Brevet FR2946770A1 — publié le 20101217

PROCEDE D'EVALUATION DE LA ROBUSTESSE DE DISPOSITIF ELECTRIQUE ET ELECTRONIQUE La présente invention concerne un procédé d'évaluation de la robustesse de dispositif électrique et électronique et plus particulièrement de dispositif électrique embarqué au sein des véhicules automobiles. Conventionnellement, pour la réalisation de dispositif électronique et électrique, il est connu de dimensionner en fonction de règles de métier, par exemple des sections des fils conducteurs ainsi que des calibres des fusibles qui sont disposés pour protéger des composants. Par ailleurs, en vue d'évaluer la robustesse d'un design électrique, il est connu de réaliser au préalable et au cours de la conception de ce design une analyse des modes de défaillances, de leurs effets et de leur criticité � AMDEC � (Failure Modes, Effects and Criticality Analysis, litt , en anglais). Dans la mise en oeuvre d'une telle analyse, on identifie en fonction de règles de métier basées sur l'expérience et de manuels de référence, la ou les défaillance(s) que peut subir un composant. Une telle identification permet ensuite de déterminer, de façon théorique, les conséquences potentielles que peut engendrer de telles défaillances sur le dispositif électrique global. Cette analyse permet de déterminer l'intérêt ou non de modifier la mise en oeuvre du composant défaillant afin de limiter la probabilité du défaut. Néanmoins, un inconvénient réside en ce que cette méthode nécessite de prévoir et de décrire les causes de chaque mode de défaillance considéré comme possible, tel que par exemple un court-circuit électrique, pour pouvoir en estimer la probabilité, en déceler les effets secondaires et prévoir des mesures correctives adaptées. Puisqu'une défaillance peut découler de plusieurs causes, il convient d'inventorier et de décrire toutes les différentes causes possibles de chaque défaillance. De ce fait, le procédé a une certaine lourdeur et sa réalisation exige un travail souvent important et fastidieux. Ainsi, le coût généré par ce procédé est généralement colossal. Face à cet inconvénient, certains concepteurs excluent de l'AMDEC des composants que l'on estime comme peu critique. Or, il est probable qu'un composant jugé comme peu critique puisse entraîner la destruction de composants jugés critiques. Puis, lorsque la conception du design électrique est finalisée, des essais de validations électriques et mécaniques sont réalisés. Il convient de noter que les composants électriques électroniques actuels comportent une fiabilité élevée. De ce fait, leur taux de défaillance est faible. Plus précisément, la fiabilité des composants actuels est généralement comprise entre 1 et 10 FIts (Faillure In Time). Un Fit équivaut à une défaillance pour un milliard d'heures de fonctionnement. Cette fiabilité accrue des composants, limite la pertinence des essais de validation. En effet, ces derniers n'offrent pas la possibilité d'observer et de connaître l'impact d'une défaillance d'un composant que comporte un dispositif électrique pour une durée de vie élevée. Pour cela, il faudrait mettre en place des essais avec des moyens importants et coûteux en termes de nombre de pièce et de durée de test. En résumé, au vu de la fiabilité des composants électroniques actuels, les procédés de tests de l'état de la technique ne sont pas adaptés pour tester, sur une longue période, des composants que peut comporter un dispositif électrique. Les inconvénients des procédés précités engendrent parfois des défaillances désastreuse non seulement pour le dispositif électrique mais également pour le système comportant un tel dispositif. En effet, une anomalie thermique provoquée par un échauffement local excessif d'origine électrique conduit bien souvent à atteindre une température telle, que les matériaux du substrat et/ou des autres composants du dispositif sont susceptibles de s'enflammer. