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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes
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289documents trouvés

16319
01/01/2017

Micro-supercapacitors as miniaturized energy storage componets for electronics

A.KYEREMATENG, T.BROUSSE, D.PECH

ISGE, INM, Nantes

Revue Scientifique : Nature Nanotechnology, Vol.12, N°1, pp.7-15, Janvier 2017, doi:10.1038/nnano.2016.196 , N° 16319

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Abstract

The push towards miniaturized electronics calls for the development of miniaturized energy-storage components that can enable sustained, autonomous operation of electronic devices for applications such as wearable gadgets and wireless sensor networks. Microsupercapacitors have been targeted as a viable route for this purpose, because, though storing less energy than microbatteries, they can be charged and discharged much more rapidly and have an almost unlimited lifetime. In this Review, we discuss the progress and the prospects of integrated miniaturized supercapacitors. In particular, we discuss their power performances and emphasize the need of a three-dimensional design to boost their energy-storage capacity. This is obtainable, for example, through self-supported nanostructured electrodes. We also critically evaluate the performance metrics currently used in the literature to characterize microsupercapacitors and offer general guidelines to benchmark performances towards prospective applications.

138956
16483
01/12/2016

A shadow fault detection method based on the standard error analysis of I-V curves

M.BRESSAN, Y.EL BASRI, A.G.GALEANO, C.ALONSO

ISGE, Univ. de Los Andes

Revue Scientifique : Renewable Energy, Vol.99, pp.1181-1190, Décembre 2016 , N° 16483

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Abstract

Shading on photovoltaic (PV) modules induces disproportionate impacts on power production. This paper presents a fault detection method able to identify anomalies on PV systems such as shading problems. The presence of localized shading on PV modules leads to an overheating of the shaded PV cells despite the activation of by-pass diodes. The temperature increase reduces considerably PV module performances and its lifetime. The presented method uses a simple equation, which corresponds to the normalized error (DE) of the comparison between the I-V curve in normal operation and the I-V curve in shading condition. The first derivative calculation gives the area of the detection in function of the PV voltage of the module (DE/DV). This defines whether one or several PV cells dissipate power. This phenomenon essentially occurs in the case of non-uniform irradiance received on PV modules and could impact PV modules performances. The detection method is explained in detail through the study of specific shadows simulations on PV modules. The results are validated through experimental tests on PV modules.

138614
16450
01/12/2016

Conception et réalisation de composants de puissance à superjonction et à tranchées profondes pour des applications 600 V et 1200 V

S.NOBLECOURT

ISGE

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 1 Décembre 2016, 150p., Président: P.AUSTIN, Rapporteurs: D.PLANSON, G.GAUTIER, Examinateurs: L.THEOLIER, Y.SPIGEL, Directeurs de thèse: F.MORANCHO, J.TASSELLI , N° 16450

