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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes

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806documents trouvés

18077
22/03/2018

A High Efficiency and Power Density, High Step-Up, Non-isolated DC-DC Converter Based on Multicell Approach

A.ANDRETA, T.LAMORELLE, Y.LEMBEYE, L.KERACHEV, F.S.ARDEBILI, L.LAVADO VILLA

G2Elab, ISGE

Manifestation avec acte : International Conference on Integrated Power Electronics Systems ( CIPS ) 2018 du 20 mars au 22 mars 2018, Stuttgart (Allemagne), Mars 2018 , N° 18077

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01744905

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143032
17568
13/12/2017

A solution for channel electron migration in normally-off MIS-HEMT with buried fluorine ions

F.MORANCHO, S.HAMADY, B.BEYDOUN

ISGE, LPM Liban

Manifestation avec acte : International Conference on Microelectronics ( ICM ) 2017 du 10 décembre au 13 décembre 2017, Beyrouth (Liban), Décembre 2017 , N° 17568

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01710524

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Abstract

High electron mobility transistors based on Gallium Nitride are promising devices for high frequency and high-power applications. While switching applications demand normally-off operation, conventional HEMTs possess a channel populated with electrons at zero gate voltage making them normally-on. By implanting fluorine below the channel, normally-off operation can be achieved. However, at high gate voltages, a drop in the transconductance is obtained due to electron migration from the AlGaN/GaN interface to the insulator/AlGaN interface. In this work, to recover the drop in the transconductance and hence increase the current density, an AlN interlayer is introduced between the AlGaN and GaN layers to block electron migration

142638
17589
12/12/2017

ADREAM : Energy Consumption Optimization through Dynamic Simulations for the development of a platform of Intelligent Energy Management

I.PAPAS, C.ECREPONT, C.ALONSO, B.ESTIBALS

ISGE, IDEA

Affiche/Poster : LIA NextPV annual workshop ( ) 2017 du 11 décembre au 12 décembre 2017, Tokyo (Japon), Décembre 2017, 1p. , N° 17589

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01703407

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142755
17553
12/12/2017

Distributed DC/DC architecture for an LVDC hydrogen production microgrid based on concentrated photovoltaïc sources

K.NEUHAUS, C.ALONSO

ISGE

Affiche/Poster : LIA NextPV annual workshop ( ) 2017 du 11 décembre au 12 décembre 2017, Tokyo (Japon), Décembre 2017, 1p. , N° 17553

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01702956

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Abstract

In the context of the decrease of fossil fuels and ecological transition, hydrogen production has been identified as a solution for storage consuption of renewable energies. High efficiency solar cells can be used in conjunction with solar concentration to further push the limits of photovoltaïc energy production. In order to maximize this production, high precision solar tracking in addition to optimized conversion devices are needed. In this study, a distributed DC/DC architecture is proposed with a Low Voltage DC microgrid, aiming to optimize energy flows between high efficiency concentrated

142574
17526
08/12/2017

Dimensionnement et gestion optimaux d'éléments de stockage pour le déploiement de sources renouvelables, réalisation d'un micro-réseau LVDC

J.DULOUT

ISGE

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 8 Décembre 2017, 158p., Président: M.BAFLEUR, Rapporteurs: M.ALONSO, J.M.VINASSA, Examinateurs: C.E.CARREJO GONZALEZ, Directeurs de thèse: C.ALONSO, B.JAMMES , N° 17526

