Tesi sul tema "Extraction de puissance"

L'étude porte sur l'analyse détaillée des comportements des composants de puissance, incluant la diode PiN, le transistor MOSFET et l'IGBT, dans une cellule de commutation avec une source de courant et une source de tension. Cela nous permet d'obtenir les grandeurs typiques représentant les courbes électriques pendant les commutations de ces composants. Pour faciliter la caractérisation, nous avons automatisé l'acquisition des grandeurs électriques en commutation, basé sur le bus GPIB. Le langage JAVA de part son adaptabilité à s'exécuter sous le système Unix et Windows 98 a été adopté. Une procédure d'identification automatique basée sur les méthodes d'optimisation est développée. Nous avons pu ainsi confronter les résultats expérimentaux avec les résultats déterminés par le simulateur de circuits PACTE. L'autre partie du travail a consisté à développer une nouvelle procédure de validation du couple modèle-paramètres. Il s'agit de fournir une carte du domaine de validité pour vérifier un bon accord entre l'expérience et la simulation dans un très grand nombre de conditions du fonctionnement de composant de puissance. Cette méthode est inédite et changera le processus de développement d'un modèle de composants de puissance. En appliquant cette procédure à la diode PiN, nous avons montré les avantages et les inconvénients entre le simulateur DESSIS utilisant la méthode des éléments finis et PACTE. Les résultats montrent que cette méthode de validation est aussi adapte aux pour les composants comme le MOSFET de puissance et l'IGBT
Firstly, this study investigates in detail the behavior of power electronic components, such as power diodes, power MOSFETs and IGBTs, during transient in a switching cell including a voltage source and a current source. The typical variables representing the electrical waveforms during the commutation are obtained. To easily characterize the devices, a measurement workbench has been designed, based on the bus GPIB. The workbench can automatically extract the values of these designed, based on the bus GPIB. The workbench can automatically extract the values of these typical variables, and the object-oriented language JAVA is adopted because of its portability for Unix and Windows systems. An identification procedure based on optimization methods has been developed. The comparison between experimental and the simulation results are carried out by the circuit simulator PACTE. The other party of the study is to achieve a new procedure for validating the couple of model-parameters. The map of validity domain enable to verify the agreement experimental and the simulation results for a large domain of conditions. The validation method is original and will change the developing process for the power semiconductor device models. Applying this validation method for the power diode, we have shown the advantages and the drawbacks by comparing the results between the simulation of DESSIS which adopts the finite element method and the results of PACTE. It has been shown that this method is also convenient for the power MOSFET and the IGBT

L'extraction de principes actifs ou d'huiles essentielles a partir de substrats vegetaux a l'aide d'un solvant approprie est une operation unitaire classique du genie chimique. L'objectif de ce travail est double: demontrer la faisabilite d'un mode d'extraction en continu a contre-courant dans une colonne mecaniquement agitee et ameliorer le rendement/la selectivite de l'extraction par une activation ultrasonore. Dans certains cas, les ultrasons permettent notamment d'accelerer la cinetique en augmentant la diffusion intraparticulaire du solute recherche, qui est l'etape limitante au transfert. Trois extractions differentes ont ete envisagees: pyrethrines a partir de fleurs de pyrethre, huile a partir de graines de pastel, hemicelluloses a partir de coques de tournesol. Les 2 premieres sont effectuees a l'hexane, la derniere en solution aqueuse a ph controle. Dans chacun des cas, l'extraction sous ultrasons a ete etudiee. Les resultats obtenus ont suscite une recherche de nature fondamentale, visant a expliciter les mecanismes de propagation ultrasonore dans divers reacteurs. A ce titre, il a fallu developper un capteur approprie, apte a enregistrer les effets locaux des ultrasons. Correles a la puissance localement disponible: une sonde thermoelectrique a ete retenue. Le principe de la mesure est fonde sur l'echauffement d'une matiere absorbante (silicone) detecte par un thermocouple. Un modele thermique decrivant la dissipation dans la matiere a ete ecrit pour interpreter les resultats experimentaux. Cette technique a permis de comparer differentes geometries de reacteurs ultrasonores, de mettre en evidence l'influence de l'agitation et de la presence de particules solides sur la repartition des ultrasons dans le volume reactionnel

97% des articles publiés sur les études climatiques racontent que le réchauffement climatique est entièrement causé par les activités humaines. Les gaz émis lors de la production d'énergie électrique ainsi que d'autres gaz rejetés par les voitures ont un réel impact sur l'atmosphère. Une solution consiste à mettre au point des composants présentant des pertes de conduction plus faibles et des caractéristiques de claquage plus élevées qui pourraient être utilisés dans des centrales nucléaires, des cellules de commutation à haute puissance, des voitures hybrides (électriques), etc.De nos jours, les composants à base de silicium contrôlent environ 95% des dispositifs électroniques. Le carbure de silicium SiC et le nitrure de gallium GaN sont actuellement à l’étape de R&D, et commencent à être intégrés dans certains circuits électroniques. D'autres matériaux tels que Ga2O3, AlN ou le diamant sont encore à l’étape de recherche. Les derniers sont connus sous le nom de matériaux à bande ultra large et semblent être la solution requise pour les faibles pertes de puissance. Le diamant est reconnu comme le matériau ultime pour la prochaine génération de composants de puissance en raison de ses propriétés physiques exceptionnelles telles qu'un champ de claquage élevé (>10 MV/cm) permettant d'utiliser le dispositif pour une commande de puissance élevée, une mobilité de porteurs élevée (2 000 cm^2/V.s pour les trous), une vitesse de saturation élevée, une conductivité thermique élevée (22 W/cm.K) pour une parfaite dissipation de chaleur et une faible constante