Optimisation de la durée de Optimisation de la durée de
vie d’un convertisseur de vie d’un convertisseur de
puissance puissance
Domaine d’application: Véhicules électriques
Définition Définition
l L’entraînement électronique d’un véhicule électrique est constitué principalement d’un convertisseur de puissance.
l Un convertisseur de puissance, convertit la tension
continue de la batterie de traction en un courant alternatif permettant de faire tourner une machine électrique.
Schéma électrique Schéma électrique
-- Convertisseur de puissance Convertisseur de puissance --
l Dans notre application, nous avons 3 bras d’IGBT en parallèle, soit 3
modules. C1
A1 B1
M ach ine triphasée 400A
1200V
400A 1200V
400A 1200V
300Arms,max
modules.
l Chaque bras d’IGBT est connecté à une phase de la machine tournante.
l Un bras d’IGBT est
constitué de deux IGBT et de deux diodes.
Gate Driv ers
Pourquoi s’attarder sur la Pourquoi s’attarder sur la caractérisation du module caractérisation du module
d’IGBT?
d’IGBT?
l Les modules de puissances sont utilisés dans un
environnement très contraignant. (Cycles thermiques &
vibrations) vibrations)
l Une défaillance d’un IGBT (spécifiquement en court circuit) peut amener à un freinage brusque du véhicule, voire même un blocage de ses roues, mettant ainsi en danger la vie du conducteur et des passagers.
La durée de vie & les facteurs La durée de vie & les facteurs
influents influents
l S’il est utilisé dans les conditions d’opération prescrites par son manufacturier (courant et tension), la durée de vie du module d’IGBT dépendrait alors principalement de son bon refroidissement.
Le refroidissement dépend des facteurs suivants:
l Le refroidissement dépend des facteurs suivants:
– Le choix de la pâte thermique à appliquer sous le module
– La quantité de cette pâte thermique
– La rugosité de la surface du lit d’eau sur lequel il serait placé
X1
X1-- Le choix de la pâte Le choix de la pâte thermique
thermique
l Nous avons 3 types de pâtes thermiques. Le pourcentage de silicone présent dans la pâte varie d’une pâte à l’autre.
– Pâte A: sans silicone – Pâte A: sans silicone
– Pâte B: avec 10% de silicone – Pâte C: avec 15% de silicone
X2
X2-- La quantit La quantitéé de pâte de pâte thermique
thermique
l La quantité de pâte à mettre sous le module variera à 3 modalités, soit:
– 10g – 10g – 15g – 20g
X3
X3 – – La rugosit La rugositéé de la surface de la surface
l La rugosité du lit d’eau varie à 3 modalités:
– Ra=0.7 μm Ra (surface lisse) – Ra=12.7 μm Ra
– Ra=12.7 μm Ra – Ra=27 μm Ra
Les variables de réponse Les variables de réponse
l Y1: la résistance thermique entre le module d’IGBT et le lit d’eau
l Y2: La migration de la pâte thermique du milieu de module vers les côtés
Y1
Y1-- La résistance thermique La résistance thermique
l Résistance thermique directement proportionnelleTempérature du module
l Unité de mesure °C/W
l On cherche la résistance thermique la plus faible possible afin
d’assurer le meilleur transfert thermique entre le module et le lit d’eau . Vu qu’il existe une proportionnalité en la résistance thermique et la température du module. Y1 sera évaluée en fonction de la température du module.
⇒ Minimiser la résistance thermique = Minimiser la température du module
Y2
Y2-- La migration de la pâte La migration de la pâte
l La réponse Y2 est évaluée à la fin du test en démontant le module et en inspectant l’état de la pâte thermique sur sa surface et sur la surface du lit d’eau.
⇒On cherche Aucun phénomène de migration.
0 : Phénomène de migration absent 1: Phénomène de migration présent
Phénomène de migration présent Y2=1
Phénomène de migration absent Y2=0
La matrice de design La matrice de design
Box
Box--Behnken Behnken
Points centraux
Tableau de l
Tableau de l’’ANOVA ANOVA
Effets importants:
X3 – X3X3 – X2X3 – X2 Le modèle quadratique avec
interactions des effets linéaires est celui qui s’adapte le mieux
Y1 en fonction de X1 et X2 Y1 en fonction de X1 et X2
Plot of Marginal Means and Conf. Limits (95,%) DV: Y1: ; t emp ératu re de grés C Desig n: 3 3-level factor s, 1 Blocks, 15 Runs NOTE: Std.Errs. for means computed from MS Error=1,333333
100 110
Plot of Marginal Means and Conf. Limits (95,%) DV: Y 1: ; t emp ératu re de grés C Desig n: 3 3-level factor s, 1 Blocks, 15 Runs NOTE: Std.Errs. for means computed from MS Error=1,333333
100 110
X2 -1, X2 0, X2
-1, 0, 1, 1,
X3 50
60 70 80 90
Y1
X3 -1, X3 0, X3
-1, 0, 1, 1,
X2 50
60 70 80 90
Y1
Y2 en fonction de X1 et X2 Y2 en fonction de X1 et X2
Plot of Marginal Means DV: Y2: ;migration päte Des ig n: 3 3-level factor s, 1 Blocks, 15 Runs
0,8 1,0 1,2 Plot of Marginal Means
DV: Y2: ;migration päte Des ig n: 3 3-level factor s, 1 Blocks, 15 Runs
0,8 1,0 1,2
X2 -1, X2 0, X2
-1, 0, 1, 1,
X3 -0,2
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8
Y2
X3 -1, X3 0, X3
-1, 0, 1, 1,
X2 -0,2
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8
Y2