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un procédé permettant de s'affranchir des problèmes précités en testant de façon rapide et efficace certains voire tous les composants d'un dispositif électrique. L'invention offre également la possibilité de valider le bon fonctionnement ainsi que l'efficacité des protections implémentées au sein d'un dispositif électrique. A cette fin, l'objet de l'invention porte sur un procédé d'évaluation de la robustesse d'un dispositif électrique comportant une pluralité de composants ; ledit procédé comportant une étape consistant à identifier des composants critiques dudit dispositif électrique ; ledit procédé d'évaluation étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes consistant à : remplacer au moins un composant testé dudit dispositif électrique par une charge de remplacement modélisant un défaut de fonctionnement dudit composant testé ladite charge de remplacement simulant, au sein dudit dispositif électrique, un court-circuit ; mettre sous tension ledit dispositif électrique de façon à réaliser une opération de qualification et/ou de quantification, lors de la mise sous tension dudit dispositif électrique, de la température d'au moins un des composants non testés dudit dispositif électrique. Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, le dispositif selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques supplémentaires ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : ledit procédé comporte en outre une étape consistant à placer ledit dispositif électrique dans des conditions de fonctionnement similaires aux conditions réelles d'utilisation dudit dispositif électrique ; - ladite opération de qualification et/ou de quantification de la température d'au moins un composant dudit dispositif électrique est réalisée par une caméra de type thermique et/ou d'un dispositif de type thermocouple ; - ladite opération de qualification et/ou de quantification de la température d'au moins un des composants est réalisée en régime transitoire et/ou en régime permanent ; ladite charge de remplacement provoque un 15 court-circuit franc ; ladite charge de remplacement provoque un court circuit impédant; ledit au moins un composant testé est un composant critique identifié. 20 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, de modes de réalisations faisant références aux figures annexées ci-jointes sur lesquelles : 25 la figure 1 représente un exemple d'architecture électrique comportant un circuit électrique ; la figure 2 représente un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; 30 - la figure 3 représente l'état d'un composant que comporte un circuit électrique soumis à un court circuit. Pour des raisons de clarté, les éléments apparaissant sur différentes figures ont été désignés par 35 des références similaires. De même, seuls les éléments utiles pour la compréhension de l'invention ont été représentés, et ceci sans respect de l'échelle et de manière schématique. On entend pour la suite de la description et de façon non limitative par circuit électrique un ensemble simple ou complexe de conducteurs et de composants électriques ou électroniques reliés entre eux électroniquement. Cet ensemble peut être parcouru par un courant électrique. En outre, on entend par dispositif électrique, un 10 dispositif du type: • calculateur électrique électronique embarqué au sein d'un véhicule, • carte électrique ou électronique, ou encore • architecture électrique complète comportant une 15 pluralité de circuits électriques et/ou électroniques. On entend également pour la suite de la description par les termes: • opération de qualification de la température: une opération permettant de délimiter des zones de 20 températures différentes, laquelle délimitation peut être réalisée, par exemple, par des nuances de couleurs; • opération de quantification de la température, une opération permettant de déterminer de façon quantitative, c'est à dire de façon chiffrée, la 25 température d'au moins une zone d'intérêt. Il convient de noter que ces opérations de qualification et de quantification sont réalisées au moyen d'une caméra de type thermique et/ou d'un dispositif de type thermocouple. 30 Dans le domaine des véhicules automobiles, le schéma électrique des véhicules comporte un ensemble de circuits électriques destinés à être connectés à une source d'alimentation. Une telle mise en oeuvre est représentée sur la 35 figure 1. Plus particulièrement la figure illustre : - un exemple d'architecture électrique 1; - une batterie 2 ; - un premier fil conducteur d'alimentation positive 4 relié à la borne positive de la batterie 2 ; - un second fil conducteur d'alimentation négative relié à la borne négative de la batterie 2 ; 5 - un circuit électrique C3 comportant une pluralité de composants E formés par : un composant de protection ENT1 ; des fils conducteurs F ; trois autres composants ET1, ENT2, ENT3. Tel qu'illustré sur la figure 1, le circuit électrique C3 est connecté d'une part, au premier fil conducteur 4 et d'autre part, au second fil conducteur 5. Le circuit électrique C3 comporte