Couverture ElectroniqueS n°127

Tiré par de multiples marchés porteurs, le secteur de la gestion d'énergie, toutes puissances confondues, s'est rassemblé à Nuremberg pour sa grand-messe industrielle européenne avec, à la clé, une avalanche d'annonces produits. Nuremberg. Depuis plusieurs dizaines d'années au mois de mai, la ville de Nuremberg est le passage obligé des oiseaux migrateurs de la puissance que sont les fabricants de semiconducteurs mondiaux. Sont ainsi venus participer à l'édition 2008 de cette manifestation industrielle organisée par Mesago du 27 au 29 mai derniers, non seulement les fabricants locaux, Diotec, Eupec, Infineon, Ixys, Semikron ou les proches voisins, STMicroelectronics, ABB, Zetex, mais aussi leurs plus lointains cousins américains, Cree Research, Fairchild Semiconductor, International Rectifier, Microsemi, Texas Instruments et les japonais Fuji Electric, Mitsubishi Electric, ou Toshiba, ainsi que d'autres encore aux noms un peu moins connus, spécialisés dans des technologies plus spécifiques. Ce noyau de fabricants de semiconducteurs de puissance génère une certaine dynamique industrielle, avec un grand nombre d'annonces produits spécifiques sur le salon, la venue de nombreux fournisseurs complémentaires des domaines connexes (encapsulation, composants passifs, refroidissement, simulation) et un cycle de conférences universitaires techniques qui bénéficient largement de la participation des industriels. Sixième génération d'IGBT à grille en tranchéeDe son côté, ABB, fournisseur, entre autres, de puces pour Semikron et Vincotech, a proposé un des modules à IGBT les plus puissants du salon. Son dernier modèle HiPak2 est en effet capable de gérer des courants de 750 A sous une tension de 6,5 kV. Il complète une gamme de produits qui inclut déjà un modèle 1 500 A/3,3 kV et un 1 000 A/4,5 kV. Ces modules sont destinés à des applications de type traction, onduleurs éoliens et sont dotés de puces IGBT SPT + améliorant le comportement par rapport aux générations précédentes Soft Punch Through (SPT) en terme de faible perte, commutation douce et zone de fonctionnement. Ils sont également dotés de semelle en AlSiC (carbure de silicium et d'aluminium) pour faciliter la dissipation thermique sans créer de fatigue thermique. Pour sa part, le japonais Mitsubishi Electric, également fournisseur de modules de très forte puissance avec un module 3,3 kV/1 500 A dévoilé au salon, a mis l'accent sur sa sixième génération d'IGBT à grille en tranchée baptisée CSTBT. La tension de déchet pour un modèle 1 200 V s'abaisse à moins de 1,9 V tout en augmentant la densité surfacique de courant par rapport à la génération précédente. Par ailleurs, cette société, pionnière des modules de puissance intégrés avec un modèle miniature qui démarre à 90 W, a dévoilé quelques travaux en matière de transistors Mos en carbure de silicium. Un prototype d'onduleur 3,7 kW/400 V a ainsi été fabriqué et offre une densité de puissance exceptionnelle de 9 W/cm3. Toutefois la commercialisation d'un tel composant est envisagée d'ici à cinq ans seulement. Les plus faibles puissances ont également leur place à PCIM. L'américain Fairchild y a présenté une solution à base de deux modules intégrés, capables de réaliser une alimentation 200 W sans dissipateur et jusqu'à 400 W avec dissipateur, tout en offrant un rendement, dans une version non optimisée, de 92 % sur la moyenne de quatre points de fonctionnement : 25 %, 50 %, 75 % et 100 % de la puissance. Son compatriote International Rectifier étend, lui, sa famille de SupIRBuck qui associe deux transistors et leur commande dans un seul boîtier QFN d'empreinte 5 x 6 mm pour la réalisation de convertisseurs de tension de proximité à redressement synchrone. Ces circuits, référencés IR380x fonctionnent à une fréquence de découpage de 300 kHz ou 600 kHz et sont capables de délivrer des courants de 4 A à 14 A sous des tensions de sorties de 0,6 V à 12 V. Une participation toujours soutenueLa manifestation PCIM a su attirer, cette année encore, un peu plus d'exposants avec 252 sociétés en direct, et 56 stands de distributeurs. Dès le premier jour, la participation et les pré-enregistrements laissaient penser à l'organisateur que le visitorat serait également en hausse. Pour mémoire, il a été de 6 258 personnes l'an dernier avec 571 participants aux conférences techniques associées. Dans les allées, les visiteurs se sont pressés dès l'ouverture, et mercredi midi, plusieurs exposants ont confirmé avoir, cette année encore, plus travaillé que l'année dernière, pourtant déjà très intense. De la même façon les conférences techniques ont fait le plein dès 9 heures le mardi matin, avec une remise de trophées pour motiver les jeunes ingénieurs et pour le meilleur papier scientifique, gagné par Stéphane Lefebvre, du Cnam, pour une étude du vieillissement des IGBT soumis à des courts circuits répétés. Cette année fut également un bon cru pour les dix séminaires de formation du lundi, avec au total un peu plus de 200 participants, intéressés par la conception d'alimentation, la commande d'IGBT, la commande sans capteur de moteurs synchrone…La densité de puissance double tous les dix ansLa densité de puissance double tous les dix ans selon le professeur Johann Kolar, de l'université de Zurich ETH, cité par Reinhold Bayerer, pionnier des IGBT et responsable de l'innovation technologique IGBT d'Infineon, lors de sa présentation état de l'art, sur la montée en température des modules de puissance. Reinhold Bayerer a notamment montré que cette augmentation en température permet en atteignant 200°C de doubler la densité de puissance du module. Reste la problématique de la fiabilité des soudures et des fils de connexion. Une question réglée à 175°C, et qu'il faut encore améliorer à 200°C. Par ailleurs, l'augmentation de la densité de puissance passe souvent par l'augmentation des fréquences de fonctionnement réduisant la taille des composants passifs et facilitée par l'usage de diodes shottky SiC et de commutateurs rapides. Cependant, selon des travaux présentés par Jacques Laeuffer, consultant en électronique de puissance, les temps de commutation atteignent l'ordre de grandeur de certains temps de propagation dans les composants bobinés comme les transformateurs et peuvent entraîner des phénomènes d'oscillations parasites. Il a montré, lors d'une conférence état de l'art, des méthodes de calculs basées sur le vecteur de « Poynting », pour mieux estimer le comportement de différents composants et trouver les structures les plus adaptées aux fonctionnements en hautes fréquences.

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