diélectrique. Théoriquement, le diamant est le semi-conducteur offrant le meilleur compromis entre résistance à l'état passant et tension de claquage. En particulier, en raison de l'ionisation incomplète des dopants, il est encore plus efficace à haute température. Diverses diodes Schottky en diamant (SBD) avec de bonnes performances à l’état passant et bloqué (7,7 MV/cm) ont été rapportées. En plus des SBDs, des transistors à effet de champ (FET) ont également été étudiés à travers des oxyde-métal semi-conducteur FETs (MOSFETs) utilisant une surface hydrogénée avec des densités de courant élevées à l'état passant ou des surface oxygéné avec de bonnes caractéristiques de blocage. Pour les composants de haute-tension, il est nécessaire de changer l’architecture de l’électrode afin d’éviter un claquage prématuré due à l’encombrement du champ électrique aux bords. Dans ce but, les techniques de terminaison de bord sont utilisées pour atteindre les caractéristiques idéales. La tâche évidente avant toute fabrication de composant est la partie simulation qui prédit l’optimisation de l’architecture et les caractéristiques attendues. Une bonne prédiction nécessite la connaissance des paramètres du matériau. Les paramètres importants pour le claquage sont les coefficients d'ionisation par impact. Plusieurs coefficients ont été publiés pour le diamant. Toutefois, ils ont été extraits en « fittant » des structures non optimisées, d'où un manque de précision.Dans cette étude, deux structures de terminaisons de bord pour des diodes Schottky, appelées plaque de champ et anneaux à champ flottant, ont été étudiées. Leur efficacité de distribution du champ de surface par analyse de courant induit par faisceau d'électrons (EBIC) a été observée. De plus, des FETs ont été fabriqués et caractérisés, un MESFET et un RB-MESFET. Les FETs présentent un claquage élevé, jusqu’à 3 kV et une faible résistance. Le développement des transistors est indissociable de la diode Schottky, car ils sont tous deux nécessaires à la fabrication de cellules de commutation. Et enfin, les coefficients d'ionisation par impact pour les électrons ont été mesurés à l'aide d’EBIC pour un champ >0,5 MV/cm dans une région sans défaut. Les valeurs mesurées sont (sous l’equation de Chynoweth) an = 971 /cm et bn=2,39x10^6 V/cm. Ces valeurs sont proches des coefficients mesurés expérimentalement et rapportés dans la littérature
97% of the published climate studies articles agree with the fact that recent global warming is entirely caused by human activities. The gases emitted to produce electrical energy plus other gases rejected by cars impact considerably on the atmosphere by greenhouse effect (without referring other factors). A solution to this problem is the development of components with lower power conduction losses and higher breakdown characteristics that could be used in nuclear power plants, high power commutation cells, hybrid (electric) cars and so on.The choice of the material to reach low power conduction losses and higher breakdown is of great importance. Nowadays, silicon-based devices control about 95% of all electronic components. Silicon carbide SiC and gallium nitride GaN are at present under research and development and start to be integrated into some electronic circuits. Other materials like Ga2O3, AlN or diamond are under research for power electronic application. The last ones are known as ultra wide bandgap materials and they seem to be the required solution to low power losses. Diamond is recognized as the ultimate material for the next next-generation of power devices owing to its exceptional physical properties such as high breakdown field (>10 MV/cm) to use the device for high power control, high carrier mobility (2000 cm^2/V.s for holes) for fast switching and high frequency devices, high saturation velocity, high thermal conductivity (22 W/cm.K) for a perfect heat dissipation and low dielectric constant. Theoretically, diamond is the best semiconducting material showing the best trade-off between on-resistance and breakdown voltage. Especially, due to the incomplete ionization of the dopant, it is even more efficient at high temperature. Various diamond Schottky barrier diodes (SBDs) with good forward and reverse performances (7.7 MV/cm) were reported. In addition to SBDs, switches diamond field effect transistors (FETs) were also investigated through metal-oxide-semiconductor FETs (MOSFETs) using either an H-terminated diamond surface with high current densities in on-state or an O-terminated one with high blocking characteristics. For the high blocking voltage devices, one needs to properly terminate the edge of the electrode at the surface in order to avoid premature breakdown of the devices due to electric field crowding at the borders. In that aim, edge termination (ET) techniques are used to push the limit of the devices and reach ideal features. The obvious task before any device fabrication if the simulation part that predicts the device optimization and expected characteristics. A good device prediction requires knowledge of the material parameters. Important parameters for device breakdown in the off-state are the impact ionization coefficients. At present, several ionization coefficients were reported for diamond, however, they were extracted by fitting non-optimized structures and hence there is a lack of accuracy.In this study, two edge terminations structures for Schottky barrier diodes called field plate (FP) oxide and floating field rings were investigated. Their effectiveness in surface field distribution via electron beam induced current (EBIC) analysis was observed. In addition, normally-on FETs were fabricated and characterized, a MESFET and a reverse blocking (RB)-MESFET. The FETs exhibited a high BV, up to 3 kV and a low on-resistance. The development of transistors is inseparable from the Schottky diode since both are required to fabricate commutation cells. And finally, impact ionization coefficients for electrons were measured using EBIC for a field >0.5 MV/cm in a defect-free region. The measured values are (in a Chynoweth form) an = 971 /cm and bn = 2.39x10^6 V/cm. These values are close to the experimentally measured coefficients reported in the literature