notamment une pluralité de composants E qui sont reliés entre eux dans le circuit électrique C3 par des fils conducteurs F. Il est entendu que le nombre de composants E ainsi que de fils conducteurs F peut varier de 1 à i. En outre, le circuit électrique C3 comporte un composant de protection ENT1 ; lequel élément de protection ENT1 est connecté sur le premier fil conducteur d'alimentation positive 4. Cet élément de protection ENT1 vise à protéger les composants ET1, ENT2 et ENT3 ainsi que les fils conducteurs F d'un quelconque disfonctionnement, tel que par exemple un court-circuit. Il convient de noter que les fils conducteurs F peuvent être caractérisés par leur section, leur résistivité ou par leur longueur. Il est évident que pour notre exemple nous utilisons des fils conducteurs mais ceux-ci peuvent être remplacés par des conducteurs sous forme de tresses, de plaques ou de pistes. Plus généralement, on entend par fil conducteur F tout type de conducteur pouvant transporter de l'énergie de sorte qu'un courant électrique continu soit échangé entre une borne d'entrée et une borne de sortie. De même, les composants E sont caractérisés par des paramètres de fonctionnement. Ces paramètres de fonctionnement peuvent consister en une valeur de courant maximum admissible en court-circuit Icc(E), la tension minimale de fonctionnement hors défaut Vmin(E), ainsi que les paramètres électriques de fonctionnement nominal. De façon similaire, le composant de protection ENT1 est caractérisé par des paramètres électriques. Ces paramètres peuvent être formés, de façon non limitative, par le courant maximum admissible Imax, ou d'autres paramètres comme le temps de fusion du composant de protection ENT1 en fonction du courant le traversant. Particulièrement, de façon non limitative, le composant de protection ENT1 peut être formé par un fusible. Ce dernier est par exemple formé par un fusible réarmable sous l'effet de son refroidissement. En accord avec l'invention, une telle architecture électrique 1 préexiste lors de la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Une telle architecture 1 est établie entièrement sans le recours au procédé de l'invention. Cette première étape consiste à concevoir l'architecture électrique 1 en fonction de règles de métier, de connaissances théoriques ainsi que du respect des analyses des modes de défaillances de leurs effets et de leur criticité. Chaque circuit électrique C3 que peut comporter une architecture électrique 1 est conçu en tenant compte des caractéristiques d'ensemble de l'architecture électrique 1 comme des critères de consommation ou du coût de câblage. Il convient de noter que certains circuits électriques C3 - Ci d'une même architecture électrique sont conçus par des équipes de concepteurs indépendants. De ce fait, un disfonctionnement peut se produire sur un circuit électrique C3 isolé mais également lors de la mise en commun des différents circuits électriques C3 - Ci d'une même architecture électrique 1. Habituellement, au cours de la première étape, les concepteurs et/ou fabricants cherche à identifier au mieux les composants critiques, c'est-à-dire les composants susceptibles de générer un disfonctionnement ou de se détériorer. De façon non limitative, une telle identification est généralement réalisée en tenant compte des éléments suivants : le schéma du circuit électrique C3 ; ledit schéma peut être celui d'un calculateur électronique : la liste des composants E en considérant par exemple et de façon non limitative la famille des composants E ; - l'implantation, le routage des composants E sur le schéma du circuit électrique C3 ; l'étude thermique consistant notamment à identifier des zones soumises à de fortes températures ; l'analyse des modes de défaillances de leurs effets et de leur criticité (identification des composants en coupe d'ordre 1 en lien direct avec l'événement redouté) ; l'étude de la fiabilité prévisionnelle électronique ; et - le retour d'expérience. Habituellement, en vue de valider la conception d'un circuit électrique C3, des essais sont réalisés. Pour ce faire, le circuit électrique C3 est mis sous tension sur une certaine période. Il est entendu que cette mise sous tension ne peut atteindre le milliard d'heures qui sont nécessaires pour avoir la chance de détecter une défaillance. Il convient de rappeler en effet que la fiabilité des composants E actuels est généralement comprise entre 1 et 10 FIts (Failure In Time). Un Fit équivaut à une défaillance pour un milliard d'heures de