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01719288

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Abstract

Because of our global high consumption of fossil fuels, these resources are becoming scarce and the environmental equilibrium of the Earth is endangered. Other energy sources are developed in order to build a new diversified and decarbonised energy mix. For example, in an urban context, the solar photovoltaic system has many assets such as the decentralized production of electricity, easy integration in buildings, transportation losses reduction, no sound during production, low environmental impact, etc. However, the production of this energy source is highly varying, difficult to predict (several timescales, from the cloud shadows to seasonal meteorological variations) and not correlated across time with our consumption needs. In order to enable a massive penetration of renewable energy sources in our conventional grid, the use of energy storage systems (e.g. electrochemical storage) seems a promising solution, taking into account the costs, supply security, technological maturity and ease of set up. Hence, new microgrids constituted by decentralized energy sources and energy storage systems have been developed in order to replace or complement the main centralized grid by ensuring some support functions (i.e. enhancement of the grid stability, black-start operation, replacement of diesel generators, etc.). The consumers become actors able to inject a part of all their surplus energy to the main grid, if the operation is accepted by the transmission system operator. A new business model is to define, especially in the case of putting a valuation on the functions that can help the main grid. During this thesis, several years of data from production and consumption of a photovoltaic building have been analysed in order to define the operating profile of an energy storage system that ensures the equilibrium of the microgrid. A behavioural model taking into account the ageing has been made for three storage technologies: lead-acid batteries, lithium-ion batteries, and supercapacitors. It enables the optimal sizing, the hybrid association of storage systems, and the optimal energy management of the microgrid. Several criteria assessing the operation of microgrids have been studied (e.g. annual cost of the storage system, self-consumption rate, loss of load probability, etc.). A multi-objective methodology, based on Pareto optimality, has been developed in order to optimize economic, environmental, and autonomy aspects. A low voltage DC prototype of some kilowatts has been developed for validating the different concepts presented in this thesis.

Résumé

La forte consommation des énergies fossiles au niveau mondial entraine une raréfaction de ces ressources et met en danger l’équilibre environnemental global du fait de la pollution qu’elle engendre. D’autres sources d’énergie dites renouvelables se développent afin de proposer un mix énergétique très diversifié et progressivement décarboné. Par exemple, dans un contexte urbain, le solaire photovoltaïque présente de nombreux atouts comme la possibilité de produire de l’électricité de façon décentralisée, l’intégration aisée dans les bâtiments et infrastructures publiques, la réduction des pertes liées au transport de l’électricité, pas de pollution sonore, pas ou peu d’impact sur l’écosystème environnant, etc. Cependant, cette source est très intermittente et difficilement prédictible (diverses échelles de temps liées au passage de nuages, cycle diurne ou cycle saisonnier) et doit être implantée dans des endroits sans ombrage d’infrastructure pour assurer la meilleure production et durée de vie. De plus, sa production n’est généralement pas temporellement en phase avec des profils de consommation de type résidentiel ou tertiaire. Afin de répondre à la problématique d’intégration des énergies renouvelables dans nos réseaux électriques conventionnels, l’usage de moyens de stockage, par exemple de type électrochimique, semble aujourd’hui la meilleure solution, en considérant le coût, la sécurité d’approvisionnement, la maturité technologique et la facilité de mise en oeuvre. Ainsi, de nouveaux micro-réseaux constitués de sources décentralisées et d’éléments de stockage apparaissent en concurrence du réseau centralisé conventionnel ou en complément de ce dernier afin d’atteindre de nouveaux objectifs (stabilité accrue du réseau, mode isolé de secours en cas de panne avec possibilité d’aider le redémarrage du réseau principal, remplacement de générateurs diesel auxiliaires, etc.). Parmi les grandes transformations actuelles, les consommateurs de plus en plus acteurs et peuvent injecter tout ou partie du surplus d’énergie produit vers le réseau ou choisir de consommer de l’énergie du réseau selon leurs souhaits. Un nouveau modèle économique se dessine avec la possibilité de voir apparaître de nouvelles tarifications de l’électricité notamment liées aux prestations assurant une plus grande robustesse du réseau. Durant cette thèse, plusieurs années de données de production et de consommation d’un bâtiment photovoltaïque ont été analysées pour définir les contraintes imposées à l’unité de stockage assurant l’équilibre du micro-réseau électrique. Un modèle de performance et de vieillissement a été élaboré pour trois technologies de stockage: batteries plomb-acide, batteries lithium-ion et supercondensateurs. Celui-ci permet le dimensionnement, l’association d’éléments de stockage et la gestion optimale des flux énergétiques au sein du micro-réseau. Divers critères permettant d’évaluer le fonctionnement des micro-réseaux ont également été étudiés comme le coût annuel de l’unité de stockage, le taux d’autoconsommation de l’énergie photovoltaïque, la quantité d’énergie qui n’a pas été fournie au consommateur, etc. Une approche multi-objective, basée sur le concept d’optimum de Pareto, a été mise en oeuvre afin d’optimiser les aspects économique, environnemental et d’autonomie de fonctionnement des futurs réseaux électriques distribués. Un démonstrateur basse tension continue de quelques kilowatts a été développé pour valider les différents points étudiés dans cette thèse.

