S. MOREAU, "Mécanismes de dégradation et fiabilité fonctionnelle des interrupteurs bidirectionnels tels que les TRIACs", rapport de DEA Génie Electrique de Grenoble, aout 2002.
Copyright - [Précédente] [Première page] [Suivante] - Home

Rapport : [THESE121]

Titre : S. MOREAU, Mécanismes de dégradation et fiabilité fonctionnelle des interrupteurs bidirectionnels tels que les TRIACs, rapport de DEA Génie Electrique de Grenoble, aout 2002.

Cité dans : [DATA033] Liste des publications de Thierry LEQUEU et activités de recherche, janvier 2018.
Cité dans : [DIV121]  Liste des rapports de stages IUT, DEA, P2I EIT, stages de fin d'études, avril 2013.
Cité dans :[THESE090] S. MOREAU, Fiabilité environnementale des composants de puissance : le TRIAC, Thèse de Doctorat, soutenue le 17 mai 2005, 127 pages.
Auteur : Stéphane MOREAU

Info : rapport de DEA Génie Electrique de Grenoble.
Pages : 1- 30
Date : aout 2002
Lien : private/MOREAU3.pdf - 4654 Ko, 48 pages.

Vers : Table des matières
Vers : Bibliographie

Résumé :
Les TRIACs sont des interrupteurs bidirectionnels en tension et en
courant rencontrés typiquement dans le contrôle de la puissance des
charges alternatives connectées sur les réseaux d'alimentation
électrique. Ils sont souvent protégés contre les dV/dt intempestifs du
réseau, par un CALC (Circuit d'Aide à La Commutation regroupant
généralement une résistance et un condensateur). Cependant la décharge
du condensateur du CALC à la fermeture du TRIAC résulte en de forts
di/dt, entraînant une destruction progressive du TRIAC.
Ce mémoire présente donc l'impact des forts di/dt, causés par la
décharge du condensateur du CALC, durant la fermeture d'un TRIAC dans le
quadrant 1 ou Q1 VAK > 0 et VGK > 0 via l'analyse statistique de la
défaillance des TRIACs, l'analyse des modes de défaillances physiques et
électriques et la réalisation de simulations numériques
thermoélectriques et thermomécaniques. L'auteur présente, au final, une
approche du mécanisme de dégradation des composants, responsable de leur
vieillissement.

Mots-clés : contrainte par di/dt, TRIAC, fiabilité, distribution de
Weibull, analyse de défaillance, mécanisme de dégradation, simulations
thermoélectriques et thermomécaniques.

Abstract :
A TRIAC (for "TRIode AC switch") is a device with bi-directional voltage
blocking capability and bi-directional current conduction capability,
commonly encountered in the control of power on the main supply. It is
often designed with a network made of a resistor Rs and a capacitor Cs,
the snubber circuit. This circuit protects the TRIAC against strong
dV/dt. Nevertheless, the discharging of the snubber circuit capacitor
during the turn-on of the TRIAC results in a strong di/dt, leading to a
progressive degradation of it. The report sums up the effect of the
di/dt thermal fatigue on the TRIACs' lifetime in the first quadrant or
Q1 (VAK > 0 and VGK > 0). A consistent degradation mechanism with
reliability results, physical and electrical failure modes and
thermoelectrical and thermomechanical simulations were proposed.

Keywords : stress by di/dt, TRIAC, reliability, Weibull distribution, failure analysis, failure mechanism, thermoelectrical and thermomechanical simulations.


Table des matières

TOP

Introduction 4
1 Environnement expérimental 5
1.1 Présentation de la structure du TRIAC 5
1.1.1 Rappel sur le thyristor 5
1.1.2 Le TRIAC 5
1.2 Présentation de l'environnement 7
1.2.1 Description des TRIACs utilisés 7
1.2.2 Circuit de test 8
1.3 Présentation de la contrainte 10
1.3.1 Environnement de simulation 10
Le circuit de commutation 10
Structure simulée du TRIAC dans Q1 10
1.3.2 Mécanisme de fermeture par la gâchette par fort di/dt dans Q1 12
2 Notions de fiabilité et exploitation de résultats 15
2.1 Rappel sur les tests accélérés 15
2.2 Distribution de Weibull1 6
2.3 Résultats des tests menés dans Q1 17
2.4 Obtention de la loi d'accélération 19
3 Modes de défaillance 20
3.1 Modes de défaillance électrique 20
3.2 Modes de défaillance physique 20
3.3 Etude des TRIACs dégradés dans Q1 par di/dt répétitifs 21
4 Mécanismes de dégradation 24
4.1 Simulation thermoélectrique 24
4.1.1 Structure simulée dans le quadrant Q1 25
4.1.2 Simulation thermoélectrique de la fermeture par la gâchette avec fort di/dt 25
4.2 Simulation thermomécanique 30
4.2.1 Structure simulée 30
4.2.2 Système thermique 30
4.2.3 Conditions thermomécaniques aux limites 31
4.2.4 Cartes des allongements relatifs et contraintes mécaniques 31
4.3 Synthèse du mécanisme de dégradation 32
Conclusion 34
A Modes de déclenchement des TRIACs 36
B Rappels de statistiques 38
B.1 Variables aléatoires 38
B.2 Densité de probabilité et distribution cumulée 38
B.2.1 Notation 38
B.2.2 Définitions 38
B.2.3 Relation mathématique entre pdf et cdf 39
B.3 Fonction de fiabilité 39


