Analyse des d´ es´ equilibres en courant

La premi`ere simulation a ´et´e donc r´ealis´ee sans le mod`ele de connectique. Les courants circulant dans les huit puces IGBT en parall`ele sont, comme pr´evus, ´egaux entre eux.

Par contre, celles effectu´ees avec la prise en compte du mod`ele de connectique montrent un d´es´equilibre entre les courants lors des phases de conduction et de commutation. Une analyse syst`eme est donc possible. Il faut noter que seule la simulation permet d’analyser le comportement ´electrique interne du module car la mesure des courants de chaque puce est impossible dans un mode op´eratoire normal.

Afin de bien identifier les chemins de courant en conduction et en commutation, la r´epartition topologique des puces est donn´ee figure 3.19. Sur cette derni`ere, sont identifi´es les contacts de puissance d’anode et de cathode, les contacts de grille et reprise d’´emetteur, ainsi que la r´esistance de distribution de la grille.

Fig. 3.19 – Num´ero des puces et positionnement des contacts sur un substrat du tiers de module.

R´epartition des courants en conduction

Lorsque l’inductance de charge L se trouve sous la tension de puissance, c’est-`a-dire lorsque les IGBTs sont passants, il existe un d´es´equilibre en courant (cf. fig. 3.16). Cepen-dant, une certaine forme d’harmonisation de ce d´es´equilibre apparaˆıt puisque les formes d’ondes peuvent ˆetre regroup´ees par paire. En effet, les niveaux de courant traversant

les couples de puces (1a, 1b), (2a, 2b), (3a, 3b) et (4a, 4b) sont identiques. Ce r´esultat est tout `a fait normal aux vues de la sym´etrie parfaite qui existe entre les connexions de puissance et les pistes d’anode et de cathode sur les deux substrats (a) et (b).

Par contre, sur un mˆeme substrat, le niveau de courant dans les puces 3, 1, 4 et 2 est d´egressif. Ainsi dans la puce 3, le courant est de 61.2A alors qu’il tombe `a 37.6A dans la puce 2 `a la fin de la phase de conduction de la premi`ere impulsion. Cette diminution est due `a la r´epartition topologique des puces sur le substrat. En effet, ce sont les puces qui sont plac´ees au plus pr`es du contact principal d’anode (puces 3 et 1) qui supportent les courants les plus ´elev´es en raison de connectique plus courte et donc de r´esistance d’acc`es plus faible. La figure 3.20 pr´esente de mani`ere simplifi´ee les chemins des courants de puissance pour chaque puce d’IGBT dans un demi tiers de module et le tableau 3.3 conforte cette analyse en donnant la valeur des r´esistances entre les connexions de puis-sance d’anode et de cathode.

Fig.3.20 – Chemin simplifi´e du courant de puissance pour chaque puce d’IGBT dans un demi tiers de module.

Puce 1 Puce 2 Puce 3 Puce 4

0.66 0.92 0.56 0.8

Tab. 3.3 – R´esistance totale en mΩ entre les connexions de puissance d’anode et de cathode pour chaque puce du substrat (a).

R´epartition des courants en commutation

Le figure 3.17 montre le d´es´equilibre entre les courants des diff´erentes puces d’IGBT

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a l’ouverture. Nous constatons sur cette courbe, que les vitesses de mont´ee (dI_A/dt) dans chaque IGBT sont sensiblement diff´erentes : sur chaque substrat (a) et (b), les puces 1 et 3 ont des vitesses de mont´ee plus rapides que les puces 2 et 4. Ces d´es´equilibres sont dus aux diff´erentes tensions grille-cathode de chaque puce IGBTV_gk d´efinies par des chemins de commande et donc des ´el´ements parasites diff´erents (Fig. 3.21). C’est l’induc-tance propre situ´ee entre la cathode de la puce IGBT et le plot de reprise d’´emetteurLkK

(Fig. 3.22) qui va venir perturber la charge de la grille de la puce IGBT. En effet, les vitesses de mont´ee importantes vont cr´eer au bornes deL_kK une chute de tension durant les phases transitoires qui va venir se soustraire `a la tension V<sub>GK</sub>. Les ´el´ements mutuels (couplage L<sub>kK</sub>/L<sub>gG</sub>) peuvent ´egalement participer `a ces d´es´equilibres en commutation.

Le tableau 3.4 r´ecapitule les valeurs des inductances L_kK entre les cathodes des puces IGBT et la reprise d’´emetteur du substrat (b). Les puces 1 et 3 pr´esentent des valeurs plus faibles ; ainsi, lors des commutations, leur commande sera moins perturb´ee par les tensions L.dI_A/dt cr´ee aux bornes de ces inductances. Ainsi, elles commuteront plus ra-pidement. Il en est de mˆeme pour le comportement du substrat (a).

Le figure 3.18 pr´esente le d´es´equilibre entre les courants de diff´erentes puces d’IGBT

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a la fermeture. De la mˆeme mani`ere que pour l’ouverture, et pour chaque substrat, ce sont les puces 1 et 3 les plus rapides. Cependant, le courant commut´e `a la fin de la phase de conduction est plus ´elev´e dans les puces 1 et 3. Ainsi, la phase de queue de courant d´ebutera en mˆeme temps pour chaque puce d’un substrat, la rapidit´e de commutation des puces 1 et 3 compensant la valeur plus importante de courant commut´e.

Puce 1 Puce 2 Puce 3 Puce 4

18.45 23.219 17.494 21.661

Tab. 3.4 – Inductance totale en nH entre les cathodes des puces IGBT et la reprise d’´emetteur du substrat (b).

Fig.3.21 – Chemin simplifi´e du courant de grille pour chaque puce d’IGBT dans un demi tiers de module.

IGBT V

V

K L

V

L

g

k a A

G

R

L

V

Fig. 3.22 – Sch´ema du circuit de commande d’un IGBT avec les inductances parasites.