Discussion sur le suivi de l’état de santé des modules de puissance constitués de MOSFET en carbure de silicium

Malorie Hologne (1) , Pascal Bevilacqua (2) , Antoine Barrière (3) , Bruno Allard (2) , Jacques Jay (3) , Guy Clerc (1) , Hubert Razik (1)

1 MIS - Ampère, Département Méthodes pour l'Ingénierie des Systèmes
2 EE - Ampère, Département Energie Electrique
3 CETHIL - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon

This paper deals with an overview of silicon carbide MOSFET-based power module failure modes and an experimental health-monitoring approach to detect them. A strong interest on power module reliability has emerged in industrial fields because of an increasingly frequent use of converters in power transmission systems. This study is anchored in a European project, called I²MPECT, in charge of a more integrated, intelligent and compact converter realization for aerospace use. The question of converter components reliability is so essential and require investigations. The converter designed by project members will be composed of silicon Carbide (SiC) MOSFET-based power modules, known for their performances, ten times higher than silicon technology. However, these power modules present some challenges in reliability field. In this paper, reliability issues will be described and a relevant monitoring method will be explained. Technological issues concerning health-monitoring test bench establishment will be also discussed.

Cet article propose un tour d’horizon des potentiels modes de défaillances des modules de puissance, notammentceux composés de MOSFET en carbure de silicium (SiC). Une approche expérimentale du suivi de ces processus de défaillance est également proposée. La fiabilité des convertisseurs de puissance par le biais des modules est devenue une question clé dans la majeure partie des industries et notamment dans le milieu aéronautique. C’est pourquoi cette étude est ancrée dans un projet Européen nommé I²MPECT, en charge de réaliser un convertisseur de puissance reposant sur la technologie SiC, le plus compact, le plus intelligent et le plus fiable possible. Le matériau carbure de silicium présente de nombreux attraits comme le gain en volume pour une même puissance commutée ainsi que de plus faibles pertes. Cependant, l’utilisation de la technologie SiC dans des modules de puissances présente encore quelques défis en termes de fiabilité. Après une brève description des modes de défaillances attendus, un banc expérimental de suivi des défaillances sera présenté. Le choix et la mise en œuvre des indicateurs de défaillance seront également discutés.

Mots clés: indicateurs de défaillance; MOSFET SiC; module de puissance; health-monitoring; modes de défaillances

Domaines: Energie électrique

Malorie Hologne, Pascal Bevilacqua, Antoine Barrière, Bruno Allard, Jacques Jay, et al.. Discussion sur le suivi de l’état de santé des modules de puissance constitués de MOSFET en carbure de silicium. JCGE, May 2017, Arras, France. pp.141985. ⟨hal-01534708⟩