Nouvelles structures électroniques pour le transport électrique : impacts des nouvelles contraintes d'intégration sur les interférences électromagnétiques et moyens de prévision de la compatibilité électromagnétique

Impacts of a new power structure integration constraints on electromagnetic interferences and anticipation means of electromagnetic compatibility

• Auteur / Autrice : Emmanuel Batista
• Direction : Jean-Marc Diénot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Conception des circuits micrélectroniques et microsystèmes
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circuits intégrés -- Simulation par ordinateur

Ondes électromagnétiques -- Propagation

Brouillage électromagnétique

Compatibilité électromagnétique

Électricité -- Transport

Mots clés libres

Bruit électromagnétique

Intégrité du signal

Champs proches

Couplages

Composants de puissance

Température

Modélisation 3D

Multi-physique

Résumé

L'intégration avancée des systèmes de puissance, qui a pour but de compacter au maximum les fonctions essentielles des systèmes embarqués, permet de réduire considérablement leurs poids et volumes. De ce constat, un nouveau paysage électromagnétique (EM) est apparu ces dernières années et implique de nouveaux impacts quant à la Compatibilité EM (CEM). Le travail présenté ici, inclut une étude expérimentale de caractérisation des phénomènes de bruit liés à la commutation de puissance ainsi qu'une étude du rayonnement EM des composants de puissance. La problématique multi-physique au sein des systèmes embarqués et en particulier la problématique électrique/thermique/EM soulève d'importantes questions quant à l'impact de la température sur le rayonnement des composants de puissance. La complexité de ces phénomènes physiques, qui sont de plus en plus difficile à appréhender, nécessite une technique de modélisation adaptée pour être anticipé. Dans ces architectures, les signaux mis en œuvre sont large bande, démarrant de quelques hertz jusqu'à plusieurs dizaines de mégahertz. Du point de vue EM, cette bande de fréquence se situe dans une zone située entre le domaine des basses fréquences et celui des hautes fréquences. De plus, les technologies de modules de puissance sont complexes et mettent en vis-à-vis de nombreuses interfaces diélectriques et conductrices le plus souvent de forme non symétrique. Les méthodes numériques conventionnelles ne répondent plus à cette problématique fréquentielle et à cette complexité de structure. Nous détaillerons la méthode choisie et analyserons les résultats en termes de modélisation de l'intégrité du signal et des couplages en champ proche.

High integration of power system allows a significant reduction of power architecture weight and volume. As a consequence, high current densities and high voltage potentials produce considerable electric and magnetic near-field in confined volume. This new electromagnetic (EM) context induce a new EMCompatibility (EMC) problematic. The work presented here include an experimental switching noise and an EM near-field radiation of power component studies. The multi-physic approach is discussed, especially the electro/thermic/EM links. These complex physic phenomenons are hardly reachable and need a suitable modelling to be correctly tackled. The power signals are wide-range frequency, from a few hertz to a few MHz and are part of both low and high frequencies. Furthermore, power modules are build on complex dielectric/conductive interfaces currently non-symmetric. Conventional numeric methods don't solve these two points. In this memoir, we will give details on the modelling strategy choice and on industrial applications. Some examples will be analysed such as signal integrity problematic and near-field couplings.