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RÉSUMÉ
Cet article présente les circuits de commande des transistors à grille isolée MOSFET et IGBT. Il donne des éléments de dimensionnement et de protection contre les court-circuits. Puis il fournit des exemples de circuit de commande pour transistor low side sans isolation et pour transistor high side. Enfin les principes de commande des transistors IGBT de très fortes puissances sont présentés, avec des exemples concrets d'application.
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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
Les contextes et les principes de la commande des composants MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect) et IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ont fait l’objet des articles et .
Dans cet article sont développés les circuits de commande des transistors à grille isolée MOSFET et IGBT. Des exemples de circuit de commande pour transistor low side sans isolation et pour transistor high side sont donnés.
Les circuits de commande pour composants bipolaires de puissance sont étudiés en .
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1. Dimensionnement
Bien que la commande d’un transistor MOSFET ne nécessite que l’application d’une tension constante, le circuit de commande peut être amené à délivrer transitoirement des intensités élevées (jusqu’à plusieurs ampères) et de très courtes durées (quelques 10 ns) lors des phases de commutation pour assurer la charge et la décharge de sa capacité d’entrée. Ainsi, le dimensionnement et le câblage du circuit de commande doivent être étudiés et réalisés avec soin.
les relevés expérimentaux de la figure 1 sur un transistor MOSFET 600 V, 21 A inséré dans un hacheur série ( I 0 = 8 A, U DC = 400 V) montrent les grandeurs de commande (V GS et I G) et les grandeurs commutées ( V DS, I D) lors des phases de mise en conduction et de blocage.
La figure 2 montre un circuit de commande unipolaire élémentaire, constitué essentiellement d’un push-pull à deux transistors bipolaires complémentaires, et d’une résistance R G de limitation du courant maximal de grille. Les formes d’ondes simplifiées sont tracées en négligeant l’effet de l’inductance totale de grille.
Il est délicat de dimensionner le circuit de commande à partir des seules capacités du schéma équivalent, C GD étant fortement non linéaire. Les fabricants de transistors MOSFET et IGBT indiquent la charge Q G qu’il faut apporter à la grille pour assurer la commutation, notamment en fonction de la tension d’alimentation du circuit de grille ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - International Rectifier - Gate drive characteristics and requirements for HEXFETs - . Note d’application, AN-937.
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(2) - International Rectifier - Use gate charge to design the gate drive circuit for power mosfets and IGBT - . Note d’application AN-944.
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(3) - RÜEDI (H.) - Intelligent interfaces between power and control : gate drivers for IGBT - . Application note, Infineon.
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(4) - RÜEDI (H.), KÖHLI (P.) - New drivers with active clamping for high power IGBT - PEE 2000.
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(5) - RICHARDEAU (F.), BAUDESSON (P.), MEYNARD (T.), TURPIN (C.) - Fail-Safe capability of a high voltage inverter source - . The european physical journal applied physics, 15, pp. 189-198, 2001.
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(6) - * - IXYS, Isosmart, half bridge driver chipset, Datasheet IXYS.
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