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Résumé
Dans le cadre d'une étude de fiabilité menée sur des composants d'électronique de
puissance destinés à la traction électrique, l'identification puis l'estimation des contraintes
thermiques générées durant le fonctionnement sont très importantes. En effet, avec leur
répétition au cours du temps, ces dernières induisent une fatigue thermique, dont la
conséquence est une dégradation matérielle du composant. Ce phénomène conduit à une
évolution des caractéristiques électriques et thermiques des modules de puissance et figure
comme une des causes majeures de défaillances répertoriées pour la traction électrique où les
contraintes de cyclage thermique sont sévères.
Après avoir fait un état de l'art des composants util isés dans la traction électrique et avoir
posé les bases théoriques nécessaires à la compréhension et à la résolution de la
problématique posée, nous nous sommes attachés à estimer la durée de vie de modules de
puissances IGBT utilisés dans un véhicule hybride automobile. Ainsi, après un relevé, par une
instrumentation originale avec fibres optiques, des températures de puces sur un véhicule en
fonctionnement dans un trafic urbain, puis une identification des cycles thermiques par une
méthode statistique de distribution de la température, nous avons mené des essais de cyclage
thermique actif accéléré dans le but d'estimer la durée de vie de ces modules sous divers
niveaux de contraintes. Enfin, grâce à une corrélation de ces deux essais, nous avons pu
estimer la résistance que présentaient ces modules face à la répétition des contraintes
thermiques générées et conforter ainsi le constructeur automobile dans son exigence de durée
de vie.
Finalement, nous nous sommes focalisés sur l'estimation des contraintes thermiques générées,
dans un premier temps, dans les modules DUAL, à l'aide d'un modèle RC unidimensionnel.
Puis dans un deuxième temps, avec l'utilisation d'un modèle mettant en évidence les
interactions thermiques entre les puces, nous nous sommes confrontés au cas des
convertisseurs intégrés multichip. Dans cette dernière étude, le modèle a été validé
expérimentalement sur une chaîne de traction hybride et nous a permis d'obtenir les
contraintes thermiques générées en conditions réelles de fonctionnement sur un profil de
mission routier européen normalisé. Finalement, grâce à cette étude, nous avons montré
l'éventail des possibilités offertes par cet outil dans la surveillance et la prédiction des
contraintes thermiques générées durant le fonctionnement de convertisseurs de puissance
intégrés.