Apport des Semiconducteurs Grand Gap (SC2G) Management thermique

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1 Apport des Semiconducteurs Grand Gap (SC2G) Management thermique
Henri SCHNEIDER Groupe ISGE

2 Convertisseurs et systèmes embarqués
Les éléments passifs L, C, Transformateur Réduire le volume et le poids Travailler dans un environnement stressant Température Vibrations Rendement Coût Fiabilité … Semiconducteurs et refroidisseur PRIUS 21 kg – 2,5 kW/Kg 14,5 litres

3 Le problème thermique Conversion d’énergie = Pertes sous forme de chaleur Tj Tamb RTHconv RTHcond Pertes DT Pertes (100W) 1 cm² Augmenter la densité de puissance Travailler à haute température Réduire la résistance thermique Réduire les pertes/puissance convertie

4 Diminuer les pertes Pertes en conduction Pertes en conduction Eon Eoff
VDS Off VDS On ID Pertes en conduction Eon Eoff ID VDS t Travailler à haute tension (diminuer I) Diamond limit Pertes en commutation Limiter les pertes par commutation composants unipolaires (MOSFET, Schottky) 10

5 Température d’utilisation
Tjmax 175°C Tjmax >300°C Tjmax >700°C

6 Réduire la résistance thermique
1,6 Rth (K/W) 2. Module classique refroidi par microcanaux 0% 100% graisse 47 % refroidisseur 0% 100% refroidisseur 32 % accrochage Cu / AlN DBC 47 % 3. Module avec microcanaux intégrés 1,6 Rth (K/W) 1,6 Rth (K/W) 1. Module classique refroidi par air 0% 100% refroidisseur 75 % graisse Tj Tamb RTHconv RTHcond

7 Réduire la résistance thermique
Résistance thermique de conduction Classique Résistance thermique de convection

8 Diamant - métaux liquides
Réduire la résistance thermique Diamant - métaux liquides Conductivité=2000W/m.K Coéf d’échange = 105 à 106 W/m².K Mansour TAWK LAAS G2ELAB 3DPHI

9 Le programme AEROSAT - CRIGG
Convertisseur Réversible Isolé à composants Grand Gap SERMA Puissance+ Caractérisation composants GaN et SiC Etude topologique Etude packaging Réalisation prototype Budget : € 2 ans de post-doc 24500€/61250 € d’investissement (COMINTEC ZEVAC ONYX) 40000€ fonctionnement plateforme 3DPHI

10 Conclusion Volonté du LAAS d’apporter sa contribution au GIS 3DPHI
Réalisation de démonstrateurs Systèmes de refroidissement innovants Applications des SC2G GaN, SiC, … Plus largement contribution à l’étude du management thermique de convertisseurs fortement intégrés - Simulation COMSOL