Impact de la Modulation de Largeur d’Impulsion sur la Dérive des Composants à Semiconducteurs de Puissance // Impact of the Pulse Width Modulation strategy on the semiconductor ageing

La modulation de largeur d’impulsion (MLI), également connue sous le nom de Pulse Width Modulation (PWM) en anglais, est une technique fondamentale en électronique de puissance. Elle sert à contrôler et à réguler la puissance fournie par un circuit en modifiant la largeur des impulsions électriques de commande. Dans le cadre d’un onduleur de traction automobile, cette modulation de largeur d’impulsion appliquée à un bras de pont à base de transistors de puissance permet de transformer le courant continu de la batterie en un courant alternatif envoyé aux enroulements du moteur tout en améliorant le taux de distorsion harmonique. L’impact de la MLI sur les performances et la fiabilité du moteur a été largement étudié depuis de nombreuses années. En revanche, l’impact de la MLI sur la fiabilité des composants qui constituent le module de puissance, a été moins étudié, et ce d’autant plus pour les modules de puissance à base de composants grand gap (typiquement SiC) qui sont relativement récents (et adoptés en masse depuis moins de 10 ans).
L’objectif principal de cette thèse de doctorat est donc de comprendre et de modéliser l'impact des différentes modulations de largeur d'impulsion (MLI) sur la dérive des composants à semiconducteurs de puissance en carbure de silicium (SiC).
Cette thèse vise à établir un lien entre les stress subis par les composants SiC et la dérive de leurs paramètres clés, tout en proposant une modulation MLI optimale pour maximiser les performances à long terme et la durée de vie des systèmes électroniques de puissance. En combinant des approches expérimentales et théoriques, cette recherche contribuera à une meilleure compréhension et à une amélioration des technologies de modulation de largeur d'impulsion, essentielles pour l'électronique de puissance moderne.
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The Pulse Witdh Modulation strategy (PWM) is a fundamental technique in power electronics. It is used to control the Energy transfer by modifying the pulse width of the control signals in a power converter. In an automotive traction inverter, this PWM strategy applied to a transistor phase leg allows to convert the DC current from the battery to an AC current adapted to the motor windings. The impact of the PWM on the performances and the reliability of the engine have been widely studied in the litterature. However, the impact of the PWM strategy on the reliability and the ageing of the semiconductor devices inside the power modules has not been adressed. This is particularly true for the power modules intagrating wide bandgap semiconductors (eg: SiC) which are widely used for 10 years. The main objective of this thesis is to understand and model the impact of several PWM strategies on the ageing of SiC power semiconductor devices.
The thesis targets to define a link between the stress on the semicondcutor devices and the shift of its key parameters offering the possibility to define a PWM strategy able to maximize the long term performances and the lifetime of the power electronics system. By combining experimental and theroretical approaches, this thesis will contribute to improve the PWM strategies in power electronics systems.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département Systèmes (LETI)
Service : Service Systèmes de Capteurs, électroniques pour l’Energie
Laboratoire : Laboratoire Electronique Energie et Puissance
Date de début souhaitée : 01-10-2025
Ecole doctorale : Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS)
Directeur de thèse : LESECQ Suzanne
Organisme : CEA
Laboratoire : DRT/DSCIN/DSCIN/LIIM

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département Systèmes (LETI)
Service : Service Systèmes de Capteurs, électroniques pour l’Energie

Electronique de puissance, physique du semiconducteur