Mots-Clés / Keywords
Micro-réseau; Éléments de stockage; Gestion d’énergie électrique; Dimensionnement optimal; Commande bus DC; Modélisation de batteries et supercondensateurs; Microgrid; Energy storage systems; Energy management; Optimal sizing; DC bus control; Batteries and supercapacitors modelling;

142455
17525
07/12/2017

Architectures d'intégration mixte monolithique-hybride de cellules de commutation de puissance sur puces multi-pôles silicium et assemblages optimisés

A.LALE

ISGE

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 7 Décembre 2017, 212p., Président: S.LEFEBVRE, Rapporteurs: B.ALLARD, N.BATUT, Examinateurs: E.LABOURE, Directeurs de thèse: A.BOURENANNE, F.RICHARDEAU, Membres invités: V.BLEY, E.IMBERNON , N° 17525

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01730586

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Abstract

Currently, the standard 2D hybrid power module (power converter) is the reference technology for the medium and high power market. This hybrid power module is a discrete multi-chip case. The semi-conductor chips are interconnected by wire-bonding to form switching cells. The wire-bonding interconnection technology is a limiting factor in terms of electrical and thermomechanical performances, three-dimensional integrability and productivity. The aim of this thesis is to study new architectures of very integrated power converters. Compared to the so-called hybrid reference technology, the proposed architectures aim at a greater degree of integration, with an integration at both the semi-conductor level (monolithic integration) and the packaging level (hybrid integration). Monolithic integration consists in integrating switching cells into new multi-terminal macro-chip architectures. Hybrid integration consists in developing of new technologies to assemble these macro-chips. To validate the different proposed integration architectures, the first step was to study and validate the operating modes of the new chips by SentaurusTM TCAD simulations. Then, the multi-terminal chips were realized in the micro and nanotechnology platform of LAAS-CNRS laboratory. Finally, the chips were bonded on PCB substrates to realize power converter circuit prototypes. The highly integrated switching loop presents a stray inductance loop lower than one nanohenry, wich is an important improvement as compared to the values reported in literature (about 20 nH).

Résumé

Actuellement, le module de puissance (convertisseur de puissance) standard hybride 2D est la technologie de référence qui domine le marché de la moyenne et de la forte puissance. Ce dernier se présente sous la forme d’un boitier à multi-puces discrètes. Les puces à semi-conducteur sont reliées entre elles par des faisceaux de wire-bonding (câblage par fils) pour former des cellules de commutation. La technologie d’interconnexion wire-bonding présente une grande maturité technologique, et ses modes de défaillance sont bien connus aujourd’hui. Toutefois, cette technologie est un facteur limitant en termes de performances électrique et thermomécanique, d’intégrabilité tridimensionnelle et de productivité. Ces travaux de thèse ont pour objectif de proposer et d’étudier de nouvelles architectures de convertisseurs de puissance très intégrés. Comparée à la technologie hybride, dite de référence, les architectures proposées visent à un degré d’intégration plus poussé, avec un effort d’intégration partagé et conjoint au niveau semi-conducteur (intégration monolithique) et au niveau assemblage (intégration hybride). L’intégration monolithique consiste à intégrer les interrupteurs formant les cellules de commutation dans de nouvelles architectures de puces, passant ainsi de la notion de puce dipôle à celle de macro-puce multi-pôle. L’intégration hybride repose sur le développement de nouvelles technologies de report et d’assemblage de ces macro-puces. Pour valider les trois nouvelles architectures d’intégrations proposées, la démarche a consisté dans un premier temps à étudier et valider le fonctionnement des nouvelles puces par des simulations SentaurusTM TCAD. Ensuite, les puces multi-pôles ont été réalisées en s’appuyant sur la filière IGBT disponible dans la plateforme de micro-fabrication du LAAS-CNRS. Pour finir, les puces ont été reportées sur des cartes PCB, afin de réaliser des circuits de conversions prototypes. La maille de commutation très intégrée proposée présente une inductance parasite inférieure au nanohenry, ce qui est remarquable comparée à ce qui est présenté dans l’état de l’art (env. 20 nH).

