Stage - Suivi de l’état de dégradation des semiconducteurs de puissance par l’analyse de leurs paramètres dynamiques de commutation - H/F

Contexte général

La fiabilité des semi-conducteurs de puissance constitue un enjeu majeur pour les convertisseurs soumis à de fortes contraintes de disponibilité, notamment dans les applications ferroviaires. Les sollicitations électriques, thermiques et mécaniques répétées peuvent progressivement dégrader les puces et leurs interconnexions. La détection précoce de ces évolutions permettrait d’améliorer le diagnostic des équipements, d’anticiper les opérations de maintenance et de limiter les arrêts non planifiés.

Les grandeurs électriques observables pendant les commutations, telles que les délais et les durées de commutation, les pentes de courant et de tension, les surtensions, le plateau de Miller ou les énergies de commutation, peuvent évoluer avec l’état du composant et de son assemblage [1]. Leur exploitation pour le suivi de santé reste toutefois complexe, car elles dépendent également de la température de jonction, du point de fonctionnement, du circuit de commande, des éléments parasites et de la chaîne de mesure. Il est donc nécessaire d’évaluer leur sensibilité aux mécanismes de dégradation ainsi que leur robustesse vis-à-vis de ces facteurs d’influence.

Dans ce contexte, le stage visera d’abord à identifier et à hiérarchiser les paramètres dynamiques de commutation les plus prometteurs pour suivre l’évolution de l’état de santé des semi-conducteurs de puissance. Cette analyse combinera une étude bibliographique, des simulations de circuits électroniques et une étude de sensibilité aux conditions de fonctionnement et aux éléments parasites. Dans un second temps, le ou la stagiaire développera une méthode de mesure en ligne des indicateurs retenus, depuis la définition de l’architecture de mesure jusqu’à la conception et au routage d’une carte électronique dédiée. La solution recherchée devra être si possible non intrusive sur le fonctionnement du convertisseur.

Ce stage constitue la première étape d'un projet de recherche plus large et pourra être poursuivi dans le cadre d'une thèse de doctorat consacrée au suivi de la dégradation des semi-conducteurs de puissance en fonctionnement dans les convertisseurs de traction ferroviaire.

Missions

Le stage s'articulera autour des activités suivantes :

·       Réaliser une étude bibliographique sur les méthodes de suivi de l’état de santé des semi-conducteurs de puissance, avec un focus sur les indicateurs électriques mesurables pendant les phases de commutation et sur les mécanismes de dégradation auxquels ils sont sensibles.

·       Identifier les paramètres dynamiques candidats et les comparer selon leur sensibilité à la dégradation, leur répétabilité, leur dépendance à la température et au point de fonctionnement, les contraintes de bande passante ainsi que leur compatibilité avec une mesure en ligne.

·       Développer sous LTspice un modèle de cellule de commutation intégrant le semi-conducteur, son circuit de commande et les principaux éléments parasites, afin d’analyser l’influence du vieillissement et des conditions de fonctionnement sur les formes d’onde transitoires.

·       Proposer une méthode de mesure en ligne pour les paramètres retenus, en définissant les capteurs, les circuits d’adaptation et de protection, la synchronisation de l’acquisition, les besoins de bande passante et les traitements nécessaires à l’extraction des indicateurs.

·       Concevoir et router une carte électronique de mesure dédiée, en tenant compte des contraintes d’isolation, de compatibilité électromagnétique, de sécurité électrique, de bruit et de limitation des inductances parasites.

·       Valider la méthode sur un banc d’essai représentatif, comparer les résultats aux simulations et caractériser la précision, la répétabilité et la robustesse des indicateurs vis-à-vis des variations de température, de courant, de tension de bus et de commande de grille.

Reference

[1] G. Susinni, S. A. Rizzo et F. Iannuzzo, « Two Decades of Condition Monitoring Methods for Power Devices », Electronics, vol. 10, no 6, article 683, 2021. DOI : 10.3390/electronics10060683. https://www.mdpi.com/2079-9292/10/6/683

Élève ingénieur ou étudiant en Master 2, spécialisé en génie électrique, électronique de puissance, électronique embarquée ou systèmes électriques.

Merci de joindre vos relevés de notes en études supérieures. 

Date de démarrage : Février/mars 2027 (durée de 6 mois)

Soft skills

• Capacités d’analyse, de synthèse et interprétation de résultats expérimentaux

• Travail en équipe

• Autonomie et goût pour le développement expérimental

• Rigueur

• Capacités d’organisation

• Curiosité et créativité

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