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RÉSUMÉ
L’une des étapes, lors de la détermination des différents éléments constituant un convertisseur de puissance, est le choix du dissipateur qui préserve l’intégrité thermique des semi-conducteurs de puissance. Celle-ci est réalisée en maintenant la température de jonction du composant en dessous de sa valeur critique pendant le cycle de fonctionnement. Le coût du dissipateur, ou plus globalement de la fonction refroidissement, est étroitement lié au couple dissipateur-composant.
La démarche industrielle de choix d’un dissipateur est développée dans cet article, un compromis entre le calcul académique et une simulation parfois laborieuse.
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Jean-François ROCHE : Directeur technique, ARCEL - avec la collaboration de Bruno ALLARD
INTRODUCTION
L’une des étapes, lors de la détermination des différents éléments constituant un convertisseur de puissance, est le choix du dissipateur, afin de préserver l’intégrité thermique des semi-conducteurs de puissance. Celle-ci est réalisée en maintenant la température de jonction du composant en dessous de sa valeur critique pendant le cycle de fonctionnement.
Le coût du dissipateur, ou plus globalement de la fonction refroidissement, est étroitement lié au couple dissipateur-composant.
Par exemple, pour maintenir à température un ou deux boîtiers TO3, le coût du couple « dissipateur + ventilateur » est souvent plus important que la somme des coûts des composants à refroidir. En règle générale, plus l’application est de forte puissance, plus le couple « semi-conducteur + étages de commande » est prépondérant, face au poste dissipateur. Cela est dû en partie au coût des semi-conducteurs de puissance.
Le choix du dissipateur ne peut être effectué qu’en connaissance des éléments suivants :
-
nombre et type des composants à refroidir, donc connaissance du boîtier utilisé pour chaque composant (composant discret, module, presspack…) ;
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pertes générées par chaque composant (dépendent du cycle de fonctionnement et de la topologie du montage), surcharges éventuelles ;
-
mode de refroidissement souhaité (convection naturelle, ventilation forcée, chambres à eau…) ;
-
contraintes mécaniques et intégration du système dans son environnement final (contraintes diélectriques, fixation du montage, mise en coffret).
L’objet de ce dossier est de développer la démarche industrielle de choix d’un dissipateur, compromis entre le calcul académique et la simulation parfois laborieuse.
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MOTS-CLÉS
semi-conducteur Convertisseur de puissance Convection température de jonction dissipation d'énergie Convection forcée pertes plaque froide
VERSIONS
- Version archivée 1 de août 2007 par Jean-François ROCHE
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Conclusion
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4. Aspects environnementaux
En lien avec les objectifs de la Stratégie nationale bas carbone (SNBC) qui prévoit d’atteindre la neutralité carbone à l’horizon 2050, les aspects de décarbonation seront mentionnés ou développés en fonction du sujet de l’article dans une section à part entière ou au fil du texte tels que :
-
coût ou bilan énergétique du procédé, évolutions nécessaires à mettre en œuvre pour une meilleure efficacité énergétique ;
-
empreinte carbone, évaluation des émissions de gaz à effet de serre (GES) ;
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analyse du cycle de vie (ACV), recyclage des déchets, traitement des émissions, solutions de captage du CO2…
Les autres impacts environnementaux tels que l’empreinte écologique, les effets sur la biodiversité, les autres types de pollution ne seront pas oubliés.
Les informations précises et chiffrées seront privilégiées. Les normes, réglementations, rapports ou articles de référence pouvant apporter un éclairage sur ces aspects seront cités.
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Aspects environnementaux
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - IGBT Module - Application Manual. - Hitachi Ltd. http://www.pi.hitachi.co.jp/pse/ images/pdf/igbt-aple.pdf
-
(2) - Fuji IGBT - Modules Application Manual. - Fuji Device Technology Co Ltd. (2004). http://www.fujisemiconductor.com/old_pdf/app_notes/fuji_igbt_application_manual (REH984).pdf
-
(3) - The next generation of cooling equipment. - Austerlitz http://www.austerlitz-electronic.de/AE_K2004.pdf
-
(4) - Thermal management. - Ferraz Date Industries (2001). http://www.ferraz-shawmut.com/fr/resources/ pdfs/thermal-management.pdf
-
(5) - Thermal Response of Semiconductor. - Application Note AN-292, Motorola.
-
(6) - LEFRANC (P.) - Étude, conception et réalisation de circuits de commande d’IGBT de forte puissance. - Institut...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1 Outils logiciels (liste non exhaustive)
SIMPLORER http://www.ansoft.com/products/em/simplorer/
SABER http://www.synopsys.com/saber/
SPICE http://bwrc.eecs.berkeley.edu/Classes/IcBook/SPICE/
MATLAB http://fr.mathworks.com/products/matlab.html
PLECS http://www.plexim.com/products/plecs
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FLUENT http://www.fluent.com/
FLOTHERM http://www.flomerics.fr/flotherm/
ICEPAK http://www.icepak.com/
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