fonctionnement. Le procédé selon l'invention permet donc de palier cet inconvénient. Ainsi, le procédé selon l'invention consiste notamment à créer un disfonctionnement au sein du circuit électrique C3 pour analyser et évaluer les effets de ce disfonctionnement sur les composants E alentours voire les composants du circuit électrique C3 ou ceux de l'architecture électrique 1 complète. Selon une telle mise en oeuvre illustrée figure 2, l'architecture électrique 1 n'est pas sous tension. Le composant ET1 jugé critique illustré figure 1 est par exemple remplacé par un composant S tel que représenté sur la figure 2. En d'autres termes, ce composant ET1 est un composant testé. Lorsque l'on remplace un composant jugé critique, il est possible de définir deux types de composant de remplacement S dépendant du type de court-circuit que l'on souhaite réaliser, à savoir un court circuit franc ou un court circuit impédant. Plus précisément, lorsque l'on souhaite simuler un court circuit franc, la valeur de la charge du composant de remplacement S est calculée de façon à ce qu'elle puisse activer le composant de protection ENT1 des composants non testés ENT2 et ENT3. Généralement un shunt est apte à réaliser une telle caractéristique. On entend par shunt, un composant de faible impédance permettant de générer en quelque sorte un court circuit. A titre illustratif, on peut utiliser, par exemple, un shunt de quelques mQ. A contrario, lorsque l'on souhaite simuler un court-circuit impédant, la valeur de la charge du composant de remplacement S est calculée de façon à ce que le composant de protection ENT1 soit en limite d'activation. Par exemple lorsque le composant de protection ENT1 est formé par un fusible, la valeur de la charge est déterminée pour que le fusible soit en limite de fusion. Parallèlement, la limite de fusion du composant de protection ENT1 est généralement sensiblement similaire au courant admissible par les fils conducteurs F ou les composants E. Cette valeur permet de ne pas déclencher l'activation du composant de protection ENT1. En conséquence, le court circuit impédant est potentiellement destructeur pour les composants ENT2 et ENT3 puisque l'élément de protection ENT1 se trouve en limite d'activation et ne se déclenche pas. A titre illustratif, il est possible par exemple de remplacer le composant ET1 par une charge équivalente à quelques Q. Pour des raisons de clarté, on décrit pour la suite de la description les conséquences éventuelles que peut produire un court circuit franc ou un court circuit impédant. Il est entendu que cette mise en oeuvre est un exemple et non une généralité. Il convient de noter que les valeurs des charges de remplacement sont données à titre d'exemple. Court circuit franc : Lorsque le composant testé ET1 est remplacé par une charge de 50 mQ, le court circuit franc fait fondre le fusible ENT1. Par conséquent, le fusible rempli sa fonction, laquelle consiste à protéger les composants ENT2 et ENT3. Court circuit impédant : Lorsque le composant testé ET1 est remplacé par une charge de 12 Q, le court circuit impédant ne déclenche pas le composant de protection ENT1 et détériore les composants ENT2 et ENT3 qui sont traversés par une intensité supérieure à celle admissible. En outre, le circuit électrique C3 est placé dans des conditions similaires aux conditions d'utilisation. Ces conditions d'utilisation peuvent être formées par une inclinaison du circuit électrique C3, par la mise de ce dernier dans un boîtier. Par ailleurs, le circuit électrique C3 peut être soumis à une température de 25 degrés et un fort taux d'humidité. Puis, telle que représentée par la batterie 1 sur la figure 3, ce dernier est mis sous tension. Cette tension peut être par exemple de +14V. Parallèlement, une caméra 6 de type infrarouge permet de détecter la température d'une pluralité de zones, voire de composants E. Par conséquent, la caméra 6 permet de monitorer le comportement thermique complet, à savoir en régime permanent et transitoire, du circuit électrique C3. Dans une mise en oeuvre possible de l'invention illustrée sur la figure 3, la caméra infrarouge 6 détecte une augmentation de la température du composant non testé ENT2. L'augmentation de température dudit composant ENT2 peut être due au court-circuit impédant que génère le composant de remplacement S. A terme, le court-circuit impédant, lequel ne déclenche pas le composant de protection ENT1, entraîne la destruction du composant non testé ENT2. Par conséquent, un unique composant