Bibliographie

TOP

Références : 12
[1] : Jean-Pierre Colinge et Fernand Van De Wiele.
Physique des dispositifs semi-conducteurs.
De Boeck, 1996.

[2] : STMicroelectronics.
SCRs, TRIACs and AC switches --- Databook, fourth edition,
March 2001.

[3] : ISE Integrated Systems Engineering AG.
Ise tcad manuals --- release 6, 1995-1999.

[4] : Titu I. Bajenescu and Marius I. Bâzu.
Reliability of Electronic Components.
Springer, 1999.

[5] : Dr. Robert B. Abernethy.
The new Weibull handbook.
Dr. Robert B. Abernethy, fourth edition, September 2000.

[6] : Reliasoft.
Life Data Analysis Reference --- Weibull++, 1992-2000.

[7] : Abhijit Dasgupta and Michael Pecht.
Material failure mechanisms and damage models.
IEEE transactions on reliability, 40(5):531 -- 536, December
1991.

[8] : David Broek.
Elementary engineering frature mechanisms.
Martinus Nijhoff Publishers, 1982.

[9] : Stéphane Forster.
Fiabilité fonctionnelle et mécanismes de dégradation des TRIACs soumis
aux chocs thermiques par di/dt à la fermeture.
Thèse de doctorat, Université de Metz, 10 septembre 2001.

[10] : Jean-Claude Ligeron et Patrick Lyonnet.
La fiabilité en exploitation --- Organisation et traitement des données,
volume 1.
Lavoisier Tec & Doc, 1992.

[11] : Wayne Nelson.
Applied life data analisys.
John Wiley & Sons, 1982.

[12] : Reliasoft.
Accelerated life testing on-line help, 1998-2001.

  [1] : [LIVRE011] J.-P. COLINGE, F. de W. WIELE, Physique des dispositifs semi-conducteurs, 1996, 390 pages.
  [2] :  [DIV211]  AN858, SCR's and TRIACS DICE, SGS-THOMSON Microelectronics, note d'application, 1995, 22 pages.
  [3] :  [DATA127] ISE, Integrated Systems Engineering TCAD, version 6.0, 1995-1999.
  [4] : [LIVRE137] T.I. BAJENESCU, M.I. BAZU, Reliability of electronics components - A practical guide to electronic systems manufacturing, Springer, 1999, 509 pages.
  [5] : [LIVRE234] R.B. ABERNETHY, The New Weibull Handbook, 1996, 536 Oyster Road, North Palm Beach, FL 33408-4328.
  [6] :  [DIV370]  Reliasoft, Life Data Analysis Refenece - Weibull++, 1992-2000.
  [7] : [SHEET331] A. DASGUPTA, M. PECHT, Material failure mechanisms and damage models, IEEE Transactions on Reliability, vol. 40, no. 5, December 1991, pp. 531-536.
  [8] : [LIVRE200] D. BROEK, Elementary Engineering Fracture Mechanics, June 1982, Martinus Nijhoff Publishers, 524 pages.
  [9] : [THESE109] S. FORSTER, Fiabilité fonctionnelle et mécanismes de dégradation des TRIACs soumis aux chocs thermiques par di/dt à la fermeture, Thèse, Université de Metz, 10 septembre 2001.
 [10] : [LIVRE216] J.-C. LIGERON, A. DELAGE, M. NEFF La fiabilité en exploitation, organisation et traitement des données, Technique et Documentation, Lavoisier, 1984, 539 pages.
 [11] : [LIVRE232] W. NELSON, Accelerated Testing: Statistical Models, Test Plans, and Data Analyses, Wiley-Interscience, 1990, 616 pages.
 [12] :  [DIV370]  Reliasoft, Life Data Analysis Refenece - Weibull++, 1992-2000.


Mise à jour le lundi 25 février 2019 à 15 h 37 - E-mail : thierry.lequeu@gmail.com
Cette page a été produite par le programme TXT2HTM.EXE, version 10.7.3 du 27 décembre 2018.

Copyright 2019 : TOP

Les informations contenues dans cette page sont à usage strict de Thierry LEQUEU et ne doivent être utilisées ou copiées par un tiers.
Powered by www.google.fr, www.e-kart.fr, l'atelier d'Aurélie - Coiffure mixte et barbier, La Boutique Kit Elec Shop and www.lequeu.fr.