Mots-Clés / Keywords
Convertisseur de puissance multi-phase; Cellule de commutation; Intégration monolithique; Intégration hybride; Reverse Conducting-IGBT (RC-IGBT); Simulation SentaurusTM TCAD; Carte PCB prototype; Microélectronique; Microfabrication; Multi-phase power converter; Power switching cell; Monolithic integration; Hybrid integration; SentaurusTM TCAD simulation; PCB prototype; Microelectronics;

142453
17387
23/10/2017

Diamond Schottky diodes operating at 473 K

R.MONFLIER, K.ISOIRD, A.CAZARRE, J.TASSELLI, A.SERVEL, J.ACHARD, D.EON, M.J.VALDIVIA BIRNBAUM

ISGE, S4M, IBS, LSPM, NEEL

Revue Scientifique : EPE Journal, Vol.27, N°3, pp.118-124, Octobre 2017, DOI 10.1080/09398368.2017.1388625 , N° 17387

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01618095

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Abstract

In this paper, we present current-voltage characteristics of vertical and pseudo-vertical Diamond Schottky diodes operating up to 473 K. The functionality rate is greater than 75% for each samples. For vertical diodes, current density at 473 K reaches 488 A/cm², while it is greater than 1000 A/cm² for pseudo-vertical diodes. Under reverse bias, the leakage current is less than 10−7 A/cm² at 50 V for all functional diodes. However, the high barrier height and high non-ideality factor observed are probably caused by high charges at the Diamond/Schottky contact interface. This article emphasizes the high reproducibility of the characteristics and the functionality rate at 473 K.

141323
17392
06/09/2017

Study of photovoltaic system integration in microgrids through real-time modeling and emulation of its components using HiLeS

A.GUTIERREZ GALEANO

ISGE

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 6 Septembre 2017, 213p., Président: G.GARCIA, Rapporteurs: R.CASALLAS GUTIERREZ, J.J.RODRIGUEZ ANDINA, Examinateurs: C.CARREJO, O.LOPEZ SANTOS, Directeurs de thèse: C.ALONSO, F.JIMENEZ, Co-encadrant de thèse: M.BRESSAN , N° 17392

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01629204

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Résumé

L’intégration actuelle des systèmes photovoltaïques dans les systèmes d’alimentation conventionnels a montré une croissance importante, ce qui a favorisé l’expansion rapide des micro-réseaux du terme anglais microgrid. Cette intégration a cependant augmenté la complexité du système d’alimentation qui a conduit à de nouveaux défis de recherche. Certains de ces défis de recherche encouragent le développement d’approches de modélisation innovantes en temps réel capables de faire face à cette complexité croissante. Dans ce contexte, une méthodologie innovante est proposée et basée sur les composants pour la modélisation et l’émulation de systèmes photovoltaïques en temps réel intégrés aux microgrids. L’approche de modélisation proposée peut utiliser le langage de modélisation des systèmes (SysML) pour décrire la structure et le comportement des systèmes photovoltaïques intégrés en tenant compte de leurs caractéristiques multidisciplinaires. De plus, cette étude présente le cadre de spécification de haut niveau des systèmes embarqués (HiLeS) pour transformer les modèles SysML développés en code source destinés à configurer le matériel intégré. Cette caractéristique de la génération automatique de code permet de profiter de dispositifs avec un haut degré d’adaptabilité et de performances de traitement. Cette méthodologie basée sur HiLeS et SysML est axée sur l’étude des systèmes photovoltaïques partiellement ombragés ainsi que des architectures flexibles en électronique de puissance en raison de leur influence sur les microgrids actuels. En outre, cette perspective de recherche est utilisée pour évaluer les stratégies de contrôle et de supervision dans les conditions normales et de défauts. Ce travail représente la première étape pour développer une approche innovante en temps réel pour modéliser et émuler des systèmes photovoltaïques complexes en tenant compte des propriétés de modularité, de haut degré d’évolutivité et des conditions de travail non uniformes. Les résultats expérimentaux et analytiques valident la méthodologie proposée.

