INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
En marge de la problématique court-circuit, les transistors de puissance à base de SiC souffrent également d'une fragilité et d'une instabilité "électrique" de leur grille. Les raisons à cela sont multiples : d'une part la présence d'un oxyde de grille déposé d'épaisseur au moins trois fois plus mince qu'en technologie silicium, amenant un champ électrique mis en jeu au moins trois fois supérieur, et d'autre part la manifestation d'une dérive importante de leur tension de seuil en raison de défauts d'interfaces (structuraux et par la migration de contaminants) avec des états d’interface plus ou moins susceptibles de capturer ou réémettre des porteurs et évolutifs dans le temps, entre l'oxyde de grille et la zone active en SiC du composant.
Plusieurs méthodes de surveillance et de détection de l’apparition de court-circuit sur des transistors de puissance existent : mesure directe du courant de drain I DS de l’interrupteur de puissance, mesure de la tension V DS , mesure de courant de grille dynamique, mesure de la charge de grille Q G . Toutefois, ces méthodes présentent toutes un ou plusieurs des inconvénients suivants : captation de puissance par le composant de puissance, difficultés et surcoût liés à l’intégration de composants de surveillance et de détection à haute tension dans le circuit de commande du composant de puissance, temps de réponse trop longs.
Le but de la présente invention est de proposer une solution de commande, de surveillance et de protection d’un transistor de puissance vis-à-vis des courts-circuits ne pénalisant pas le mode nominal de commutation du transistor de puissance et ne présentant pas les inconvénients de l’art antérieur indiqués ci-dessus.
Pour cela, il est proposé un dispositif de commande et de protection d’un transistor de puissance, comprenant au moins : - un circuit de commutation nominale du transistor de puissance, configuré pour commander (en appliquant une tension de commutation nominale sur la grille du transistor de puissance) une commutation nominale du transistor de puissance d’un état passant à un état bloqué, un maintien du transistor de puissance à l’état bloqué, et une commutation nominale du transistor de puissance de l’état bloqué à l’état passant ; - un circuit de détection de court-circuit, configuré pour maintenir le transistor de puissance à l’état passant (en appliquant une tension de maintien à l’état passant sur la grille du transistor de puissance) et détecter une augmentation de la valeur de la tension V GS (tension grille – source) du transistor de puissance au-dessus d’une valeur d’une tension de référence haute, ou une baisse de la valeur de la tension V GS en dessous d’une valeur d’une tension de référence basse, qui sont représentatives d’un court-circuit du transistor de puissance (de type FUL par le biais d'un courant fourni et sortant par la grille du transistor de puissance lors d’une augmentation de la tension V GS au-dessus de la tension de référence haute, et de type HSF par le biais d'un courant consommé et rentrant par la grille du transistor de puissance lors d’une augmentation de la tension V GS au-dessus de la tension de référence haute) ; - un circuit de protection, configuré pour décharger la grille du transistor de puissance après une détection d’un court-circuit du transistor de puissance ; - un circuit de mesure et de commande configuré pour délivrer des signaux de commande en entrée du circuit de commutation nominale, du circuit de détection de court-circuit et du circuit de protection tels que :
en l’absence de court-circuit détecté, une entrée du circuit de protection couplée à la grille du transistor de puissance est mise dans un état haute impédance ; en présence d’un court-circuit détecté, des sorties du circuit de commutation nominale et du circuit de détection de court-circuit couplées à la grille du transistor de puissance sont mises chacune dans un état haute impédance.
L’invention propose une nouvelle architecture électronique d’un circuit de commande, ou d’attaque, de grille de transistor, communément appelé de « gate-driver », comprenant plusieurs voies de sorties chacune à même de pouvoir fonctionner de manière modulaire et sélective pour réaliser une fonctionnalité dédiée. Chaque branche de sortie du dispositif est dévolue à une seule fonction pouvant être réalisée de manière indépendante et optimisée, à la demande, sans exclusion vis-à-vis des autres fonctionnalités du dispositif.
Dans le dispositif de commande et de protection selon l’invention, les différents circuits servant à commander et protéger le transistor de puissance, c’est-à-dire à réaliser les commutations du transistor de puissance, le maintenir dans un état passant ou bloqué, et surveiller le comportement électrique du transistor de puissance, sont couplés à la grille du transistor de puissance parallèlement les uns des autres à travers des résistances différentes dont les valeurs, également différentes les unes des autres, sont adaptées à la fonction (commutation lente, commutation rapide, mesure de tension, etc.) réalisée sur le transistor de puissance par chacun de ces circuits.