Aujourd'hui le carbure de silicium, SiC, est un matériau qui permet le développement de nouveaux composants de puissance. Le SiC est un semi-conducteur à grand gap, qui permet notamment de fabriquer des composants haute tension ou haute température. Des diodes PiN ayant des tenues en tension allant jusqu'à 5kV ont déjà développés au CEGELY. Ce travail de thèse entre dans le cadre de la modélisation et la caractérisation des diodes 4H en carbure de silicium ont été abordées notamment avec des outils de simulation numérique de type éléments finis. Ce modèle a été appliqué par la suite à la simulation des différents circuits de mesures excitant un comportement spécifique de la diode. Le circuit de DMTVCA (Depletion Mode Transient Voltage and Current Analyse) permet de ne pas se placer en forte injection. Il permet d'extraire le dopage et l'épaisseur de la couche faiblement dopée tenant la tension et la surface de la zone active. Le circuit d'OCVD (Open Circuit Voltage Decay) permet de solliciter la diode en forte injection sans passer par une phase complexe de recouvrement inverse. Il permet d'extraire la durée de vie ambipolaire. Enfin la cellule de commutation inductive ou résistive permet de valider dans un contexte de commutation plus réaliste la modélisation et les paramètres extraits. Cela a permis de mettre au point une procédure d'extraction des paramètres de conception des diodes PIN en SiC. Enfin, Pour caractériser le comportement optimal de la diode PiN, nous avons développé une analyse expérimentale, dans le circuit de DMTVCA, de la condition de percement: traversante (Punch-Through) ou non traversante (Non-Punch-Through)
Superior properties for power devices, compared to silicon. The characterization of high voltage SiC devices is requires in the development of these devices. However the transient measurement is not very easy because of the influence of numerous parasitic elements. A new experimental set-up is developed and validated to characterize high voltage diodes in switch transient regime. The experimental set-up enable to measure nice current and voltage transient characteristics, i. E. Without noise and high parasitic wiring influence. PiN diodes are fabricated with many trade-offs balance physical constraints. In particular the doping concentration, Nd, the width of the low doped base region, Wd, and the effective area of the device, A, define the reverse breakdown voltage of the PiN diode and the resistance of the diode epitaxial layer under forward bias and the ambipolar lifetime tau. It is difficult to obtain these parameters directly from the manufacturer. Moreover, device reverse-engineering remains a delicate and destructive task while engineers are more interest in a non-destructive extraction method of design parameters. This physics-based approach focuses on isolating the ambipolar lifetime from Wb, Nd and A parameters during transient behaviour. Therefore, this allows users the flexibility to extract parameters by minimizing the error between experimental and simulation data. The algorithm is based from DMTVCA and OCVD techniques are validated in a buck converters on a resistive load. A good agreement between experimental and simulation data is obtained

Thèse doctorat : Génie Electrique : Villeurbanne, INSA : 2007. Thèse doctorat : Génie Electrique : Faculté des Sciences de Monastir : 2007.
Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 158-164.

Le travail présenté dans ce mémoire propose une contribution à la conception optimisée d'amplificateurs de puissance par l'utilisation de plusieurs caractérisations fonctionnelles. Celles ci sont réalisées aux premiers stades de la conception, au niveau du transistor en environnement source et load pull. Il est ainsi montré qu'un banc load pull fonctionnant en mode pulsé permet de participer à la validation des technologies utilisées pour la génération de fortes puissances aux fréquences microondes (Bande S). Cette étape permet également de valider fortement les modèles non linéaires électrothermiques des transistors développés à cet effet. Dans le domaine millimétrique, l'amplification de puissance sous contrainte de rendement et de linéarité est à l'heure actuelle un des points critiques du fait des faibles réserves de gain proposées. Dans ce contexte, le développement d'un banc source et load pull actif fonctionnant en bande K et permettant de déterminer les conditions optimales de polarisation et d'adaptation pour l'obtention du meilleur compromis rendement/linéarité se révèle être de première importance pour la conception optimisée d'amplificateur. Enfin, une nouvelle technique de caractérisation dédiée à l'extraction des quatre paramètres S à chaud en environnement load pull est proposée. Une application de cette nouvelle caractérisation a ainsi permis de prédire les oscillations paramétriques hors bande pouvant apparaître en fonction des conditions opératoires lorsque le transistor fonctionne en régime fort signal
Advanced functional characterizations of power transistors for the validation of nonlinear models of SC devices used in CAD packages. This work deals with different functional characterization methods for the design of optimized power amplifiers. These characterizations are carried out on transistors at the first stages of the design, in a source and load-pull environment. Thus, it is shown that a pulsed load-pull set up is very useful to validate the technologies used for the generation of high power at RF and microwave frequencies. It also enables to deeply validate the thermoelectric nonlinear models of transistors developed for this purpose. For the design of amplifiers which operate up to millimetric frequencies (Ku / K Band), reaching high power under constraint of efficiency and linearity is one of the most critical point because of the weak reserves of power gain proposed. In this context, the development of an active source and load-pull setup is of prime importance. It enables to primarily determine the transistor optimum operating conditions (Matching and DC bias) to reach the best trade off between efficiency and linearity. Finally, a new method to perform Hot Small-Signal S-Parameter measurements of power transistors operating under large signal conditions is proposed. An application to the prediction of parametric oscillations when the transistor is driven by a pump signal is demonstrated

