POWER ELECTRONICS EUROPE 2009-2010

Power Electronics Europe has sponsored and will hand over for the
second time the Best Paper Award at the PCIM 2009 opening
ceremony. The awardee will be invited to participate at PCIM China
2010, including flight and accomodation.
The best paper has been selected by the PCIM Conference
directors and the winner is Benjamin Sahan from the University of
Kassel (Germany) with the paper ‘Photovoltaic converter topologies
suitable for SiC-JFETs’.

Varistors Satisfy the Extended UL 1449 Standard

In recent years, the European electrical and electronics industry has reworked the safety
standards for surge protective devices (SPDs) several times – in some cases with
significant changes: thus the first edition of EN 60950-1 specified the mandatory use of
surge suppressors. They additionally had to satisfy the then applicable UL 1449 standard
on transient voltage surge suppressors (TVSS).
The second edition of EN 60950-1 stipulates that a varistor used in a primary circuit
must satisfy either IEC 61051-2 or the new UL 1449 3rd Edition.
By Wolfgang Dreipelcher, Epcos

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Transfer Mold PFC Series with Compact Package

This article presents a new version of Mini Dual In-line Package Power Factor Correction
(DIPPFCTM) developed by Mitsubishi Electric Corporation for high power air conditioners
and general inverter use. In the new DIPPFC series, low thermal resistance was
realized by using an insulation sheet structure with high heat dissipation. Because of the
low thermal resistance, package size of the Mini DIPPFC is reduced compared to the
conventional large DIPPFC and input current rating is expanded up to AC 30Arms.
By Masahiro Kato, Teruaki Nagahara, Hisashi Kawafuji, Toshiya Nakano, Marco Honsberg
Power Device Works, Mitsubishi Electric Corporation, Japan
Configuration of DIPPFCTM
In recent years, high harmonic currents generated in electric power
systems are restricted in all electronic equipment. Especially in the
EU where IEC61000-3-2 is applied, the high harmonic current regula
tion are severe, and the application of PFC (Power Factor Correction)
is advanced. The power factor correction circuit shown in Figure
2 is now widely used. This circuit is composed of the diode bridge,
the switching device and the boost diode. In the DIPPFC, the highside
diode of the diode bridge has the function of boost diode, and
an IGBT is added in parallel with the low-side diode of the diode
bridge, as shown in Figure 3.
Therefore, DIPPFC has the functions of rectification and power factor
correction. DIPPFC includes a driver IC for the IGBTs as shown in
Figure 2.
New package structure
Figures 4 and 5 show cross-sectional drawings of a Mini DIPPFC
compared with a Large DIPPFC. DIPPFC (including DIPIPM) series
are simply made up of power chips (IGBTs, diodes), drive ICs and
assembly components (lead frame, Al/Au wire, resin, etc.). Bare
power chips and ICs are assembled directly on a lead frame and
connected by Al wire or Au wire, and then they are transfer molded.
Heat dissipation structure
In Large DIPPFC, the insulating layer between lead frame and builtin
heat-sink is formed by epoxy resin. In order to reduce the thermal
resistance, a ceramic-powder filler with high thermal conductivity was
incorporated in the epoxy resin However this technology has reached
its limits of insulation strength and heat dissipation through the epoxy
resin because of the fluidity properties of the filler.
To solve the problem, the new heat dissipation structure with insulating
resin sheet has been adopted in the Mini DIPPFC as shown in
Figure 5. The insulating resin sheet does not need very much fluidity,
in contrast to the epoxy resin, thus it is possible to increase the
amount of filler in the resin sheet. By using this resin sheet, the thickness
of the insulating layer can be thinner compared with that of the
epoxy resin isolation in the Large DIPPFC. Therefore, the thermal
dissipation can be improved considerably. As a result, the thermal
resistance was improved 35% compared to the Large DIPPFC (as
shown in Figure 6).
Compact Package size
Effective heat dissipation of the power chips is achieved by applying
the new heat dissipation structure with an insulating resin sheet,
thereby the power chip size could be shrunk appropriately. Through
Figure2

REDRESSEUR TRIPHASE REVERSIBLE

Département ou laboratoire:
Laboratoire d'Electrotechnique et d'Electronique Industrielle (LEEI)
Directeur de thèse:
Foch, Henri et Richardeau, Frédéric

Roux, Nicolas (2004) Nouveaux mécanismes de commutation exploitant les protections intégrées des semi-conducteurs de puissance. Application à la conception de convertisseurs statiques à commutation automatique. (New switching processes using the integrated protections of power semi-conductors : application to the development of static converters with self-switching process.)