Ce dispositif de commande et de protection repose sur une architecture de circuits électroniques fonctionnant en basse tension susceptible de pouvoir être intégrée avec une très forte densité dans un circuit intégré de type ASIC (« Application Specific Integrated Circuit », ou circuit intégré spécialisé).
En outre, ce dispositif ne comporte pas d’élément couplé au drain ou à la source du transistor de puissance, ou d’élément de captation de puissance du transistor de puissance. Les caractéristiques et la réponse de transistor de puissance ne sont donc pas modifiées par ce dispositif. Cette propriété a également pour avantage de réduire le coût de la solution proposée car elle permet, par rapport aux solutions de l’art antérieur, d'optimiser le routage du dispositif et de réduire la surface de circuit nécessaire à son implantation.
Dans ce dispositif, la détection de court-circuit est basée sur la détection d’une augmentation ou d’une baisse anormale de la tension V GS du transistor de puissance, c’est-à-dire la détection d’une dépolarisation ou d’une surpolarisation ohmique de la grille du transistor de puissance. La détection de court-circuit réalisée par le dispositif de commande et de protection permet la détection de tout type de court-circuit.
L’invention s’applique avantageusement à la commande et la protection d’un transistor de puissance faisant partie d’un module ou d’un convertisseur de puissance pour commande moteur d’un aéronef.
Le dispositif de commande et de protection proposé rend globalement plus fiable, plus sûr et plus disponible sur un temps long les équipements d'électronique de puissance dans lesquels des composants ou des modules de puissance à base de transistors de puissance sont utilisés.
Le dispositif de commande et de protection est avantageusement utilisé pour protéger un transistor de puissance à base de semi-conducteur à grand gap (c’est-à-dire comprenant un gap d'énergie ou une hauteur de la bande interdite Eg séparant les derniers états occupés de la bande de valence et les premiers états libres de la bande de conduction, plus important que le silicium) tel que du SiC ou du GaN. Le transistor de puissance commandé et protégé correspond avantageusement à un MOSFET en carbure de silicium ou un HEMT p-GaN pour lesquels un court-circuit de type HSF ou FUL peut être détecté, mais peut correspondre à un autre type de transistor comme par exemple un JFET ou un IGBT pour lesquels un court-circuit de type FUL peut être détecté.
Le circuit de détection de court-circuit est couplé au transistor de puissance à travers des résistances différentes de celles via lesquelles le circuit de commutation nominale est couplé au transistor de puissance.
Selon un mode de réalisation, le différentiel de pression est généré en plaçant la barrière thermiquement isolante à une pression inférieure à la pression atmosphérique.
Selon un mode de réalisation, chaque paroi de cuve comporte une barrière thermiquement isolante secondaire, une membrane d’étanchéité secondaire, une barrière thermiquement isolante primaire et une membrane d’étanchéité primaire ; et pendant le déplacement du premier tronçon de la première zone vers le cale sèche et/ou l’assemblage du premier tronçon et du deuxième tronçon l’un à l’autre, on génère un différentiel de pression entre la pression régnant dans la barrière thermiquement isolante secondaire et la barrière thermiquement isolante primaire de la cuve étanche et thermiquement isolante du premier tronçon, la pression de la barrière thermiquement isolante secondaire étant inférieure à la pression de la barrière thermiquement isolante primaire.
Selon un mode de réalisation, le différentiel de pression est généré en plaçant l’espace interne de la cuve étanche et thermiquement isolante à une pression supérieure à la pression atmosphérique.
Selon un mode de réalisation, la fabrication du premier tronçon et la fabrication du deuxième tronçon comportent chacune : - souder la paroi inférieure et les parois latérales aux première et deuxième parois de cofferdam ; - introduire un échafaudage dans le compartiment par une ouverture destinée à être obturée par la paroi supérieure ; - assembler l’échafaudage dans le compartiment ; - souder la paroi supérieure aux parois latérales et aux première et deuxième parois de cofferdam de manière à fermer le compartiment ; et - ancrer la barrière thermiquement isolante contre chacune des parois porteuses définissant ledit compartiment.
Ceci permet de simplifier les opérations de mise en place de l’échafaudage et permet ainsi de réduire encore davantage la durée de fabrication de l’ouvrage flottant.
Selon un mode de réalisation, la fabrication du premier tronçon et la fabrication du deuxième tronçon comportent chacune en outre une étape consistant à ancrer la membrane d’étanchéité sur la barrière thermiquement isolante.
Selon un mode de réalisation, l’ouvrage flottant est un navire.