Ce mémoire porte sur l'analyse et la caractérisation du comportement du transistor MOS de puissance. La première partie du mémoire rappelle la structure, le comportement et la modélisation du transistor MOS de puissance. Un modèle semi-empirique dit " à deux kp " a été choisi. La mise en œuvre des caractéristiques expérimentales de type statique I(V), dynamique C(V) ou en commutation est présentée. En particulier le rôle de la durée des impulsions des caractérisations quasi-statiques est étudiée. La seconde partie traite la caractérisation expérimentale et l'extraction classique des paramètres des modèles de type VDMOS basée sur les mesures I(V) et C(V). La confrontation entre simulation et expérience en régime de commutation sur charge RL est faite. La troisième partie traite de l'extraction des paramètres en se basant sur la commutation sur charge R-L dans une cellule de commutation. Les signaux temporels mesurés pendant les commutations du composant fournissent des informations utiles à l'extraction des paramètres. La procédure d'identification automatique est basée sur des méthodes d'optimisation avec un critère de comparaison entre des mesures et les simulations correspondantes. Ainsi nous avons pu confronter les résultats expérimentaux avec ceux obtenus par simulation en utilisant le simulateur PACTE développé au CEGELY. Les configurations les mieux adaptées à l'extraction des paramètres du transistor MOS de puissance, ont été évaluées. Les résultats obtenus montrent une équivalence par rapport aux méthodes classiques. L'intérêt de la méthode d'extraction en commutation que nous avons présentée réside dans une bien moins grande sensibilité aux bruits de mesure
The study is about the analysis and the characterization of the VDMOS. First part of the text recalls the structure, the behavior and the modeling of the VDMOS. A semi-behavioral model, "2KP-model", has been selected. Experimental characterizations have been done in I-V, C-V and switching mode of operation. The role of pulse duration has been studied for quasi-static I-V characterization. Second part describes classical characterization and parameter extraction techniques applied to VDMOS models. Comparisons between simulations and measurements in switching mode operation in an R-L circuit are achieved. Third part corresponds to parameter extraction of the VDMOS model based on R-L switching measurements. Transient measured signals in such conditions yield sufficient information for the parameter extraction. An automatic identification procedure, based on optimization of the difference between measurements and simulation, has been applied. So comparison between PACTE simulations and experiments has been done. The obtained results show equivalence with respect to classical method. The interest of the proposed method is a drastic reduction of measurement noise

Les circuits intégrés (CI) de puissance sont utilisés dans les systèmes embarqués automobiles en raison de leur capacité à réunir sur la même puce des dispositifs basse tension et haute tension (HV). Dans de tels systèmes, le bruit de couplage électrique induit par la commutation des étages de puissance est un problème majeur. Pendant la commutation, les tensions et les courants parasites produisent un décalage local de la tension de substrat allant jusqu'à une centaine de millivolt, perturbant ainsi le circuit basse tension. Ces signaux parasites entraînent des dysfonctionnements. Les solutions existantes reposent sur le layout et sont difficiles à optimiser par simulation électrique. L'absence d'une stratégie de modélisation interdit de fait une stratégie de conception s'appuyant sur la prédiction de ces perturbations. Nous présentons ici une méthode d'extraction et de simulation post-layout pour la modélisation des parasites de substrats. Nous avons développé un logiciel (CAO) pour l'extraction du substrat fondé sur la reconnaissance de forme. L'extraction utilise un algorithme de maillage pour la génération du modèle du substrat. Les courants de substrat peuvent être pris en compte lors de la simulation post-layout, autorisant l'analyse des dysfonctionnements éventuels induits par les couplages à travers le substrat. Ce travail a été validé par plusieurs cas d'études industriels, une configuration en miroir de courant, et un test automobile standard en technologie amsHV. Cette méthodologie est aussi appliquée à une technologie HV BCD de STMicroelectronics. Ainsi, en utilisant notre approche, il devient possible de simuler des bruits de substrat avant fabrication
Smart Power Integrated Circuits (ICs) are intensively used in automotive embedded systems due to their unique capabilities to merge low power and high voltage (HV) devices on the same chip. In such systems, induced electrical coupling noise due to switching of the power stages is a big issue. During switching, parasitic voltages and currents, lead to a local shift of the substrate potential that can reach hundreds of millivolts, and can severely disturb low voltage circuits. Such parasitic signals are known to represent the major cause of failure and costly circuit redesign in power ICs. Most solutions are layout dependent and are thus difficult to optimize using available electrical simulator. The lack for a model strategy prohibits an efficient design strategy and fails at giving clear predictions of perturbations in HV ICs. Here, we present a post-layout extraction and simulation methodology for substrate parasitic modeling. We have developed a Computer-Aided-Design (CAD) tool for substrate extraction from layout patterns. The extraction employs a meshing algorithm for substrate model generation. The behavior of the substrate currents can be taken into account in post-layout simulation, and enables an exhaustive failure analysis due to substrate coupling. Several industrial test cases are considered to validate this work, the interferences of substrate currents in a current mirror configuration, and a standard automotive test in amsHV technology. This methodology is also applied to a HV BCD technology of STMicroelectronics. Eventually, by using the proposed CAD tool, it becomes possible to simulate the behaviors of substrate noises before fabrication

