N° 03 : Exploration expérimentale des mesures thermiques TSEP pour l'entraînement de modèles prédictifs de température de jonction des semi-conducteurs

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : CLIMAT, ENVIRONNEMENT ET ÉCONOMIE CIRCULAIRE, ÉNERGIES RENOUVELABLES, MOBILITÉ DURABLE et HYDROCARBURES RESPONSABLES.

L’engagement d’IFPEN en faveur d’un mix énergétique durable se traduit par des actions visant :

• à gagner en efficacité énergétique ;
• à réduire les émissions de CO2 et de polluants ;
• à améliorer l’empreinte environnementale de l’industrie et des transports ;

tout en répondant à la demande mondiale en mobilité, en énergie et en produits pour la chimie.

Dans cet objectif, IFPEN développe des solutions permettant, d’une part, d’utiliser des sources d’énergie alternatives et, d’autre part, d’améliorer les technologies existantes liées à l’exploitation des énergies fossiles.

Exploration expérimentale des mesures thermiques TSEP pour l'entraînement de modèles prédictifs de température de jonction des semi-conducteurs

Dans les applications d’électronique de puissance (EdP) actuelles, la maîtrise de la température de jonction (Tj) des composants semi-conducteurs est cruciale pour garantir leur fiabilité et leur durabilité. Cette température impacte directement les performances, la stabilité et la durée de vie des dispositifs électroniques, influençant ainsi leur efficacité énergétique. En effet, au-delà des enjeux purement techniques, cette maîtrise contribue également à une démarche de développement durable : en améliorant la connaissance et la gestion des contraintes thermiques, il devient possible d’optimiser l’utilisation des composants, de limiter les surdimensionnements et de prolonger la durée de vie des systèmes électriques. Cela se traduit par une meilleure valorisation des ressources (par exemple des matériaux semiconducteurs), une réduction des besoins en maintenance et en remplacement, et in fine par une utilisation plus responsable et plus durable des technologies électroniques.

Pour y parvenir, ce stage vise à explorer une méthode innovante pour estimer la température de jonction des semi-conducteurs Wide Band Gap (SiC et GaN) en utilisant des paramètres électriques thermo-sensibles (TSEP). Ces mesures thermiques indirectes présentent un avantage significatif en évitant l'accès physique à la jonction, souvent complexe avec les méthodes traditionnelles.

Ce stage s'inscrit dans la continuité de travaux en cours, qui ont permis d’explorer et de proposer une méthode de mesure du paramètre V_GSTH (tension de commande seuil), dont une carte de mesure a été dimensionnée et validée par simulations numériques. Dans un premier temps, ce stage aura pour objectif de concevoir une maquette expérimentale exploitant ces résultats antérieurs. Par la suite, les mesures expérimentales obtenues via TSEP serviront à entraîner un modèle prédictif permettant, à terme, d’estimer la température virtuelle de jonction des semi-conducteurs (Tvj).

 Objectifs principaux du stage :

1. Compléter une étude bibliographique antérieure sur les méthodes de mesures TSEP.
2. Concevoir et développer une maquette expérimentale pour la mesure dynamique des TSEP.
3. Valider expérimentalement les mesures effectuées et comparer les résultats à des simulations.
4. Élaborer et entraîner un modèle thermique dynamique pour l'estimation de la température de jonction en utilisant des outils développés dans le cadre d’une thèse à IFPEN.

Ce stage pourra évoluer vers une thèse inscrite dans une perspective plus large, où les mesures thermiques seront exploitées pour concevoir des capteurs thermiques virtuels. Ces outils innovants permettront de piloter et d’optimiser en temps réel le fonctionnement des convertisseurs de traction électrique, favorisant ainsi une meilleure efficacité énergétique, une durée de vie accrue des systèmes et une contribution directe aux objectifs de mobilité durable.

Profil recherché :

Étudiant(e) en école d’ingénieurs ou en Master 2 avec des connaissances solides en génie électrique, électronique de puissance et modélisation thermique.

• Compétences techniques souhaitées :
  • Connaissances en électronique de puissance et composants semi-conducteurs (SiC, GaN).
  • Maîtrise des outils de simulation (Matlab/Simulink, LTSpice, etc.).
  • Expérience en conception électronique et modélisation thermique appréciée.
• Qualités personnelles :
  • Curiosité et envie d’innover.
  • Dynamisme et capacité à travailler en équipe. Le stagiaire sera amené à échanger avec des doctorants du domaine.
  • Motivation pour la validation expérimentale et la valorisation des résultats (rédaction de publications scientifiques).

 Mots-clés : Électronique de puissance, TSEP, SiC, GaN, température de jonction, thermique, modélisation.

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