Conception, réalisation et caractérisation d'un composant limiteur de courant commandé en carbure de silicium et son intégration système

par Dominique Tournier

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Dominique Planson.


  • Résumé

    L'expansion, des réseaux électriques en tous genres : distribution d'énergie, télécommunication, dans les secteurs tant industriel que domestique a fortement contribué à l'augmentation des risques d'apparition de défauts, tels qu'une surtension ou une surintensité. Cette multiplicité et complexité des réseaux électrique et le besoin de disposer de systèmes fiables et à haut rendement a favorisé le développement de dispositifs de protection, et plus particulièrement de la protection série. Du fait de la forte énergie apparaissant lors d'un court-circuit, plusieurs contraintes apparaissent pour la conception d'un composant limiteur de courant. La première concerne son aptitude à limiter et dissiper l'énergie du court-circuit, sous forme de chaleur. La deuxième contrainte est la capacité du composant (ou du système) à fonctionner sous haute tension, du fait des surtensions pouvant apparaître dans les installations électriques en cas de défaut. Ces deux contraintes, et les propriétés physiques du carbure de silicium, ont conduit à une étude de faisabilité d'un composant limiteur de courant en utilisant du SiC-4H, d'un calibre en courant de 32 A pour une tension nominale VN = 690 V. Une structure de type VJFET a été retenue, puis optimisée en tenant compte du cahier des charges, des particularités physiques du SiC et de la technologie de fabrication associée. Un premier lot de composant a été fabriqué, mettant en évidence la possibilité d'obtenir un composant limiteur de courant bidirectionnel en courant et en tension, fonctionnant pour des tensions maximale de l'ordre de 970V. Les divers résultats issus du premier lot de composants ont permis d'effectuer quelques ajustements pour la fabrication d'un deuxième lot de composants afin de valider la faisabilité d'un composant limiteur de courant, d'étudier la mise en parallèle massive de structures élémentaire pour atteindre les objectifs en courant et de s'intéresser également à la possibilité de l'intégration système du limiteur de courant. La simultanéité d'obtention d'un MESFET latéral conjointement au limiteur de courant ouvre ces perspectives d'obtention d'un limiteur de courant commandé autonome. Les ajustements du processus de fabrication ont été validés sur un lot intermédiaire. L'efficacité de la protection série a ensuite été validée dans un application faible puissance (IN = 16 mA, VN = 240 V), démontrant l'aptitude du composant élémentaire à limiter le courant de court-circuit en un temps très faible (t < µs).

  • Titre traduit

    = Conception fabrication and characterization of a silicon carbire current limiter and system integration


  • Résumé

    The expansion of electricity networks (distribution of energy, telecommunication), in sectors manufacturer or domestics strongly contributed to the increase of the risks of appearance of defects, such as a surge or an overload. This multiplicity and electric complexity of networks, need to have reliable systems and in high return favored the development of devices of protection as serial protection. Because of the strong energy appearing during a short circuit, it is necessary to limit and to dissipate the energy of the short circuit, under high bias. These constraints led to a feasibility study of a current limiter in 4H-SiC, of a nominal current IN = 32 A and a nominal voltage VN = 690 V. A VJFET structure was retained, then optimized by taking into account foreseen characteristics and SiC peculiarities. A first lot of component was made, validating the bidirectional limitation function in both current and tension mode, (VMAX = 970 V). The efficiency of the protection was validated, demonstrating the capacity of a component to react at very weak time (t< 1 microsecond)

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Informations

  • Détails : 188 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 182-188. Publications de l'auteur p. 181

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2803)
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