L’extraction de puissance est l’une des questions cruciales pour l’élaboration d’un réacteur de fusion à confinement magnétique. Le confinement magnétique est responsable de l’impact extrêmement localisé du plasma sur les composants faisant face au plasma, nécessitant une forte dissipation de la puissance dans un volume de plasma dédié appelé divertor. La stratégie du réacteur expérimental ITER qui entrera en fonction à Cadarache dans les prochaines années repose sur une géométrie standard de divertor fermé conçue à partir d'expériences et de simulations plasma à plus petite échelle. En attendant les résultats des expériences sur ITER, les tendances expérimentales actuelles suggèrent toutefois que ce concept de divertor doit être amélioré pour tenir compte des contraintes d’extraction de puissance imposées par un réacteur plus important comme DEMO qui prendra la suite d’ITER. Ce projet de thèse avait pour objectif d'étudier les avantages potentiels des configurations de diverteurs autres que celle d'ITER, comme celle du tokamak WEST en opération au CEA Cadarache ou celle du tokamak chinois HL-2M en construction au laboratoire SWIP en Chine. Un intérêt particulier a été consacré aux configurations dites à « flocon de neige » prévues sur HL-2M et caractérisées par deux points X voisins dans le champ magnétique du divertor. Pour la premier fois le transport du plasma dans ces géométries magnétiques complexes a été simulé grâce à l’utilisation du code SOLEDGE2D-EIRENE développé par l’IRFM CEA et ses partenaires académiques, notamment les laboratoires M2P2 et PIIM d’Aix-Marseille Université. Dans une approche par étapes, les simulations SOLEDG2D ont d'abord été appliquées à la géométrie plus conventionnelle du divertor du tokamak WEST, dans le but d'une comparaison directe avec les résultats expérimentaux. Un ensemble de diagnostics synthétiques a été développé à partir de simulations SOLEDGE pour imiter un large éventail de diagnostics expérimentaux. Des rampes de densité pendant une décharge plasma ont été simulées, mettant en évidence le détachement du plasma des plaques du divertor en accord qualitatif avec des observations expérimentales. Ensuite, les géométries de flocon de neige de HL-2M ont été étudiées. Le détachement du plasma de la plaque du divertor « externe » est étudié dans ces configurations lors de rampes de densité de plasma, à puissance d'entrée constante et à coefficients de transport radial constants. Certaines caractéristiques typiques du détachement, telles que le seuil, la profondeur et la fenêtre en amont du détachement sont examinées. Dans les trois géométries, le début du détachement et l'évolution de la densité du plasma en amont sont caractérisés par le déplacement progressif d'un front de rayonnement de la cible externe au point X principal, comme observé dans les expériences. On constate que, quel que soit le détachement en termes de dissipation de particules, de quantité de mouvement ou de puissance, le seuil de détachement est principalement dominé par la structure géométrique de la plaque de divertor et ne dépend pas de la configuration magnétique du volume de plasma dans le divertor. En particulier, la longueur de connexion de la ligne magnétique dans le divertor n’affecte pas le seuil de détachement, contrairement aux attentes du modèle réduit souvent utilisé pour l’analyse du transport dans le plasma de bord et appelé « modèle à 2 points », mais en accord avec les résultats expérimentaux. Ces résultats de simulation constituent un premier pas vers l'objectif ambitieux de prédire l’impact d'une configuration magnétique « alternative » pour le divertor d’un tokamak de prochaine génération comme DEMO. Tout cela montre bien l’importance de traiter ce problème complexe avec une approche globale associant des tests expérimentaux sur les tokamaks actuels avec le développement de modèles théoriques réduits ainsi que l’analyse des résultats de simulations obtenues à partir d’outils numériques avancés
Power exhaust is one of the critical issue toward the elaboration of a magnetic confinement fusion reactor. Magnetic confinement is responsible for an extremely localized plasma bombardment on plasma facing components, requiring strong volume dissipation in a dedicated plasma volume called divertor. ITER exhaust strategy relies on a standard closed divertor geometry designed from smaller scale experiments and plasma simulations. Until conclusions from ITER results, current experimental trends however suggest that such divertor concept has to be improved for dealing with power exhaust constraints imposed by a larger reactor like DEMO. This PhD project aimed at studying the potential benefit of divertor configurations alternative to the one of ITER, as targeted in the new Chinese tokamak HL-2M. A particular interest was devoted to so-called snowflake configurations, consisting in two neighbor X-points on the divertor magnetic field. For the first time, these geometries have been fully simulated with the SOLEDGE2D-EREINE code, consisting in a fluid solver for the plasma particle, momentum and energy conservation, coupled to a Monte Carlo solver for neutral dynamics. In a staged approach, SOLEDG2D simulations were first applied to the more conventional divertor geometry of the WEST tokamak, aiming for a direct comparison with experimental results. A set of synthetic diagnostics have been developed from SOLEDGE simulations to mimic a broad set of experimental diagnostics. Density ramps were simulated, featuring divertor detachment in qualitative agreement with experimental observations. Then, snowflake geometries of HL2M were addressed. First, magnetic geometries were constructed with a magnetic equilibrium solver, optimizing current distribution in poloidal field coils. Mesh were generated on these magnetic maps for the SOLEDGE plasma solver. To tackle the large number of mesh elements required by the snowflake geometry, a coarse-graining convergence technique was developed, providing a speed up of the convergence time of SOLEDGE simulations by a factor of about 10. Three configurations have been generated: standard single null (SN), snowflake plus (SF+), snowflake minus (SF-). Detachment of the outer target is studied in these configurations during plasma density ramps, at constant input power and constant radial transport coefficients. Some typical characteristics of detachment, like threshold, depth and upstream window of detachment are investigated. In the three geometries, detachment onset and evolution with upstream plasma density is characterized by the gradual displacement of a radiation front from the outer target to the main X-point, as observed in experiments. It is found that, whatever the detachment in terms of particle, momentum or power dissipation, the detachment threshold is dominated primarily by the geometrical structure of divertor plate and it does not exhibit dependence on the magnetic configuration of the diverted plasma volume. In particular, the parallel connection length in the divertor is not found to affect the detachment threshold, in contrast with expectations from the 2-point model, but in agreement with experimental findings. These simulation results are a first step necessary toward the ambitious objective of predicting the benefit of alternative configuration for DEMO size conditions. It rather evidences the necessity of addressing this complex issue with a global approach coupling experimental tests, reduced model development and simulations results from complex numerical tools