Abstract

Nowadays, the integration of photovoltaic systems into electrical grids is encouraging the expansion of microgrids. However, this integration has also increased the power system complexity leading to new research challenges. Some of these research challenges require the development of innovative modeling approaches able to deal with this increasing complexity. Therefore, this thesis is intended to contribute with an innovative methodology component-based for modeling and emulating in real-time photovoltaic systems integrated to microgrids. The proposed modeling approach uses the Systems Modeling Language (SysML) to describe the structure and behavior of integrated photovoltaic systems. In addition, this study presents the High Level Specification of Embedded Systems (HiLeS) to transform automatically the developed SysML models in embedded code and Petri nets. These characteristics of automatic code generation and design based on Petri nets allow taking advantage of FPGAs for application of real-time emulation of photovoltaic systems. This dissertation is focused on partially shaded photovoltaic systems and flexible power electronics architectures because of their relevant influence on current microgrids. Furthermore, this research perspective is intended to evaluate control and supervision strategies in normal and fault conditions. This work represents the first step to develop an innovative real-time approach to model and emulate complex photovoltaic systems considering properties of modularity, high degree of scalability, and non-uniform working conditions. Finally, experimental and analytical results validate the proposed methodology.

Mots-Clés / Keywords
FPGA; HiLes; Microgrid; Ombragé partiel; Photovoltaïque;

141333
17421
01/09/2017

New triggering-speed-characterization method for diode-triggered SCR using TLP

M.MAHANE, D.TREMOUILLES, M.BAFLEUR, B.THON, M.DIATTA, L.JAOUEN

ISGE, ESE, ST

Revue Scientifique : Microelectronics Reliability, Vol.76-77, pp.692-697, Septembre 2017 , N° 17421

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01643028

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Abstract

The key parameters in the optimization of the Diode Triggered Silicon-Controlled Rectifier (DTSCR) as a RF ESD protection, are the turn-on time and the trigger-voltage overshoots seen before the SCR turns on, during very fast ESD transients [1]. But at this time, there is no normalized method to evaluate and report the ESD device turn-on speed [2]. Such a method would be required to effectively compare device performance. In this work a new method , based on stored-charge, is investigated to characterize the triggering speed of DTSCR using Transmission Line Pulsing (TLP) measurements

141644
17422
01/09/2017

Investigation on damaged planar-oxide of 1200 V SiC power MOSFETs in non-destructive short-circuit operation

F.BOIGE, F.RICHARDEAU, D.TREMOUILLES, S.LEFEBVRE, G.GUIBAUD

LAPLACE, ISGE, SATIE, Thalès Communicatio

Revue Scientifique : Microelectronics Reliability, Vol.76-77, pp.500-506, Septembre 2017 , N° 17422

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01643030

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Abstract

The purpose of this paper is to present an extensive study of three 1200 V silicon carbide (SiC) Power MOSFETs in non-destructive, but leading to degradations, short-circuit operation. Unusually, as compared with equivalent device built on silicon, the damage signature is a significant gate current increase but the components are still functional. In order to find the damage location, non-destructive and destructive methods have been carried out. The results converge to a local gate oxide breakdown caused by the important electrical and thermal stress during short-circuit operation leading to different failure mechanisms depending on the device design.

141646
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