bi et V n0. Identification des paramètres Paramètres dynamiques : estimation de A, N, W et τ A a priori, identification aux mesures en commutation, identification de τ D et α, Paramètres statiques : V bi et V n0 ; identification avec la caractéristique statique. Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 13/50
42 MOSFET Diode intrinsèque Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Utilisation du modèle de diode PiN du CEGELY Paramètres dynamiques : A, N, W, τ A, τ D, α; Paramètres statiques : V bi et V n0. Identification des paramètres Paramètres dynamiques : estimation de A, N, W et τ A a priori, identification aux mesures en commutation, identification de τ D et α, Paramètres statiques : V bi et V n0 ; identification avec la caractéristique statique. Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 13/50
43 MOSFET Diode intrinsèque Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Utilisation du modèle de diode PiN du CEGELY Paramètres dynamiques : A, N, W, τ A, τ D, α; Paramètres statiques : V bi et V n0. Identification des paramètres Paramètres dynamiques : estimation de A, N, W et τ A a priori, identification aux mesures en commutation, identification de τ D et α, Paramètres statiques : V bi et V n0 ; identification avec la caractéristique statique. Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 13/50
44 MOSFET Diode intrinsèque Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Utilisation du modèle de diode PiN du CEGELY Paramètres dynamiques : A, N, W, τ A, τ D, α; Paramètres statiques : V bi et V n0. Identification des paramètres Paramètres dynamiques : estimation de A, N, W et τ A a priori, identification aux mesures en commutation, identification de τ D et α, Paramètres statiques : V bi et V n0 ; identification avec la caractéristique statique. Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 13/50
45 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation de la diode dynamique Un transistor en commutation Grille et source du transistor sous test court-circuitées Simulation du modèle complet du MOSFET Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 14/50
46 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation de la diode dynamique Courant de drain (A) mesure simulation tension simulation courant s ns 1.0 us 1.5 us 2.0 us 5 Temps (s) Tension drain source (V) Un transistor en commutation Grille et source du transistor sous test court-circuitées Simulation du modèle complet du MOSFET Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 14/50
47 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation de la diode dynamique Courant de drain (A) mesure simulation tension simulation courant Tension drain source (V) Un transistor en commutation Grille et source du transistor sous test court-circuitées s ns 1.0 us 1.5 us 2.0 us 5 Temps (s) Simulation du modèle complet du MOSFET Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 14/50
48 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation de la diode statique simulation mesure Forte influence sur les pertes dans un onduleur Courant d anode (A) paramètres : 50 V bi et V n Tension anode cathode (V) Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 15/50
49 MOSFET Causes du passage en avalanche Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Inductance de maille load dump Forte dissipation d énergie modèle électrothermique Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 16/50
50 MOSFET Causes du passage en avalanche Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Inductance de maille load dump Forte dissipation d énergie modèle électrothermique Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 16/50
51 MOSFET Causes du passage en avalanche Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Inductance de maille load dump Forte dissipation d énergie modèle électrothermique Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 16/50
52 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation de la diode en avalanche principe condensateur chargé à v C fermeture de 1, charge de L fermeture de 2 et 3 ouverture de 1 ouverture de 3 (avalanche) fermeture de 1 2 isolé Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 17/50
53 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation de la diode en avalanche principe condensateur chargé à v C fermeture de 1, charge de L fermeture de 2 et 3 ouverture de 1 ouverture de 3 (avalanche) fermeture de 1 2 isolé Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 17/50
54 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation de la diode en avalanche principe condensateur chargé à v C fermeture de 1, charge de L fermeture de 2 et 3 ouverture de 1 ouverture de 3 (avalanche) fermeture de 1 2 isolé Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 17/50
55 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation de la diode en avalanche principe condensateur chargé à v C fermeture de 1, charge de L fermeture de 2 et 3 ouverture de 1 ouverture de 3 (avalanche) fermeture de 1 2 isolé Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 17/50
56 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation de la diode en avalanche principe condensateur chargé à v C fermeture de 1, charge de L fermeture de 2 et 3 ouverture de 1 ouverture de 3 (avalanche) fermeture de 1 2 isolé Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 17/50
57 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation de la diode en avalanche principe condensateur chargé à v C fermeture de 1, charge de L fermeture de 2 et 3 ouverture de 1 ouverture de 3 (avalanche) fermeture de 1 2 isolé Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 17/50
58 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation de la diode en avalanche principe condensateur chargé à v C fermeture de 1, charge de L fermeture de 2 et 3 ouverture de 1 ouverture de 3 (avalanche) fermeture de 1 2 isolé Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 17/50
59 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation de la diode en avalanche mesures 120 A I D (A) V DS (V) V F (V) 80 A 40 A 0 A 30 V 20 V 10 V 0 V 0.5 V 0.6 V 0 s 200 us 400 us 600 us 800 us Temps (s) Mesures : Courant de drain; Tension drain source; Température durant le refroidissement. Impulsions de durée croissante extraction de I D (t), V DS (t) et T (t). Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 18/50