Les circuits intégrés (CI) de puissance sont utilisés dans les systèmes embarqués automobiles en raison de leur capacité à réunir sur la même puce des dispositifs basse tension et haute tension (HV). Dans de tels systèmes, le bruit de couplage électrique induit par la commutation des étages de puissance est un problème majeur. Pendant la commutation, les tensions et les courants parasites produisent un décalage local de la tension de substrat allant jusqu'à une centaine de millivolt, perturbant ainsi le circuit basse tension. Ces signaux parasites entraînent des dysfonctionnements. Les solutions existantes reposent sur le layout et sont difficiles à optimiser par simulation électrique. L'absence d'une stratégie de modélisation interdit de fait une stratégie de conception s'appuyant sur la prédiction de ces perturbations. Nous présentons ici une méthode d'extraction et de simulation post-layout pour la modélisation des parasites de substrats. Nous avons développé un logiciel (CAO) pour l'extraction du substrat fondé sur la reconnaissance de forme. L'extraction utilise un algorithme de maillage pour la génération du modèle du substrat. Les courants de substrat peuvent être pris en compte lors de la simulation post-layout, autorisant l'analyse des dysfonctionnements éventuels induits par les couplages à travers le substrat. Ce travail a été validé par plusieurs cas d'études industriels, une configuration en miroir de courant, et un test automobile standard en technologie amsHV. Cette méthodologie est aussi appliquée à une technologie HV BCD de STMicroelectronics. Ainsi, en utilisant notre approche, il devient possible de simuler des bruits de substrat avant fabrication
Smart Power Integrated Circuits (ICs) are intensively used in automotive embedded systems due to their unique capabilities to merge low power and high voltage (HV) devices on the same chip. In such systems, induced electrical coupling noise due to switching of the power stages is a big issue. During switching, parasitic voltages and currents, lead to a local shift of the substrate potential that can reach hundreds of millivolts, and can severely disturb low voltage circuits. Such parasitic signals are known to represent the major cause of failure and costly circuit redesign in power ICs. Most solutions are layout dependent and are thus difficult to optimize using available electrical simulator. The lack for a model strategy prohibits an efficient design strategy and fails at giving clear predictions of perturbations in HV ICs. Here, we present a post-layout extraction and simulation methodology for substrate parasitic modeling. We have developed a Computer-Aided-Design (CAD) tool for substrate extraction from layout patterns. The extraction employs a meshing algorithm for substrate model generation. The behavior of the substrate currents can be taken into account in post-layout simulation, and enables an exhaustive failure analysis due to substrate coupling. Several industrial test cases are considered to validate this work, the interferences of substrate currents in a current mirror configuration, and a standard automotive test in amsHV technology. This methodology is also applied to a HV BCD technology of STMicroelectronics. Eventually, by using the proposed CAD tool, it becomes possible to simulate the behaviors of substrate noises before fabrication

Le travail présenté dans cette thèse est une contribution au dimensionnement et à la commande d’un générateur de type Cascade de Machines Asynchrones à Double Alimentation. Le modèle de la machine pour les simulations est basé sur une représentation modulaire qui découle du modèle de Park de deux machines asynchrones doublement alimentées distinctes, en respectant deux systèmes de référence. Le modèle dynamique est ensuite étendu pour décrire la machine dans un repère unifié. Cette représentation est cruciale pour le dimensionnement de la machine et la synthèse de la commande. Le domaine de fonctionnement de la cascade en régime permanent est exploré. Une méthode analytique générique est proposée pour établir les plages de puissances active-réactive. Les courbes limites sont définies par rapport aux grandeurs nominales de la machine. L’étude prend en compte l’effet de saturation du circuit magnétique. Il est prouvé que la capacité en puissance de la machine est déterminée par les valeurs maximales des courants statoriques et peut être soumise à plusieurs limitations. L’approche analytique est testée et validée par des mesures expérimentales. Deux cas sont considérés pour la commande de la cascade : un générateur raccordé au réseau et un générateur autonome. Pour la connexion au réseau l’application visée est les éoliennes de grande puissance. Une nouvelle méthode pour l’extraction de la puissance maximale d’une éolienne à vitesse variable est proposée. Le système est contrôlé dans le but de fournir une puissance maximale quasi-constante indépendamment des fluctuations du vent. En plus de l’optimisation de la puissance, le facteur de puissance est également ajusté selon les normes de raccordement standard imposées par les services système, et les limites de fonctionnement de l’unité intégrée. Une commande vectorielle sans capteur de tension, basée sur une orientation suivant un flux virtuel, est appliquée pour la régulation découplée des puissances active et réactive. Pour le fonctionnement en mode isolé, l’application visée est la génération électrique pour système avionique embarqué. Deux réseaux de distribution sont traités : réseau AC à fréquence fixe et réseau DC. Dans les deux cas, la commande est élaborée dans le but de maintenir une tension de sortie constante. Le fonctionnement de la cascade alimentant une charge triphasée déséquilibrée est également étudié. Des schémas de contrôle servant à la compensation du déséquilibre des tensions statoriques sont développés. Deux méthodes de compensation sont proposées : l’une basée sur le principe de deux repères tournants et l’autre sur un correcteur répétitif. Les approches présentées sont validées par simulation avec Matlab/Simulink et par expérimentation