Selon un autre mode de réalisation, l’ouvrage flottant est une barge de reliquéfaction et de gazéification ou un navire de type méthanier.
La est une vue schématique de côté d’un navire à double coque.
La est une vue schématique de côté du navire à double coque de la lors de sa fabrication avant que les tronçons pré-assemblés successifs ne soient fixés les uns aux autres.
La est une vue partielle schématique d’un espace interne d’un tronçon pré-assemblé destiné à recevoir une cuve étanche et thermiquement isolante.
La est une vue en perspective schématique d’un tronçon.
La est une vue partielle, en coupe selon un axe transversal, d’un espace de cofferdam.
La est une vue schématique illustrant la structure multicouche d’une paroi de cuve.
La est une vue schématique partielle d’un tronçon équipé d’un échafaudage destiné à être utilisé pour monter les parois de cuve à l’intérieur du compartiment dudit tronçon.
la illustre un pixel selon l’art antérieur, ayant comme propriété trois couleurs R, V, B. Sa position est celle de sa position X,Y représentée par l’indexation pour y accéder, ce qui traduit sa position dans l’image,
la illustre un pixel 2 selon l’invention, appelé sgpixel, comportant : un nombre α (par exemple 1 octet), référencé 62, représentant un angle (par exemple par rapport à l’horizontale) de la droite passant par le centre du pixel 2 et perpendiculaire à une ligne de séparation 3 au sein de ce pixel 2, une distance d, algébrique (donc signée), référencée 61, qui repère la distance entre le centre du pixel et la séparation 3 dans le sgpixel 2, et repère donc, avec α, la position de la séparation 3 dans le sgpixel 2, Un gradient 4 s’appliquant par exemple sur la luminosité, et donc les 3 couleurs, pour définir une variation de luminosité à l’intérieur du sgpixel 2, plus exactement à l’intérieur d’un des domaines 31 du sgpixel 2. La direction du gradient 4 est supposé parallèle au segment de la distance 61 et donc perpendiculaire à la séparation 3 (donc la direction du gradient 4 est positionnée par l’angle 62). Dans un autre mode, on représenter le gradient 4 par deux coordonnées dans le repère X, Y.
la illustre une conversion d’une image de sgpixels 2 enregistrée selon le procédé 1 selon l’invention et à convertir vers une matrice de 4 x 4 de pixels finaux 7 d’une image bitmap classique ou de groupes 7 de photogénérateurs (carrés pleins) d’un écran qui montre l’image de sgpixels 2,
la illustre une variante de la qui tient compte de l’exacte position des générateurs R, G, B dans chaque pixel final 7 de l’écran,
la illustre différentes étapes 11, 12, 13 du procédé 1 qui peuvent se succéder plusieurs fois et dans n’importe quel ordre,
la illustre une image matricielle selon l’état de l’art,
la illustre une image selon l’invention avec des sgpixels selon l’invention.
On va tout d’abord décrire, en référence aux figures 1b et 2 à 4, des exemples de mises en œuvre d’un procédé 1 selon l’invention.
Ces exemples concernent donc un procédé 1 d’enregistrement 11 (dans une mémoire vive et/ou dans une mémoire morte et/ou un ordinateur ou tout autre moyen ou système informatique) d’une image numérique dans un format informatique, ladite image ou au moins une partie de l’image étant codée et enregistrée 11 sous la forme d’une matrice de pixels dans laquelle chaque pixel considéré 2 (appelé sgpixel comme expliqué par la suite) parmi au moins un ou plusieurs ou l’ensemble des pixels de la matrice comprend : au moins une ligne de séparation 3 (droite ou courbe, de préférence droite) au sein du pixel considéré 2, séparant le pixel considéré 2 au moins en deux domaines 30 (distingués par des références 31 et 32 sur la , 2 et 3 correspondant au cas d’une seule ligne 3 séparant en deux domaines 30 ; dans des variantes, on peut avoir deux, trois, quatre ou plus lignes 3 séparant un sgpixel 2 en trois, quatre, cinq ou plus domaines 30, ces lignes pouvant se croiser ou se toucher), et/ou au moins un gradient spatial 4 de couleur (par exemple un gradient 4 par couleur) et/ou de teinte (par exemple un gradient 4 par teinte) et/ou de luminosité au sein du pixel considéré 2 ou au sein d’au moins un des domaines 30, 31, 32 du pixel considéré 2.
Les termes « gradient 4 » et « variabilité 4 » et « variation 4 » et « variation spatiale 4 » sont dans la présente description utilisés de manière équivalente.