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01451021

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Résumé

L’énergie et le transport sont au centre des recherches de développement durable. L’amélioration du rendement de la chaine énergétique passe inévitablement par une amélioration du rendement de chacune des parties la composant. Les activités de recherche en électronique de puissance s’inscrivent pleinement dans ces perspectives. L’objet de cette thèse est de proposer des solutions alternatives à l’utilisation de l’IGBT dans les convertisseurs employés pour le transport dans les gammes de 600V et 1200V. De nombreuses recherches se sont concentrées sur l’amélioration des composants MOSFET, notamment pour améliorer la résistance à l’état passant. Le concept de superjonction est le premier à avoir dépasser la limite théorique du silicium. Il consiste en une alternance de bandes N et P à la place de la zone de drift. A surfaces de silicium identiques, la surface de la jonction PN ainsi obtenue est alors beaucoup plus importante dans la superjonction que dans une diode traditionnelle. La tenue en tension va dépendre de la balance des charges entre ces différentes bandes et ne dépendra plus du dopage. Cela permet d’augmenter le dopage de la zone intrinsèque et d’ainsi diminuer la résistance à l’état passant sans entacher les performances dynamiques du composant. Ainsi, il est donc possible d’améliorer le rendement du composant et donc d’améliorer le rendement de la chaine énergétique. Dans une première partie, les travaux de thèse se sont focalisés sur la conception et l’optimisation de composants à superjonction et à tranchées profondes dans les gammes de 600V et 1200V. L’objectif est d’obtenir le meilleur compromis tenue en tension/ résistance à l’état passant pour ces gammes de tension. L’étude théorique a permis de comprendre le comportement de la tenue en tension de différents paramètres technologiques et géométriques. La tenue en tension est très sensible à l’équilibre des charges et à la verticalité des tranchées. La résistance passante, elle, est sensible à la profondeur de diffusion autour des tranchées et, plus généralement, au ratio de conduction entre la surface de la zone N et la surface totale. La structure a donc été optimisée afin de garantir le meilleur ratio « tenue en tension/résistance à l’état passant » en vue d’une réalisation technologique. De plus, les composants à Superjonction nécessitent une protection en périphérie adaptée. En effet, les terminaisons surfaciques telles que les anneaux de garde ne permettent pas d’étaler la zone de charge d’espace à des profondeurs suffisantes. La terminaison qui est la plus adaptée à cette technologie est la Deep Trench Termination car elle permet de conserver l’équilibre des charges en périphérie et ne rajoute pas d’étapes technologiques supplémentaires. Cette terminaison a donc fait l’objet d’une optimisation aux cours de ces travaux de thèse. La seconde partie de mes travaux concerne la réalisation de la structure optimisée précédemment. L’optimisation de la diode à Superjonction est liée à certains paramètres technologiques pouvant s’avérer critiques pour obtenir les performances électriques désirées: la verticalité des tranchées, l’implantation des zones de type P sur les flancs des tranchées et la maîtrise de leur remplissage par un diélectrique. Afin d’assurer un parfait équilibre des charges entre les régions N et P, la fabrication des tranchées profondes a été optimisée afin d’obtenir des flancs de gravure les plus verticaux possible avec une rugosité de surface la plus faible possible. De plus, un procédé visant à obtenir une même profondeur de gravure quelle que soit l’ouverture a été mis en place afin de permettre un remplissage total des tranchées profondes avec du BenzoCycloButene (BCB). L’étude du remplissage des tranchées a permis de mettre au point un procédé permettant le remplissage des tranchées en un seul dépôt.

Mots-Clés / Keywords
Benzocyclobutène; Composants de puissance; Energie; Superjonction;

138433
16461
02/11/2016

Mixed monolithic-hybrid integration of multiphase power converter: preliminary evaluation of the 3-chip integration concept

A.LALE, N.VIDEAU, A.BOURENNANE, F.RICHARDEAU, S.CHARLOT

ISGE, LAPLACE, TEAM

Manifestation avec acte : International Conference on Electrical Systems for Aircraft Railway and Ship Propulsion ( ESARS ) 2016 du 02 novembre au 04 novembre 2016, Toulouse (France), Novembre 2016, 7p. , N° 16461

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01407911

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Abstract

The authors present a 3-chip mixed integration approach that combines monolithic silicon multi-terminal power chips and flip-chip assembly on a printed circuit board (PCB) for the realization of a multiphase power converter. The overall approach allows for taking advantage of the degrees of freedom offered by silicon and PCB technologies with a limited and well-mastered complexity. The multiphase converter is integrated within three multi-terminal chips that are judiciously packaged, using the partial flip-chip, on a PCB board so as to reduce the switching cell stray inductance as well as the impact of voltage variations on the common mode current that flows through the converter's PCB. Using Si and SiC dipole MOSFET and diode chips, converters based on the 3-chip approach were realized and compared to the conventional one. The obtained commutation loop inductance value is reduced by at least a factor of two as compared to that of the conventional one.

138456
16435
31/10/2016

A 3U cubesat to investigate erbium doped fiber degradation at low earth orbit

A.FERNANDEZ , O.LLOPIS, N.NOLHIER, C.VIALLON, A.RISSONS, F.DESTIC, S.Lizy-Destrez

MOST, ESE, ISAE

Manifestation avec acte : Avionics and Vehicle Fiber-Optics and Photonics Conference ( AVFOP ) 2016 du 31 octobre au 03 novembre 2016, Long Beach (USA), Octobre 2016, 3p. , N° 16435

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01396269

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Abstract

The next generation of telecommunication satellites operating in the Ku and Ka bands consider radio over optical fiber (RoF) technologies as a good candidate for the future flexible payloads. In this context we have started a 3U nanosatellite dedicated to the qualification of an erbium doped fiber by using an optoelectronic metrology technique. This educational project called NIMPH (Nanosatellite to Investigate Microwave Photonics Hardware) aims to quantify the gain and noise figure degradation due to cosmic ray exposure of this type of fiber during a two years mission at a low earth orbit (LEO).