This thesis is a contribution to the power sizing and the control of a Cascaded Doubly Fed Induction Generator (CDFIG). The machine model for simulation is based on a modular representation, derived from the Park model of two distinct Doubly Fed Induction Machines expressed in their own reference frames. The dynamic model of the cascaded machine is then extended to be described in a unified reference frame. This representation is convenient for the sizing of the machine and for the design of the controller. The steady state power operating margins of the cascaded machine are investigated. A generic analytic method is suggested to derive the active-reactive power domain. The limit curves are defined in terms of the rated quantities of the machine. The study takes into account the magnetic circuit saturation effect. It is proven that the power capability of the machine is determined by the stator current maximum values and is subject to several limitations. The analytical approach is tested and validated by experimental measurements. The CDFIG is controlled in grid-connected and standalone operation modes. In grid-connected application, the attention is paid to high power wind generation systems. A new maximum power tracking of a variable speed wind turbine is suggested. The generating plant is carried to provide a quasi-constant maximum power regardless wind fluctuations. In addition to active power optimization the power factor is adjusted according to the grid code requirements and the operating domain of the integrated unit. A virtual flux oriented vector control is applied for the decoupled regulation of active and reactive powers, leading to grid voltage sensorless operation. In standalone operating mode, the study treats in particular the embedded aircraft power system generation. Two distribution networks are considered: constant frequency AC network and DC network. In both cases, the control aims to maintain a constant output voltage. The operation of the CDFIG supplying unbalanced three-phase load is further explored. Control schemes to cope with unbalanced stator voltage conditions are developed. Two compensation methods are elaborated: the first dealing with dual rotating frames and the second is based on repetitive controller. Simulations with Matlab/Simulink software and experiments validate the control approaches

Dans le domaine des hyperfrequences, la technologie hybride (couche epaisse) est de plus en plus utilisee car elle offre de bonnes possibilites d'integration. De plus, elle est bien adaptee aux applications de puissance. Les performances des dispositifs sont conditionnees par les proprietes electriques et magnetiques des materiaux utilises, il est donc necessaire de caracteriser ceux-ci. Dans ce travail, nous avons developpe deux methodes de caracterisation electrique des materiaux isolants et des conducteurs utilises dans les circuits hybrides hyperfrequences. La bande de frequence concernee s'etend de quelques megahertz a 20 ghz. La premiere methode est une methode de resonance ; elle s'applique aux materiaux a faibles pertes (substrats et encres conductrices). Apres le developpement theorique de la methode et une etude de sensibilite, les resultats experimentaux obtenus sur differents substrats d'alumine et differentes encres conductrices sont presentes. La seconde approche est basee sur une methode d'extraction des parametres d'un schema equivalent au dispositif sous test ; elle concerne les materiaux a fortes pertes (encres resistives). Dans un premier temps, le schema equivalent est elabore a partir d'une etude phenomenologique et la procedure d'extraction est developpee. Ensuite, des resultats experimentaux obtenus sur differentes encres resistives sont presentes

La question des implications sociales et environnementales des activités économiques et de leur gestion ou gouvernance traverse aujourd’hui largement le champ académique des sciences de gestion. Pour autant, le potentiel transformateur de cette RSE continue largement de poser question. Les auteurs nourrissant une analyse critique de cette dernière arguent que, plus qu’une transformation ou qu’une démocratisation des espaces de régulation de problématiques sociales et environnementales devenues transnationales, la RSE serait à resituer dans une analyse des rapports de force à l’œuvre. A défaut d’inclure les différents intérêts en présence, la RSE prendrait finalement la forme d’un pouvoir discursif offrant au contraire le maintien et la perpétuation de pratiques et asymétries de pouvoir inchangées, et marginalisant les opposants ou témoins susceptibles de contrevenir à cette continuité. Inscrit dans le courant des perspectives critiques en management, ce travail doctoral s’est donné pour projet de venir comprendre et mettre au jour les rouages et procédés permettant l'édification d’une puissance industrielle à même de fermer les issues en sa défaveur et d’assurer les conditions de sa propre perpétuation. Ce travail accorde en particulier une place centrale aux implications et aux marges de l’histoire, offrant de considérer les moyens dévolus à la mise en impuissance des contestations et tentatives de remise en cause de cet ordre dominant, et dans le conteste de politiques de RSE. Quelles modalités, mécanismes ou boîtes noires viennent sous-tendre le processus de légitimation des entreprises vis-à-vis des externalités sociales et environnementales qu’elles produisent ? Quelles techniques ou technologies du pouvoir viennent-elles mobiliser pour se constituer en macro-acteurs légitimes ? Comment permettent-elles leur maintien et leur renouvellement en dépit des conflits, des contestations et des dénonciations venant les remettre en cause ? Pour permettre l’analyse de ces différents points, une étude exploratoire fut réalisée et prolongée de l’étude du cas Weda Bay Nickel, projet minier développé par la multinationale française Eramet dans une lointaine Indonésie. Inscrite dans une posture constructiviste pragmatique, la démarche qualitative adoptée cherchait à comprendre et à déconstruire ce projet minier, présenté comme exemplaire en matière de RSE et pourtant largement contesté, par la recension systématique des documents produits et publiés à son sujet, la réalisation d’interviews auprès de diverses