Les termes « ligne de séparation 3 » et « séparation 3 » sont dans la présente description utilisés de manière équivalente.
Chaque sgpixel comprend au moins une ligne de séparation 3 et/ou au moins un gradient 4 en ce qu’il comprend des données relatives à cet au moins une ligne de séparation 3 et/ou au moins un gradient 4, même si seuls quelques uns n’auraient des propriétés de séparation 3 ou de gradient 4 non nulles. En effet, cela permet de normaliser la représentation mémoire ; dans le cas contraire, cela crée l’obligation de faire des champs à taille variable, mais en contre-partie, ces champs à taille variable peuvent prendre moins de place mémoire, globalement, si peu de pixels sont concernés, et le fait, ne pas affecter de mémoire aux champs de séparation 3 et/ou de gradient 4 nuls peut déjà se voir comme étant une forme de compression.
Le codage type LZ77 est une façon de remplacer des séquences qui se répètent par une référence à une précédente séquence identique, ce qui évite de ré-écrire la séquence, juste remplacée par sa localisation et sa longueur, ce qui prend beaucoup moins de place. De façon proche, si l’on réduit la notion de séquence aux 3 composantes R, V, B d’un pixel, le format TIFF - est aussi une façon de compresser une image par remplacement des codes identiques répétés pour des pixels d’une ligne ayant la même couleur, par une séquence qui dit en une fois : « il y a n champs de telle couleur dans les n pixels qui suivent », par exemple.
Ainsi, la mise en œuvre du procédé 1 se fait en ajoutant des propriétés à chaque sgpixel 2 parmi tout ou partie des pixels de l’image de représentation d’une image :
- par l’au moins un gradient 4, on peut ajouter une propriété de variation spatiale de couleur(s) et/ou luminosité et/ou teinte(s) au sein du sgpixel 2. Différentes implémentations sont possibles.
Les premiers modules 21 des trois voies de traitement 12 s’échangent alors les paramètres de navigation qu’ils ont chacun estimés à partir des capteurs associés à leur voie de traitement 12.
Les paramètres de navigation cheminent entre les premiers modules 21 selon des flux F2, sur un bus interne 24 inter-voies.
Chaque premier module 21 émet aussi sur le bus interne 24 des signaux de surveillance des capteurs internes 14, 15 et externes 8 associés à la voie de traitement 12 à laquelle appartient ledit premier module 21. Pour chaque capteur, les signaux de surveillance comprennent une information sur l’état dudit capteur (par exemple état normal, panne, problème de connexion du capteur, etc.).
Le premier module 21 de chaque voie de traitement 12 vérifie alors une première validité des paramètres de navigation qu’il a estimés en les comparant avec ceux estimés par les premiers modules 21 des autres voies de traitement 12.
Pour cela, le premier module 21 de chaque voie de traitement 12, pour chaque paramètre de navigation, compare la valeur dudit paramètre de navigation qu’il a estimée avec une moyenne des valeurs du même paramètre utilisées de navigation estimées par les premiers modules 21 des autres voies de traitement 12.
Un premier vote est donc réalisé par chaque premier module 21 sur les paramètres de navigation.
Si la valeur du paramètre de navigation que ledit premier module 21 a estimée est incluse dans un intervalle [M-α ; M+α], où M est la moyenne et α est une marge de tolérance, le premier module 21 considère que la première validité dudit paramètre de navigation est vérifiée, c’est-à-dire que le paramètre de navigation qu’il a estimé est valide.
Si la valeur dudit paramètre de navigation n’est pas incluse dans cet intervalle, le premier module 21 considère que la première validité dudit paramètre de navigation n’est pas vérifiée, c’est-à-dire que le paramètre de navigation qu’il a estimé n’est pas valide.
Pour chaque voie de traitement 12, si la première validité d’un paramètre de navigation estimé par le premier module 21 de ladite voie de traitement 12 n’est pas vérifiée, le calculateur 3 n’utilise plus le capteur (externe ou interne) qui est associé à ladite voie de traitement 12 et qui a été utilisé pour estimer ledit paramètre de navigation.
Alternativement, pour chaque voie de traitement 12, si la première validité d’un paramètre de navigation estimé par le premier module 21 de ladite voie de traitement 12 n’est pas vérifiée, le calculateur 3 désactive ladite voie de traitement 12. Le calculateur 3 passe donc d’une configuration triplex (à trois voies) à une configuration dual lane (à deux voies). Les capteurs externes 8 et internes 14, 15 associés à ladite voie de traitement 12 ne sont plus utilisés.
