C. ROUAUD, P. LAGONOTTE, A. ALEXANDRE, "Modèle thermique réduit d'un module triphasé de puissance pour son contrôle en température", REE N°10, novembre 2004, pp. 34-39.

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Article : [PAP541]

Titre : C. ROUAUD, P. LAGONOTTE, A. ALEXANDRE, Modèle thermique réduit d'un module triphasé de puissance pour son contrôle en température, REE N°10, novembre 2004, pp. 34-39.

Cité dans :[REVUE559] REE N°10, Revue de l'Electricité et de l'Electronique, novembre 2004.
Cité dans : [DIV105]  Les revues RGE Revue de Générale de l'Electricité et REE Revue de l'Electricité et de l'Electronique, France.

Auteur : Cédric Rouaud
Auteur : Patrick Lagonotte
Auteur : Alain Alexandre

Stockage : T. LEQUEU, IUT parc de Grandmont
Date : novembre 2004
Pages : 34 - 39
Adresse : ENSMA - Laboratoire d'Etudes Thermiques, Futuroscope
Mots-clés : Modèle thermique. Module triphasé. Puces de Silicium, Composants électroniques.
Vers : Bibliographie
Vers : Les auteurs

1. Introduction :
L'estimation de la température de jonction des puces électroniques peut être réalisée par différentes techniques. En effet, ces composants peuvent être modélisés grâce à des méthodes analytiques de résolution de l'équation de la chaleur comme celles développées par Maillet [1] ou Dorkel [2] ou bien en utilisant des méthodes numériques (éléments ou volumes finis) présentées par Ciappa [3], ou enfin grâce à une méthode nodale décrite par Székely [4] et présentée au début de cet article.

Les modèles thermiques réduits habituellement associés aux modèles électriques ou mécaniques sont ceux de Foster ou Cauer présentés à la figure 1. Ils sont exclusivement composés de résistances et de capacités dont les valeurs sont fournies par les fabricants de modules de puissance [5].

Ces types de modèles réduits ne tiennent pas compte de la conduction tridimensionnelle de la chaleur au sein du module de puissance ni de l'assemblage d'un futur refroidisseur du module.

Notons que d'autres structures sont possibles: la seconde synthèse de Foster ou un modèle de Cauer correspondant à une discrétisation fréquentielle (figure 2).

Nous proposons une nouvelle méthodologie avec une approche mathématique rigoureuse permettant d'obtenir des modèles thermiques ayant la même réponse dynamique qu'un modèle complet en 3D, et ce pour une large gamme de fréquences.

2. Modèle thermique nodal d'un module de puissance

Dans un modèle thermique nodal, la structure du système est divisée en parallélépipèdes élémentaires auxquels sont associés une " capacité thermique" ainsi que des conductances de conduction les reliant entre eux. Nous avons modélisé par cette méthode le tiers d'un module de puissance (par raison de symétrie) composé de six IGBTs et de six diodes répartis sur trois substrats en céramique (voir figure 3).

Bibliographie

Références : 8
[1] : G. MARANZANA, 1. PERRY, D. MAillET, "Quadruopole thermal modelling of a pyramidal multilayer multiblock", IHTC 12.
[2] : P. TOUNSI, K. BELLI l, J.-M. DORKEL, "Simulation électrothermique en régime dynamique de modules de puissance multi-puces ou à larges surfaces actives", EPF 98, Belfort.
[3] : C.-S. YUN, P. MALBERTI, M. ClAPPA et W. FICHTNER, "Thermal component model for electrothermal analysis of IGBT module systems", IEEE Transactions on advanced packagings, vol. 24, no3, Août 2001.
[4] : V. SZEKELY, A. PAHI, M. ROSENTAL, M. RENCZ, "SUN-RED; a field solver and compact model generator tool based on successive node reduction", MSM'99.
[5] : U. HECHT. U. SCHEUERMANN, "Static and transient thermal resistance of advanced power modules", PCIM 2001.
[6] : P. LAGONOTTE, Y. BERTIN, J.-B. SAULNIER, "Analyse de la qualité de modèles nodaux réduits à l'aide de la méthode des quadripôles", International Journal of Thermal Sciences, janvier 1999, vol. 38, p. 51-65. Elsevier, Paris.
[7] : J.-F. TRIGEOL, P. LAGONOTTE, J.-B. SAULNIER, "Optimum nodal reduced size modelling of the heat transfer", International Journal of Heat and Technology, décembre 2002.
[8] : J.-F. TRIGEOL, F. SOULIER, P. LAGONOTTE, "Reduction of analytical thermal models and their development in the form of networks". European Physical Journal Applied Physics, vol 20, n° 2 novembre 2002, p. 105-119.

Les auteurs

Patrick Lagonotte est né à Paris en 1959. Ancien élève de l'Ecole normale supérieure de Cachan, professeur agrégé de génie électrique en 1984, docteur de l'Institut national polytechnique de Grenoble en 1987 avec une thèse sur les réseaux électriques haute tension.
Il est maître de conférences à l'université de Poitiers depuis 1988 où il enseigne l'électrotechnique et est auteur d'un ouvrage sur les installations électriques.
Il effectue ses recherches au laboratoire d'études thermiques de l'Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique de Poitiers. Ses principaux domaines de recherche sont la modélisation des systèmes, la thermique des machines électriques, le refroidissement des semi-conducteurs de puissance, les équations de diffusion et de propagation, la modélisation des systèmes d'ordre non entier ou d'ordre infini.

Cédric Rouaud, RENAULT, Direction de la Recherche, Groupe Thermique. Hydraulique et Qualité de l'air
TCR AVA 1 57, 1 Av. du Golf, 78288 Guyancourt, France.
Tel : 01-34-95-90-41
Fax : 01-34-95-77-71
Lien : " mailto:cedric.rouaud@renault.com "
Ingénieur de l'École polytechnique de Nantes en 2000, Docteur de l'Université de Poitiers (ENSMNLET) en 2004. Il travaille sur la gestion thermique des véhicules à chaîne de traction conventionnelle et hybride, le refroidissement des composants électroniques de puissance, la modélisation thermique des organes de la chaîne de traction et la réduction des modèles thermiques.

Alain Alexandre, laboratoire d'Études Thermiques, UMR CNRS no6608,
ENSMA, BP 40109, 86961 Futuroscope Cedex, France.
Tel : 05-49-49-81-26
Fax : 05-49-49-81-01
Lien : " mailto:alexandre@letensma.fr "
Ingénieur ENSMA en 1968, Maître de Conférences à l'ENSMA depuis 1977, Tour à tour Directeur de TSR, Responsable de département énergétique et thermique de l'ENSMA, Responsable équipe de recherche équipe ASO (Analyse Système et Optimisation), Responsable de projets sur le refroidissement diphasique des piles à combustibles, Directeur de l'unité du CNRS 'TES' (Thermique des Engins Spatiaux). Activité orientée vers le spatial (caloducs) et vers l'énergétique des moteurs à combustion interne (larges systèmes). Nombreuses publications et thèses encadrées dans le domaine avec les constructeurs automobiles.

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