Brevet FR3154501A1 — publié le 20250425

L’invention concerne un procédé de détection de transistor Mosfet ouvert dans un module de puissance conduisant un courant triphasé, comprenant : - un module de connecteur DC (DCL) ; - une pluralité de transistors de type Mosfet (M1 - M6), connectés ensemble en parallèle, le procédé comprenant : - une étape de charge du module de connecteur DC (DCL) ; - une étape d’impulsion en court-circuitant les trois phases, - une étape de comparaison de la tension (V UV , V VW , V UW ) entre deux phases (U, V, W) et une valeur de référence d’un module de puissance de référence, - une étape de conclusion dans laquelle si une différence est supérieure à un seuil, alors un transistor Mosfet est ouvert entre les phases mesurées, et si la différence est inférieure audit seuil, alors tous les transistors Mosfet sont fermés. L’invention concerne également un programme sur la base d’un tel procédé. Figure de l’abrégé : Fig. 1 PROCEDE DE DETECTION DE TRANSISTOR MOSFET OUVERT, DANS UN MODULE DE PUISSANCE D’UN VEHICULE AUTOMOBILE, ET PROGRAMME D’ORDINATEUR SUR LA BASE D’UN TEL PROCEDE L'invention se rapporte au domaine des modules de puissance de systèmes de traction de véhicules électriques. En particulier, l’invention concerne la détection de dispositifs Mosfet défectueux dans ces modules de puissance. L’invention s’oriente plus particulièrement sur la détection de dispositifs Mosfet ouverts car l’état ouvert forcé est un des modes de défaillance des dispositifs Mosfet. Le module de puissance est largement utilisé pour les applications d'onduleurs à haute puissance. Il consiste en une topologie en trois demi-ponts qui est requise pour conduire un courant triphasé. Un demi-pont est composé d'une partie basse (ou « low-side » en langue anglaise) et d'une partie haute (ou « high-side » en langue anglaise). Chacun des côtés peut avoir une ou plusieurs puces de transistors (de type Mosfet/Sic Mosfet/IGBT/Gan) en parallèle. Cette invention est prévue sur un module de puissance avec au moins deux Mosfets en parallèle. En raison d'un courant élevé et d'une puissance élevée circulant dans le module de puissance, une température élevée peut apparaître à l'intérieur dudit module. La température la plus élevée est située au centre des puces. Elle est appelée température de jonction. Pour des raisons de sécurité, cette température doit être surveillée au moyen de capteurs thermiques. Lorsqu'une surchauffe des puces, et donc une augmentation de la température de jonction, est détectée à l'intérieur du module de puissance, celui-ci est éteint par une unité de contrôle. Pour surveiller la température, un capteur thermique est placé directement sur la carte de circuit imprimé du module de puissance, au plus près des puces. Cependant, du fait de l'inertie thermique du module de puissance pendant quelques secondes, il peut être difficile de détecter à temps une surchauffe d'une jonction qui a une inertie plus rapide. Ceci est d’autant plus vrai pour un module de puissance avec des transistors Mosfet en parallèle, lorsque sur tous les transistors Mosfet en fonctionnement, un seul est ouvert. Pour contrôler cela, une stratégie de surveillance de la tension drain-source (ou VDS pour « voltage drain source » en langue anglaise) a été mise en œuvre dans l'art antérieur. Elle donne une relation directe entre la tension, le courant et la résistance de drain. Si la tension drain-source est trop grande, cela signifie qu'une surintensité se produit à l'intérieur des puces, ou qu'un transistor Mosfet est ouvert. Cependant, dans le cas d'un nombre élevé de transistors Mosfet en parallèle, il est difficile de détecter si un seul transistor Mosfet est ouvert sur la base de la surveillance de la tension drain-source, principalement en raison de la variation de la résistance de drain entre les puces. Il est communément connu par exemple que la variation de résistance de drain entre les puces peut aller jusqu'à +30% et par exemple le passage de 6 Mosfet en parallèle à 5 Mosfet en parallèle en cas de défaut, fait augmenter la résistance de drain de 20%. Comme la variation de la résistance de drain dans le cas d'un transistor Mosfet ouvert, est inférieure à la variation possible de la résistance de drain due à la distribution (sur un million de pièces), nous ne pouvons pas savoir si l'augmentation de la résistance de drain est due à un transistor Mosfet défectueux ou uniquement à un problème de tolérance. Un objectif de la présente invention est de remédier aux défauts de l’art antérieur, et notamment de proposer une solution permettant de détecter un transistor Mosfet ouvert avec un nombre élevé de transistors Mosfet en parallèle. Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un procédé de détection de transistor à effet de champs ouvert dans un module de puissance conduisant un courant sur trois phases, chaque phase comprend un côté haut et un côté bas, le module de puissance comprenant : - un module de connecteur DC fournissant de la puissance ; - une pluralité de transistors à effet de champ de type Mosfet, connectés ensemble en parallèle, le procédé de détection comprenant les étapes suivantes : - une étape de charge du module de connecteur DC ; - une étape d’impulsion dans laquelle on court-circuite les trois phases sur les côtés haut et les côtés bas de sorte à générer une impulsion de courant, - une étape de comparaison dans laquelle on compare la mesure de tension entre deux desdites phases et une valeur de référence correspondant à un module de puissance dont tous les transistors sont fonctionnels, - une étape de conclusion dans laquelle si une différence entre la mesure de tension et la valeur de référence est supérieure à un seuil prédéterminé, alors on conclut qu’un transistor Mosfet est ouvert entre les phases mesurées, et si la différence entre la mesure de tension et la valeur de référence est inférieure audit seuil, alors on conclut que tous les transistors Mosfet sont fermés. En particulier, l’étape d’impulsion et l’étape de comparaison sont concomitantes. Avantageusement, l’invention permet de détecter une ouverture de transistor Mosfet indépendamment de la forte variation de la résistance de drain. La détection est faite pour un transistor Mosfet ouvert avec un nombre beaucoup plus élevé de transistors Mosfet en comparaison à la surveillance de la tension ou la résistance de drain. Selon une variante, l’étape de comparaison comprend une comparaison de toutes les phases deux par deux, et l’étape de conclusion comprend une détermination de la phase comportant le transistor Mosfet ouvert. Cela permet de renforcer la détection et de trouver sur quelle phase il y a un transistor ouvert. Selon une variante, le procédé de détection comprend une détection d’une variation d'inductance parasite du module de puissance. Cela permet de simplifier la détection de transistor Mosfet défectueux. Selon une variante, l’étape de charge (E1) est arrêtée à une basse tension comprise entre 3V et 50V, de préférence entre 5V et 40V. La tension est choisie de façon à limiter le courant de court-circuit de façon à ne pas détériorer les transistors Mosfet. Selon une variante, le procédé de détection comprend en outre une étape de détermination de côté dans laquelle on détermine le signe de ladite différence pour conclure si le transistor Mosfet ouvert est du côté haut ou du côté bas. Cela permet de déterminer si le transistor Mosfet est du côté haut ou du côté bas. Selon une variante, la valeur de référence est 0V, et, dans l’étape de conclusion, si la mesure de tension est de 0V, alors on conclut qu’un transistor Mosfet est ouvert entre les phases mesurées, et si la mesure de tension est supérieure à 0V, alors on conclut que tous les transistors Mosfet sont fermés. Cela permet de simplifier la détection. L’invention concerne en outre un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de détection selon l’invention, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. L'invention sera davantage détaillée par la description non limitative de variantes, et sur la base des figures annexées, dans lesquelles : - FIG. 1 illustre schématiquement une architecture électrique d’un assemblage de transistors Mosfet dans un module de puissance convenant à la mise en œuvre de l’invention ; et - FIG. 2 illustre schématiquement une représentation graphique de la tension et de l’intensité en fonction du temps lors de la mise en œuvre du procédé de détection selon l’invention. L’invention concerne un procédé de détection d’un transistor à effet de champs ouvert, dans un module de puissance d’un véhicule automobile. Ce type de module de puissance conduit un courant sur trois phases U, V, W illustrées en FIG. 1 . Le module de puissance comprend un module de connecteur DC DCL fournissant de la puissance. Le module de puissance comprend en outre une pluralité de transistors à effet de champs de type Mosfet M1, M2, M3, M4, M5, M6. Ces transistors sont connectés ensemble en parallèle comme l’illustre la FIG. 1 . Le but de cette invention est de s'appuyer non pas sur une détection d'augmentation tension ou résistance de drain en cas de transistor Mosfet ouvert, mais sur une détection de la variation d'inductance parasite du module de puissance. La stratégie de détection a lieu pendant la phase de charge du module de connecteur DC DCL (ou « DC-LINK » en langue anglaise). On pourra parler d’une étape de charge E1 illustrée en FIG. 2 . Au début, le module de connecteur DC DCL est chargé par le chargeur de 0 à 400V ou 800V. L'idée est d'arrêter la charge à une basse tension, par exemple entre 5V et 40V. Ensuite, la deuxième étape consiste à court-circuiter toutes les trois phases sur le côté haut et le côté bas en même temps. La conséquence en est une impulsion de courant élevée. On pourra parler d’une étape d’impulsion E2. Cette impulsion peut être limitée en toute sécurité par la quantité de tension précédemment chargée à l'intérieur du module de connecteur DC DCL. Au tout début de l'impulsion de courant, le courant est vraiment faible et