Chaque voie de traitement 12 reçoit, via une liaison numérique 25, une consigne de trajectoire Ct du drone 1.
La consigne de trajectoire Ct du drone 1 est par exemple préenregistrée dans le calculateur 3 ou dans un autre équipement du drone 1, ou bien est calculée en temps réel par le calculateur 3 ou par un autre équipement du drone 1, ou bien est envoyée par une station sol, par un autre aéronef, etc.
Chaque voie de traitement 12 reçoit aussi, via une liaison numérique 26, des signaux de surveillance des commandes de vol, qui sont transmis au calculateur 3 par des équipements qui surveillent les commandes de vol, ou par des fonctions internes au calculateur 3.
Le deuxième module 22 de chaque voie de traitement 12 génère alors des commandes à partir de la consigne de trajectoire Ct du drone 1 et des paramètres de navigation estimés par le premier module 21 de ladite voie de traitement 12, dont la première validité a été vérifiée.
Pour chaque commande de vol, les commandes sont générées uniquement si les signaux de surveillance des commandes de vol indiquent que celle-ci fonctionne correctement.
Chaque deuxième module 22 transmet alors à tous les troisièmes modules 23 les commandes qu’il a générées.
Selon un mode de mise en œuvre, l’algorithme d’apprentissage est un algorithme d’apprentissage automatique. L’utilisation d’un algorithme d’apprentissage automatique permet de construire la méthode d’estimation et/ou la détermination du temps d’attente réduit en utilisant une grande quantité d’information. Cette grande quantité d’information, pouvant être issue de nombreuses mesures sur de nombreux composants, augmente ainsi la représentativité de la méthode d’estimation et la qualité du compromis entre gain de temps et fiabilité des tests.
Selon un mode de mise en œuvre, l’algorithme d’apprentissage réalise au moins une interpolation. En interpolant les données issues des différentes mesures, le procédé de test peut ainsi être adapté à des points de mesure (couple valeur de réponse et temps d’attente) absents des données d’apprentissage.
Selon un mode de mise en œuvre, l’interpolation est une interpolation polynomiale et/ou une interpolation de type spline cubique. L’interpolation polynomiale est une méthode d’interpolation qui, une fois le polynôme d’interpolation établi, facilite le maintien en mémoire de cette interpolation car la seule mémorisation des coefficients des différents degrés du polynôme permet une reconstitution ultérieure de ce polynôme. L’interpolation de type spline cubique permet une bonne représentativité de l’interpolation ainsi réalisée. C’est-à-dire que les estimations réalisées à partir de cette interpolation seront proches du comportement qu’un composant électronique aurait eu au point de mesure estimé. L’interpolation de type spline cubique est une interpolation polynomiale par morceaux utilisant des polynômes de degré trois.
Selon un mode de mise en œuvre, l’algorithme d’apprentissage réalise une interpolation entre des points de mesure correspondant à différents temps d’attente afin d’obtenir une fonction de la valeur de réponse selon le temps d’attente. Cela permet d’estimer la valeur de réponse qui aurait été obtenue après un temps d’attente nominal à partir de valeur de réponse pour des temps d’attente auxquels aucune mesure n’aurait été réalisée lors de la phase d’apprentissage.
Selon un mode de mise en œuvre, l’algorithme d’apprentissage réalise une interpolation entre des points de mesure à un temps d’attente donné afin d’obtenir une fonction de la valeur de réponse qui aurait été obtenue après un temps d’attente nominal à partir d’un couple valeur de réponse et temps d’attente. Cela permet d’estimer la valeur de réponse qui aurait été obtenue après un temps d’attente nominal à partir de valeurs de réponse anticipées qui n’auraient pas été mesurées lors de la phase d’apprentissage.
Selon un mode de mise œuvre, le procédé de test comporte également une phase de relaxation du temps d’attente, remplaçant le temps d’attente réduit par un temps d’attente relâché. Le temps d’attente relâché est un temps d’attente dont la valeur est supérieure au temps d’attente réduit tout en restant inférieure à la valeur du temps d’attente nominal. En effet, l’environnement de test sur chaque chaine de production utilisant le procédé de test est nécessairement différent de l’environnement de test utilisé lors de la phase d’apprentissage (en général un laboratoire). Ces différences d’environnement peuvent engendrer une mauvaise adaptation du temps d’attente réduit à une chaine de production utilisant le procédé de test. Une phase de relaxation du temps d’attente permet de conserver une bonne fiabilité du procédé de test malgré ces différences d’environnement.