non testé ENT2 est impacté par le disfonctionnement du composant testé S. Toutefois, il est entendu que le nombre de composants E impactés par un éventuel disfonctionnement d'un ou de plusieurs composants testé(s) S peut varier de 1 à i. Il convient de noter que la détection de surchauffe des composants E est réalisée à l'aide de la caméra 6 sur une longue période, typiquement 25 minutes. Cette période permet d'atteindre la stabilité thermique du circuit électrique C3. De ce fait et dans une mise en oeuvre avantageuse du procédé conforme à l'invention, lorsqu'un nombre minimum de composants non testés ENT1 - i du circuit électrique C3 sont impactés par le disfonctionnement du composant testé ET1, modélisé par le composant de remplacement S, il est par exemple envisageable de changer les composants non testés ENT1 - i qui sont impactés. A contrario, lorsqu'un nombre important de composants non testés ENT1 - i sont impactés par le disfonctionnement du composant testé ET1, ce dernier est remplacé. A titre informatif, un rapport de test faisant état des résultats obtenus lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention intègre notamment les éléments suivants . après essai et en cas de dégradation visible de la carte électronique ou des composants, une photographie de la zone endommagée est insérée ; la durée d'application du stress pour atteindre 5 la stabilité thermique est indiquée ; la photographie, obtenue à l'aide de la caméra infrarouge 6, de la zone des composants à monitorer est insérée. Avantageusement, le procédé selon l'invention 10 permet de valider de façon exhaustive la robustesse de tout type de circuit électrique ou électronique. Cette robustesse est évaluée en fonction : de l'efficacité des protections que comporte le circuit électrique ; 15 de la connaissance du comportement transitoire et permanent du circuit électrique ; de la prise en compte des composants dans leur environnement réel ; des défaillances sur les composants critiques 20 Il est important de noter que la mise en oeuvre du procédé selon l'invention nécessite très peu de moyens matériel, personnel et temporel. Le domaine d'application de l'invention est celui des véhicules en général. Le procédé selon l'invention 25 peut s'appliquer à tout type de dispositif électrique ou électronique embarqué au sein des véhicules automobiles. De ce fait, l'invention est applicable au domaine automobile, aéronautique, ferroviaire ou encore maritime. REVENDICATIONS1. Procédé d'évaluation de la robustesse d'un dispositif électrique (C3) comportant une pluralité de composants (E) ; ledit procédé comportant une étape consistant à identifier des composants critiques dudit dispositif électrique (C3) ; ledit procédé d'évaluation étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes consistant à : - remplacer au moins un composant testé (ET1) dudit dispositif électrique (C3) par une charge de remplacement (S) modélisant un défaut de fonctionnement dudit composant testé (ET1) ; ladite charge de remplacement (S) simulant, au sein dudit dispositif électrique (C3), un court-circuit ; mettre sous tension ledit dispositif électrique (C3) de façon à réaliser une opération de qualification et/ou de quantification, lors de la mise sous tension dudit dispositif électrique (C3), de la température d'au moins un des composants non testés (ETN1 - 3) dudit dispositif électrique (C3). 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape consistant à placer ledit dispositif électrique (C3) dans des conditions de fonctionnement similaires aux conditions réelles d'utilisation dudit dispositif électrique (C3). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que ladite opération de qualification et/ou de quantification de la température d'au moins un composant (E)) dudit dispositif électrique est réalisée par une caméra (6) de type thermique et/ou d'un dispositif d type thermocouple. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ladite opération de qualificationet/ou de quantification de la température d'au moins un des composants (E) est réalisée en régime transitoire et/ou en régime permanent. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ladite charge de remplacement (S) provoque un court-circuit franc. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 10 caractérisé en ce que ladite charge de remplacement (S) provoque un court circuit impédant. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ledit au moins un composant testé 15 (ET1) est un composant critique identifié.