138349
16473
13/10/2016

Energy autonomy of batteryless and wireless embedded systems

J.M.DILHAC, V.BOITIER

ESE

Ouvrage (auteur) : Energy autonomy of batteryless and wireless embedded systems, ISTE Ltd, N°ISBN 9781785481239, Octobre 2016, 176p. , N° 16473

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Abstract

Energy Autonomy of Batteryless and Wireless Embedded Systems covers the numerous new applications of embedded systems that are envisioned in the context of aeronautics, such as sensor deployment for flight tests or for structural health monitoring. However, the increasing burden of on-board cabling requires wireless solutions. Moreover, concerns such as safety or system lifetime preclude the use of electrochemical energy storage. Ambient energy capture, storage and management are therefore key topics. This book presents these concepts and illustrates them through actual implementations in airliners. With five years of experience within this specialist field, the authors present results from actual flight tests via a partnership with Airbus. Basic concepts are summarized, together with practical implementations in airliners, enriching the book through the very specific aspects related to embedded systems deployed in aircraft. This book will appeal to both students and practising engineers in the field.

138519
16199
09/10/2016

Defect investigation of excimer laser annealed silicon

R.MONFLIER, T.TABATA, F.CRISTIANO, I.TOQUE-TRESSONNE, F.MAZZAMUTO, J.ROUL, T.HUNGRIA, C.ROUTABOUL, E.BEDEL-PEREIRA

MPN, SCREEN-LASSE, I2C, LPCNO, LCC

Manifestation avec acte : IEEE Nanotechnology Materials and Devices Conference ( IEEE NMDC ) 2016 du 09 octobre au 12 octobre 2016, Toulouse (France), Octobre 2016, 2p. , N° 16199

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01343978

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Abstract

In this paper, we study the effect of excimer laser annealing on silicon and specifically the oxygen impurities induced versus laser energy density. We show that oxygen penetration from the native oxide occurs during laser annealing, which increases with increasing laser energy. At higher laser energies, oxygen precipitation occurs well below the surface, which is confirmed both by SIMS and optical spectroscopy analyses. The precipitates do not affect the dopant activation in the epitaxial layer.

138175
16239
02/10/2016

Multi-objective methodology to find the optimal forward current to supply Light Emitting Diode (LED) lightings

J.DULOUT, A.BARROSO, L.SEGUIER, B.JAMMES, P.DUPUIS, G.ZISSIS, C.ALONSO

ISGE, I2C, LAPLACE

Manifestation avec acte : IAS Annual Meeting ( IAS ) 2016 du 02 octobre au 06 octobre 2016, Portland (USA), Octobre 2016, 7p. , N° 16239

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01356352

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Abstract

Light emitting diodes (LEDs) are commonly expected to be the future of lighting because of a high luminous efficacy, a long lifetime and a high color rendering index (CRI). Nevertheless, the performance and the reliability of an LED are strongly dependent on the LED junction temperature. This paper presents a multi-objective methodology to find the optimal forward current subject to the annualized cost of the luminaire (initial capital cost, replacement cost, operation and maintenance cost…) and the annualized energy consumption. A simple LED model based on empirical data has been developed and takes into account optical, electrical, thermal and ageing behaviour. Three different white LEDs have been evaluated through several combinations of forward currents and heatsinks to satisfy a given mission profile. A set of optimal solutions has been determined by Pareto optimization.

137873
16524
02/10/2016

Electrodeposition and characterization of Pt(100) nanostructures

E.BERTIN, S.GARBARINO, M.BRUNET, D.PECH, D.GUAY

ISGE, INRS, Québec, CEMES/CNRS

Manifestation avec acte : Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science ( PRIME ) 2016 du 02 octobre au 07 octobre 2016, Honolulu (USA), Octobre 2016, 3p. , N° 16524

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139026
16420
11/09/2016

From quasi-static to transient system level ESD simulation: Extraction of turn-on elements

F.ESCUDIE, F.CAIGNET, N.NOLHIER, M.BAFLEUR

ESE

Manifestation avec acte : Annual EOS/ESD Symposium & Exhibits 2016 du 11 septembre au 16 septembre 2016, Anaheim (USA), Septembre 2016, 10p. , N° 16420

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01387072

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Abstract

Transient simulation is a main challenge to achieve system level ESD failure prediction. During the turn-on of the protections, complex phenomena introduce complex transient behaviors. In this paper we investigate the parameters that have to be added to perform accurate transient simulations and we propose a methodology to extract them by measurements.

138308
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