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RÉSUMÉ
Cet article présente les principes de commande des principaux composants à semi-conducteur de puissance bipolaires à commande en courant. L’article se focalise sur la mise en forme et l’amplification des courants de gâchette (thyristors, triacs et GTO) pour la commande de ces composants (transistors bipolaires). Les circuits de commande de composants tels que le BJT ou le thyristor GTO dont certaines applications sont restreintes voire obsolètes, sont volontairement traités afin de mieux présenter les circuits de commande de composants tels que les BJT SiC ou les IGCT.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Stéphane LEFEBVRE : Agrégé de Génie électrique - Docteur de l’École normale supérieure de Cachan - Maître de conférences au Conservatoire national des arts et métiers
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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
Des contextes et les principes de la commande des composants bipolaires de puissance ont fait l’objet d’articles précédents Commande des semi-conducteurs de puissance : contextes et Commande des semi-conducteurs de puissance : principes.
Dans cet article sont développés les circuits de commande :
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des thyristors pour lesquels une synchronisation des circuits de déclenchement est nécessaire ;
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des triacs qui se commandent sensiblement comme des thyristors ;
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des transistors bipolaires qui sont généralement placés en conduction dans un régime limite entre la saturation dure et la quasi-saturation grâce à l’utilisation d’une diode d’antisaturation ;
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des thyristors GTO (Gate Turn Off) dont le principe de commande est assez proche de celui des transistors bipolaires.
Les circuits de commande pour MOSFET et IGBT font l’objet de l’article MOSFET et IGBT : circuits de commande.
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MOTS-CLÉS
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- Version courante de mai 2018 par Stéphane LEFEBVRE, Bernard MULTON, Nicolas ROUGER
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4. Thyristors GTO et GCT
4.1 Commande de gâchette pour GTO
Les figures 20 et 21 montrent le principe général de commande d’un thyristor GTO (Gate Turn Off) et celui de son circuit de commande rapprochée (D). L’alimentation en énergie du circuit de commande rapprochée est isolée (A, B, C : alimentation à découpage). L’isolation de la logique de commande (et des informations de diagnostic) sont généralement assurées par des fibres optiques (F).
Concernant la commande rapprochée, les impulsions de courant de gâchette sont assurées par les mises en conduction de plusieurs transistors MOSFET basse tension mis en parallèle. Le circuit constitué des résistances R1 et R2 et de la capacité C2 sert à générer le pic de courant de gâchette IGM de quelques dizaines d’ampères à la mise en conduction du GTO.
Le condensateur CGK placé sur la source négative VEE doit absorber la charge extraite de la gâchette au blocage du GTO. Pour que la tension VEE ne s’écroule pas (afin de conserver un fort dIGQ/dt pendant toute la phase de blocage), il est nécessaire d’utiliser un condensateur de forte capacité, avec une résistance et une inductance série extrêmement faibles. Si l’on prend comme exemple le GTO ABB 5SGA30J4502, 4 500 V, 3 000 A, et en se référant à [D 3 231, figure 35], on note que le circuit de commande de gâchette doit extraire une charge de 10 000 µC pour assurer l’ouverture d’un courant de 3 000 A, par l’intermédiaire de CGK de la figure ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - RAONIC (D.M.) - SCR Self-Supplied Gate Driver for Medium-Voltage Application with Capacitor as Storage Element (Thyristors à commande de gâchette auto-alimentée pour applications moyenne tension avec un condensateur de stockage) - . IEEE Trans. On Ind. Appl., Vol. 36, No 1, Janvier/Février 2000, pp. 212-216.
-
(2) - GONTHIER (L.) - The new ACS series : a breakthrough in ruggedness & drive for home appliances (La nouvelle série ACS ; un saut technologique en robustesse et commande pour les applications domestiques) - – Note d’Application 1172, SGS Thomson, 1999.
-
(3) - Philips Semiconductors - Power Semiconductor - . Chapter 6 : Power control with thyristors and triacs.
-
(4) - LAFORE (D.), LI (J.M.), REDOUTE (J.) - A very fast power hybrid module working in thyristor mode - . EPE Conf. 1991, Florence, pp. 2439-2441.
-
(5) - RISCHMÜLLER (K.) - Darlington, Bipmos, Cascode : caractéristiques et critères d’emploi - . Électronique Applications no 31, septembre 1983, pp. 35-44.
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