Etude et conception d'un banc de test pour la caractérisation électrothermique et le vieillissement des composants de puissance
Direction Mobilité et Systèmes

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : CLIMAT, ENVIRONNEMENT ET ÉCONOMIE CIRCULAIRE, ÉNERGIES RENOUVELABLES, MOBILITÉ DURABLE et HYDROCARBURES RESPONSABLES.

L’engagement d’IFPEN en faveur d’un mix énergétique durable se traduit par des actions visant :

• à gagner en efficacité énergétique ;
• à réduire les émissions de CO2 et de polluants ;
• à améliorer l’empreinte environnementale de l’industrie et des transports ;

tout en répondant à la demande mondiale en mobilité, en énergie et en produits pour la chimie.

Dans cet objectif, IFPEN développe des solutions permettant, d’une part, d’utiliser des sources d’énergie alternatives et, d’autre part, d’améliorer les technologies existantes liées à l’exploitation des énergies fossiles.

Etude et conception d’un banc de test pour la caractérisation électrothermique et le vieillissement des composants de puissance

Les systèmes électroniques de puissance occupent une place centrale dans les applications modernes telles que la mobilité électrique, les énergies renouvelables et les systèmes industriels, où ils assurent la conversion et le contrôle de l’énergie électrique avec des exigences élevées en termes de rendement, de compacité et de fiabilité ; néanmoins, leur fonctionnement s’accompagne de pertes de puissance inévitables, principalement dues aux phénomènes de conduction et de commutation des semi-conducteurs, ces pertes se traduisant par une élévation de la température de jonction qui constitue un facteur déterminant pour les performances et la durée de vie des composants, d’où la nécessité de mieux modéliser ces pertes afin de comprendre l’évolution thermique des dispositifs et d’anticiper les mécanismes de vieillissement associés.

Dans ce contexte, ce stage s’inscrit dans une démarche expérimentale visant à développer un banc de « test par opposition » dédié à la caractérisation de composants de puissance, avec pour objectif d’améliorer la précision, la fiabilité et la reproductibilité des mesures de pertes en conduction et en commutation sous des contraintes électriques et thermiques représentatives des conditions réelles d’utilisation, tout en intégrant la mesure de paramètres thermosensibles (TSEP) permettant d’accéder à une estimation précise de la température de jonction ; les pertes seront ainsi évaluées à partir des grandeurs électriques à l’état passant (telles que Vds_on ou Rds_on) ainsi que durant les phases de commutation à travers l’analyse des énergies de commutation (Eon, Eoff, etc.).

Une première étape consistera à réaliser une analyse critique de l’architecture existante du banc, en examinant la topologie, l’instrumentation et la stratégie de commande, afin d’identifier les verrous techniques limitant la qualité des mesures et la maîtrise des sollicitations, puis à proposer des axes. Le banc intégrera des capacités d’essais de vieillissement par « power cycling test », permettant d’imposer des cycles thermiques contrôlés caractérisés par des amplitudes de température de jonction (ΔTj), des fréquences et des durées définies, afin de reproduire des sollicitations représentatives du fonctionnement réel des composants. L’évolution de paramètres électriques sensibles au vieillissement, tels que la tension seuil de commutation vTH, la résistance à l’état passant Rds_on et les temps de commutation, sera suivie au cours des essais afin de caractériser les mécanismes de dégradation.

L’ensemble des travaux s’inscrit dans une approche électrothermique globale visant à corréler les pertes dissipées aux contraintes thermiques et à l’évolution de l’état de santé des composants, avec pour finalité de fournir des données expérimentales fiables pour la modélisation, d’améliorer les méthodes d’évaluation de la fiabilité et de la durée de vie des transistors de puissance, et de proposer des recommandations pour la conception et le dimensionnement de systèmes électroniques de puissance plus robustes et durables.

Profil recherché :

Étudiant(e) en école d’ingénieurs ou en Master 2 avec des connaissances solides en génie électrique, électronique de puissance et modélisation thermique.

Compétences techniques souhaitées :

• Connaissances en électronique de puissance et composants semi-conducteurs (SiC, GaN).
• Maîtrise des outils de simulation (Matlab/Simulink, LTSpice, PLECS).
• Expérience en conception électronique et modélisation thermique appréciée.

Qualités personnelles :

• Curiosité et envie d’innover.
• Dynamisme et capacité à travailler en équipe. Le stagiaire sera amené à échanger avec des doctorants du domaine.
• Motivation pour la validation expérimentale et la valorisation des résultats (rédaction de publications scientifiques).

Mots-clés : Électronique de puissance, banc de test par opposition, température de jonction, thermique, modélisation, fiabilité.

Durée et lieu : Durée de 6 mois, entre mars et août 2027, à Rueil-Malmaison.