60 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation de la diode en avalanche mesures 120 A I D (A) V DS (V) V F (V) 80 A 40 A 0 A 30 V 20 V 10 V 0 V 0.5 V 0.6 V 0 s 200 us 400 us 600 us 800 us Temps (s) Mesures : Courant de drain; Tension drain source; Température durant le refroidissement. Impulsions de durée croissante extraction de I D (t), V DS (t) et T (t). Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 18/50
61 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation de la diode en avalanche mesures 120 A I D (A) V DS (V) V F (V) 80 A 40 A 0 A 30 V 20 V 10 V 0 V 0.5 V 0.6 V 0 s 200 us 400 us 600 us 800 us Temps (s) Mesures : Courant de drain; Tension drain source; Température durant le refroidissement. Impulsions de durée croissante extraction de I D (t), V DS (t) et T (t). Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 18/50
62 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation de la diode en avalanche mesures 120 A I D (A) V DS (V) V F (V) 80 A 40 A 0 A 30 V 20 V 10 V 0 V 0.5 V 0.6 V 0 s 200 us 400 us 600 us 800 us Temps (s) Mesures : Courant de drain; Tension drain source; Température durant le refroidissement. Impulsions de durée croissante extraction de I D (t), V DS (t) et T (t). Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 18/50
63 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation de la diode en avalanche mesures 120 A I D (A) V DS (V) V F (V) 80 A 40 A 0 A 30 V 20 V 10 V 0 V 0.5 V 0.6 V 0 s 200 us 400 us 600 us 800 us Temps (s) Mesures : Courant de drain; Tension drain source; Température durant le refroidissement. Impulsions de durée croissante extraction de I D (t), V DS (t) et T (t). Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 18/50
64 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation de la diode en avalanche mesures 120 A I D (A) V DS (V) V F (V) 80 A 40 A 0 A 30 V 20 V 10 V 0 V 0.5 V 0.6 V 0 s 200 us 400 us 600 us 800 us Temps (s) Mesures : Courant de drain; Tension drain source; Température durant le refroidissement. Impulsions de durée croissante extraction de I D (t), V DS (t) et T (t). V DS = V BR + βt + R BR I D Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 18/50
65 MOSFET Modèle proposé Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage le MOSFET peut être modélisé par schéma équivalent Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 19/50
66 MOSFET Modèle proposé Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage le MOSFET peut être modélisé par schéma équivalent Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 19/50
67 MOSFET Capacités Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage C GS Capacité constante un seul paramètre: C GS C DS Capacité de jonction de la diode interne déjà modélisée C GD Capacité d oxyde en série avec une capacité de jonction 2 paramètres suplémentaires : A GD et C ox 3 paramètres à identifier : C GS, A GD et C ox Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 20/50
68 MOSFET Capacités Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage C GS Capacité constante un seul paramètre: C GS C DS Capacité de jonction de la diode interne déjà modélisée C GD Capacité d oxyde en série avec une capacité de jonction 2 paramètres suplémentaires : A GD et C ox 3 paramètres à identifier : C GS, A GD et C ox Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 20/50
69 MOSFET Capacités Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage C GS Capacité constante un seul paramètre: C GS C DS Capacité de jonction de la diode interne déjà modélisée C GD Capacité d oxyde en série avec une capacité de jonction 2 paramètres suplémentaires : A GD et C ox 3 paramètres à identifier : C GS, A GD et C ox Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 20/50
70 MOSFET Capacités Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage C GS Capacité constante un seul paramètre: C GS C DS Capacité de jonction de la diode interne déjà modélisée C GD Capacité d oxyde en série avec une capacité de jonction 2 paramètres suplémentaires : A GD et C ox 3 paramètres à identifier : C GS, A GD et C ox Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 20/50
71 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation du comportement dynamique I G (A) V GS (V) I D (A) V DS (V) mesure 1 simulation u 6u 8u 10u 12u 14u 16u 18u 20u Interactions câblage/capacités MOSFET Commutations rapide et lente Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 21/50
72 Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage MOSFET Caractérisation du comportement dynamique V DS (V) I D (A) V GS (V) I G (A) mesure 0.1 simulation u 6u 8u 10u 12u 14u 16u 18u 20u Interactions câblage/capacités MOSFET Commutations rapide et lente Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 21/50
73 Câblage Influence sur la commutation Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage V DS (V) L D =1n L D =5n L D =20n L D =50n 6.0u 6.5u 7.0u 11.0u 11.5u ouverture fermeture I D (V) Influence de L D 6.0u 6.5u 7.0u 11.0u 11.5u Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 22/50
74 Câblage Influence sur la commutation Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage V DS (V) L S =1n L S =5n L S =20n L S =50n 6.0u 6.5u 7.0u 11.0u 11.5u ouverture fermeture I D (V) Influence de L S 6.0u 6.5u 7.0u 11.0u 11.5u Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 22/50
75 Câblage Modèles Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Capacités parasites utilisation de SMI : fortes capacités des pistes; basse tension : faible impact des capacités parasites; Inductances et résistances parasites utilisation de SMI : faible inductance des pistes ; fort courant : prédominance des inductances et résistances parasites; Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 23/50
76 Câblage Modèles Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Capacités parasites utilisation de SMI : fortes capacités des pistes; basse tension : faible impact des capacités parasites; Inductances et résistances parasites utilisation de SMI : faible inductance des pistes ; fort courant : prédominance des inductances et résistances parasites; Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 23/50
77 Câblage Modèles Introduction Modèle statique du MOSFET Diode du MOSFET Capacités Influence du câblage Capacités parasites utilisation de SMI : fortes capacités des pistes; basse tension : faible impact des capacités parasites; une formulation simple suffit : C = C surfacique S piste Inductances et résistances parasites utilisation de SMI : faible inductance des pistes ; fort courant : prédominance des inductances et résistances parasites; Cyril BUTTAY Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance 23/50
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