parties prenantes (N=41), ainsi qu’une ethnographie de trois semaines principalement effectuée dans la baie de Weda, et plus largement dans la province indonésienne des Moluques du Nord, constituant le théâtre de son implantation.Inscrit dans la tradition des postures analytiques descriptives et narratives, ce travail doctoral propose une mise en récit processuelle du cas offrant de caractériser le contexte de fabrication d’une puissance WBN et de mettre au jour sa transformation d’hypothèse spéculative en projet de développement ne pouvant plus qu’advenir, produit des contingences de l’histoire, de la nécessité de retour sur investissement auto-générée et d’un réseau d’intérêts bien compris. Par ailleurs, la mise en impuissance des contestations, révoltes et mobilisations s’étant faites jour à son encontre sera également étudiée, de sorte qu’elle se voit reconnaître sa place de produit des échecs successifs subis par une contestation bien réelle et active. Aussi, plus qu’un pendant inéluctable de la puissance, l’impuissance collective des acteurs s’étant opposés au projet minier WBN se présentera comme un construit, le produit d’une fabrique où les pouvoirs de cadrage et de contrainte des partisans de la mine apparaissent finalement moins empreints d’une quête de légitimation, qu’apparentés à un processus d’écrasement vécu comme indiscutable et irréversible par les parties prenantes sans pouvoir
The academic field of organization studies has paid, in the past several years, a growing attention to the social and environmental impacts of economic activities, to their management as well as their governance. The idea of a corporate social responsibility (CSR) came to materialize and embody the commitment of corporations against unsustainable activities, even if the voluntary or constrained character of this phenomenon remains a matter of debate. Additionally, the prospects of CSR in terms of concrete transformations leading to more sustainable and democratic practices are still questioned. Critical scholars of CSR have, more recently, tackled these issues by pointing to the need for bringing power struggles back in the study of CSR. Although CSR principles aim at managing a multiplicity of stakeholders, critical scholars have highlighted that CSR practices took shape as a discursive power designed for maintaining and enforcing existing practices and power asymmetries, thanks to a marginalization of protestors and those trying to threaten their continuity.This doctoral project is precisely drawing upon such critical perspectives on CSR in order to understand comprehensively the political mechanisms according to which a corporate power manages to rise so as to counter potential protests and secure its own perpetuation. More particularly, this project devotes a significant attention to the implications of such corporate power on powerless stakeholders, highlighting the specific means implemented to manufacture powerlessness, starting from the following research questions: what are the modalities, mechanisms and black boxes upon which the legitimation process of corporations’ social and environmental impacts relies? What are the techniques and technologies of power designed and implemented by corporations in order to do so? How do they manage to maintain and renew their power in the face of struggles, contests and denunciations trying to challenge it?The design of this doctoral project relied on two different stages: an exploratory study of a multiplicity of CSR discourses articulated within and around a political CSR arena of the mining industry ; an in-depth case study of Weda Bay Nickel, i.e. a mining project undertaken by a French multinational corporation, Eramet, in far-off Indonesia. The methodological background of the doctoral project draws upon pragmatic constructivism and qualitative methods in order to comprehend and deconstruct the paradox according to which the Weda Bay Nickel case is at the same time praised for its exemplariness and fiercely contested. Data collection consisted in a systematic inventory of published data, interviews with a multiplicity of stakeholders (N = 41), as well as a period of three weeks ethnography in the Indonesia North Maluku region, where the mining deposit is located. Data analysis was conducted following a descriptive narrative approach, allowing for the production of a narrative which starts from the context of manufacture of corporate powerfulness, from a mere object of geological then financial speculation to a project of development that must be achieved, thanks to historical contingencies, return-on-investment self-fulfilling imperatives, as well as the forging of a coalition of interests. The narrative continues to portray the manufacture of powerlessness of protesters, rebellions and social movements, highlighting that the failure to contest corporate power cannot be associated to a powerlessness per se. Accordingly, the manufacture of powerlessness is shown to be of a socially constructed nature, relying on the implementation of framing and coercive forms of power by the corporation and its allies. Framing and coercion being the cornerstones of a policy that seems to go far beyond a search for legitimation. Instead, they can be subsumed into the idea of a domination process, experienced as non-disputable and non-reversible by the powerless stakeholders

A bord des véhicules électriques (VE) et Hybrides (VEH), les fonctions de tractions sont assurées par des convertisseurs électroniques de puissances. Ces derniers sont constitués de module de puissance (IGBTs ou MOSFETs). Au cours de leur fonctionnement, ces modules sont parfois soumis à de fortes contraintes électriques et thermiques qui amènent à une défaillance ou même à une destruction. Le premier objectif sera de réaliser un banc expérimentale permettant d'étudier le vieillissement des modules IGBTs en régîmes extrêmes de fonctionnement (mode de court-circuit). Ainsi, nous évaluerons les différents indicateurs de vieillissements permettant de prédire la défaillance du composant. Il sera question aussi de suivre le vieillissement ou une dégradation initié sur les composants IGBTs par thermographie infrarouge. Le second objectif sera de modéliser et simuler par éléments finis différentes structures d'IGBTs, afin de valider les modèles en fonctionnement statique et dynamique. L'avantage de l'approche multicellulaire par rapport à l'approche unicellulaire sera mis en avant.