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].
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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 transistors à grille isolée MOSFET et IGBT2. Commande des transistors bipolaires et thyristors blocables (GTO)
Les premiers transistors de puissance étaient bipolaires, leur maturité technologique fut atteinte à la fin des années 1970, lorsque le niveau de compréhension de leur comportement complexe permis de les améliorer sensiblement. Jusque là, ils se partageaient, avec les thyristors, le marché des composants à semi-conducteurs de puissance. Puis, progressivement et successivement, les MOSFET et les IGBT les détrônèrent de leurs domaines d’applications ; au début du 21e siècle, ils n’occupent plus que quelques niches. En particulier, on les rencontre dans des applications « grand public » telles les ballasts électroniques pour l’alimentation de tubes fluorescents ou halogènes, ou encore dans les afficheurs cathodiques (TV, moniteurs vidéo). Il pourrait donc sembler inutile de les traiter en détail. En fait, nombre des problèmes qu’ils soulèvent se retrouvent dans les thyristors GTO (Gate turn-Off Thyristor) qui ressemblent plus à de très gros transistors bipolaires qu’à des thyristors. C’est pourquoi nous avons choisi de traiter leurs commandes dans un même article.
Rappelons enfin que le transistor bipolaire a été évincé, non pas à cause de ses pertes (conduction et commutation) mais, principalement à cause de la complexité de sa commande de base (standardisation de circuits dédiés quasi-impossible), de la consommation énergétique de cette dernière et, enfin, à cause du temps de stockage qui, même s’il n’introduit pas de pertes, accroît les difficultés de contrôle du processus dans lequel le transistor commute.
2.1 Transistors bipolaires de puissance PETER (J.M.) (coordinateur, ouvrage collectif Thomson CSF) - Le transistor de puissance dans la conversion d’énergiePETER (J.M.) (coordinateur, ouvrage collectif Thomson CSF) - Le transistor de puissance dans son environnementALOISI (P.) - Power Switch
2.1.1 Structures des transistors et formes d’ondes typiques
La structure conventionnelle des transistors bipolaires est à jonction base-émetteur inter-digitée. Des structures technologiques plus fines existent ou ont existé. On peut retenir les structures à doigts d’émetteur perforés ...
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Commande des transistors bipolaires et thyristors blocables (GTO)
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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