Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article décrit les caractéristiques électriques des principaux composants à semi-conducteur de puissance en lien avec les grandeurs électriques de commande. Il montre quels peuvent être les effets des caractéristiques du circuit de commande rapprochée sur les performances en conduction et en commutation des composants à semi-conducteur de puissance. Trois grandes familles de composants sont concernées: les thyristors et triacs, les transistors à jonction bipolaire (BJT), les thyristors ouvrables par la gâchette (GTO) et enfin les composants à grille et entrée capacitive (MOSFET, IGBT et HEMT). L’article présente également les spécificités vis-à-vis de leur commande rapprochée des composants grand gap, disponibles dans le commerce, à savoir les BJT et MOSFET SiC ainsi que les HEMT GaN.
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This article describes the electrical characteristics of the main power semiconductor devices, in relation to their drivers. The possible effects of the driving circuits on power semiconductor devices are highlighted, covering the drivers’ impacts on conduction and switching transient performances. Three types of power devices are described: thyristors and triacs, bipolar junction transistors (BJT) and gate turn-off thyristors (GTO), and gate-controlled field effect transistors (MOSFET, IGBT and HEMT). The article also presents the specific drive features of currently available wide bandgap power devices, such as SiC BJT, SiC MOSFET and GaN High Electron Mobility Transistors.
Auteur(s)
-
Stéphane LEFEBVRE : Agrégé de Génie électrique - Docteur de l’École normale supérieure de Cachan - Maître de conférences au Conservatoire national des arts et métiers
-
Bernard MULTON : Agrégé de Génie électrique - Docteur de l’Université de Paris 6 - Professeur des Universités à l’École normale supérieure de Cachan – antenne de Bretagne
INTRODUCTION
Dans cet article, nous étudions les composants à semi-conducteurs de puissance, déjà présentés en [D 3 230] :
-
les thyristors et les triacs, qui fonctionnent aujourd’hui quasi-exclusivement dans des convertisseurs où les blocages sont assistés par le réseau (redresseurs, gradateurs) ou par la charge (systèmes résonants) ;
-
les transistors bipolaires et les thyristors GTO dont les caractéristiques sont très proches ;
-
les transistors à grille isolée (MOSFET et IGTB) auxquels l’entrée capacitive confère un comportement tout à fait spécifique.
Pour chacune de ces catégories de CSCP, les circuits de commande seront détaillés dans les articles suivants [D 3 232] [D 3 233].
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
thyristor | gate transistors | GTO | MOSFET SiC | HEMT GaN
VERSIONS
- Version courante de avr. 2018 par Stéphane LEFEBVRE, Bernard MULTON, Nicolas ROUGER
DOI (Digital Object Identifier)
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Commande des thyristors et triacs3. Commande des transistors à grille isolée MOSFET et IGBT
3.1 Influence du circuit de commande sur les performances des composants à grille isolée
Les transistors MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) et IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) se commandent par la tension appliquée entre les électrodes de grille et de source. Habituellement, une tension d’environ 15 V est optimale pour rendre les transistors MOS et IGBT classiques passants, alors que 5 V peuvent suffir pour les transistors L2FET (Logic Level Field Effect Transistor) ou Logic Level IGBT (les IGBT et la plupart des transistors MOSFET de puissance sont à canal N). Sous tension nulle, le transistor est bloqué, mais une tension de polarisation négative augmente l’immunité du circuit de commande aux bruits. Le basculement d’un état bloqué à un état conducteur se fait autour de la tension de seuil notée VT (ou Vth, th pour threshold) et peut requérir des courants impulsionnels élevés pour obtenir des temps de commutation brefs et des énergies dissipées minimales.
HAUT DE PAGE3.1.1 Principales caractéristiques de commande des transistors MOSFET de puissance
Les transistors MOSFET, composants à conduction unipolaire sont particulièrement dédiés aux applications de faible tension, classiquement pour des tensions de claquage inférieures à 500 V. La résistance à l’état passant RDSON varie approximativement comme la puissance 2,6 de la tension de claquage VBR :
Cela n’empêche pas que l’on trouve des MOSFET de tenue en tension 1 500 V mais ils ont une résistance élevée à surface de silicium donnée. L’absence de modulation de résistivité autorise de très hautes fréquences de découpage...
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Commande des transistors à grille isolée MOSFET et IGBT
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LETURCQ (P.) - Composants semi-conducteur de puissance, Partie 2 - . Techniques de l’Ingénieur, D 3 107, 05-2001.
-
(2) - ARNOULD (J.), LAFORE (D.), LI (J.M.) - Bipolar transistors in high frequency areas switch-on drive techniques for series resonant converters - . (Transistors bipolaires dans le domaine des hautes fréquences, techniques de commande pour convertisseurs à résonance série). EPE Conf. 1989, Aachen, pp. 1489-1494.
-
(3) - LI (J.M.), LAFORE (D.), ARNOULD (J.) - Quasi-saturation developement for high frequency power transistor switches - . EPE Conf. 1991, Florence, pp. 1146-1151.
-
(4) - ARNOULD (J.), MERLE (P.) - Dispositifs de l’électronique de puissance - . Traité des Nouvelles Technologies, Hermès 1992.
-
(5) - MOTOROLA - Thyristors Handbook - . Chapter 3 : Thyristor drivers and triggers (Manuel d’utilisation des thyristors. Chapitre 3 : circuits de commande et de déclenchement) – 1985.
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