a une pente élevée. Par conséquent, au début, la chute de tension due à la résistance de drain est faible et la chute de tension due à l'inductance parasite est élevée. Par exemple, si la première phase U côté bas comporte un transistor Mosfet défectueux sur 6 Mosfet en parallèle, dans ce cas l'inductance équivalente parasite peut augmenter d’environ 20% à l'intérieur du côté bas (dans un cas général, la valeur peut augmenter ou descendre plus ou moins selon d’autres critères). Par conséquent, la répartition de l'inductance entre le côté bas et le côté haut de cette phase change. Cela implique que la tension au milieu du côté bas et du côté haut (tension de phase) change par rapport à une phase fonctionnant normalement : où - est la tension des transistors Mosfet ; - est l’inductance du côté bas ; - est l’inductance du côté haut ; et - est la tension du module de connecteur DC DCL. En surveillant la tension entre les phases, nous pouvons savoir si nous avons un transistor Mosfet ouvert. Si la tension entre deux phases est proche de zéro, alors il n'y a pas de transistor Mosfet ouvert à l'intérieur des deux phases, si la tension n'est pas nulle (seuil à définir selon tolérance), on sait qu'au moins une phase a un transistor Mosfet ouvert. En mesurant les trois tensions entre les phases (U-V, V-W, U-W), par élimination on peut savoir quelle phase ne fonctionne pas. De plus, avec le signe de la tension entre les phases, il est possible de savoir si c'est le côté haut ou le côté bas qui a un transistor Mosfet ouvert. Ainsi, il est plus facile de détecter une base Mosfet ouverte à partir d’une inductance parasite car la répartition d'inductance parasite entre les phases est beaucoup plus faible : par exemple 1% de variation d'inductance contre 30% pour la résistance de drain. La variation d’inductance parasite dépend surtout de la géométrie du module de puissance dont la tolérance sur les dimensions est connue. L’invention permet de détecter une ouverture de transistor Mosfet indépendamment de la forte variation de la résistance de drain. La détection est faite pour un transistor Mosfet ouvert avec un nombre beaucoup plus élevé de transistors Mosfet en parallèle, en comparaison à la surveillance de la tension ou la résistance de drain. L’invention permet de savoir exactement quelle phase comporte le transistor Mosfet ouvert, et s’il est du côté haut ou du côté bas. Procédé de détection de transistor à effet de champ ouvert dans un module de puissance conduisant un courant sur trois phases (U, V, W), chaque phase comprend un côté haut et un côté bas, le module de puissance comprenant : - un module de connecteur DC (DCL) fournissant de la puissance ; - une pluralité de transistors à effet de champ de type Mosfet (M1, M2, M3, M4, M5, M6), connectés ensemble en parallèle, le procédé de détection comprenant les étapes suivantes : - une étape de charge (E1) du module de connecteur DC (DCL) ; - une étape d’impulsion (E2) dans laquelle on court-circuite les trois phases sur les côtés haut et les côtés bas de sorte à générer une impulsion de courant, - une étape de comparaison (E3) dans laquelle on compare une mesure de tension entre deux desdites phases et une valeur de référence correspondant à un module de puissance dont tous les transistors sont fonctionnels, - une étape de conclusion (E4) dans laquelle si une différence entre la mesure de tension et la valeur de référence est supérieure à un seuil prédéterminé, alors on conclut qu’un transistor Mosfet est ouvert entre les phases mesurées, et si la différence entre la mesure de tension et la valeur de référence est inférieure audit seuil, alors on conclut que tous les transistors Mosfet sont fermés. Procédé de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape de comparaison (E3) comprend une comparaison de toutes les phases deux par deux, et l’étape de conclusion comprend une détermination de la phase comportant le transistor Mosfet ouvert. Procédé de détection selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu’il comprend une détection d’une variation d'inductance parasite du module de puissance. Procédé de détection selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’étape de charge (E1) est arrêtée à une basse tension comprise entre 3V et 50V, de préférence entre 5V et 40V. Procédé de détection selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape de détermination de côté dans laquelle on détermine le signe de ladite différence pour conclure si le transistor Mosfet ouvert est du côté haut ou du côté bas. Procédé de détection selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la valeur de référence est 0V, et dans l’étape de conclusion (E4), si la mesure de tension est de 0V, alors on conclut qu’un transistor Mosfet est ouvert entre les phases mesurées, et si la mesure de tension est supérieure à 0V, alors on conclut que tous les transistors Mosfet sont fermés. Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de détection selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.