Cette thèse présente un nouveau mécanisme de commutation qui a pour but d’intégrer la protection du semi-conducteur dans le principe même de commutation, afin de générer de nouveaux convertisseurs statiques. Il consiste en une transition auto-commandée qui se déroule à un niveau de courant ou de tension non nul. Elle peut être associée avec les commutations commandée ou spontanée permettant de passer de deux à cinq types de changement d’état d’une cellule de commutation. De nouvelles règles élémentaires de fonctionnement d’une cellule de commutation émergent alors. Vu le grand nombre d’interrupteurs possibles, une mé thodologie de synthèse de cellules admettant une réversibilité de source, dont les interrupteurs sont identiques, est présentée permettant de faire apparaître différentes solutions, dont deux semblent particulièrement intéressantes : les cellules onduleur et redresseur à disjonction, utilisant toutes deux le thyristor-dual disjoncteur. Ce dernier sert de support d’étude du principe de blocage automatique. Puis, le manuscrit se concentre sur l’étude de convertisseurs, associations de cellules élémentaires, faisant apparaître notamment le transformateur à courant continu et le redresseur triphasé réversible. Ce dernier fait l’objet d’un prototype industriel. Enfin, à partir du cahier des charges d’une chaîne éolienne, notre montage a été mis en concurrence avec ce qui se fait à l’heure actuelle en matière de raccordement au réseau, faisant apparaître un gain au niveau des pertes ainsi qu’un rendement énergétique supérieur. ABSTRACT : This thesis deals with a new switching process which integrates the semiconductor protection directly in the switching principle, in order to generate new static converters. It consists of a self-controlled transition which proceeds on a non-zero current or voltage level. It can be associated with controlled or naturally switching processes making it possible to go from two to five change of state types of a switching cell. So, new elementary operation rules of a switching cell emerge. Considering the great number of possible switches, a synthesis methodology of cells with a source reversibility, whose switches are identical, is presented making it possible to reveal various solutions, of which two seem particularly interesting : the self-breaking inverter and rectifier cells, both using the self-breaking thyristor-dual. This last is used as study support of the self-breaking principle. Then, the manuscript concentrates on the study of converters, associations of elementary cells, revealing in particular the DC-current transformer and the reversible threephase self-breaking rectifier. This last had been developed as an industrial prototype. Lastly, starting from the concept of a wind chain, our assembly has been compared with what is presently done as network converters, revealing lesser losses as well as a higher energetic efficiency.
LE THYRISTOR-DUAL DISJONCTEUR
Le thyristor-dual est un composant qui a été développé à Toulouse afin d’être le
pendant du thyristor comme son nom l’indique. Il associe un amorçage au zéro de la tension à
un blocage commandé. Il allie de nombreux avantages : c’est un composant réversible en
courant donc constitué de seulement trois couches donnant un composant rapide. Il bénéficie
du préconditionnement du transistor par les charges stockées dans la diode lors de sa
conduction. Il permet également d’envisager une intégration fonctionnelle à court terme.
Enfin, c’est un composant qui permet une bonne sûreté de fonctionnement du convertisseur
dans lequel il est monté.
Pour toutes ces raisons, nous l’avons choisi comme base de développement pour notre
premier interrupteur incluant une commutation automatique : le thyristor-dual disjoncteur.
Nous l’avons synthétisé en discret afin de l’étudier dans le cadre la conversion statique. Ce
chapitre a pour but de présenter ce composant ainsi que sa réalisation.
Nous présentons par la suite les deux cellules élémentaires à base de thyristor-dual
disjoncteur : l’onduleur et le redresseur à disjonction.
Nous nous intéressons ensuite aux propriétés de cet interrupteur, avec un éclairage
particulier sur la maîtrise du courant de disjonction en fonction des différents paramètres
extérieurs.
Enfin, nous présentons la réalisation d’un micro-disjoncteur conçu au LAAS, ainsi
qu’une étude sur la mise en parallèle de disjoncteurs électroniques.
II.1. PRINCIPE DU THYRISTOR-DUAL DISJONCTEUR
Le thyristor-dual disjoncteur est un thyristor-dual dont le blocage commandé a été
remplacé par un auto-blocage par surcourant. Le symbole de l’interrupteur ainsi que sa
caractéristique sont donnés à la Figure II-1. Le trait pointillé entre la diode et le transistor
représente l’amorçage spontané de ce dernier sous zéro de tension lorsque la diode se met à
Le thyristor-dual disjoncteur
conduire. Le composant s’amorce de manière naturelle par mise en conduction de la diode.
Durant sa conduction, le transistor est amorcé, le rendant potentiellement passant. C’est le
circuit extérieur qui impose alors le changement de signe du courant. A ce moment, le courant
transite de la diode au transistor sous tension nulle.

MODELISATION ELECTRIQUE ET ENERGETIQUE DES ACCUMULATEURS LITHIUM-ION.

L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE
En vue d'obtention du titre de
DOCTORAT DE L’INPL
Spécialité : Génie Electrique
par Matthieu URBAIN
Ingénieur de l'Ecole Nationale Supérieure d'Electricité et de Mécanique
Date de soutenance : 04 juin 2009