Bibliographie & annexes
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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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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
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 Commande des semi-conducteurs de puissance : contextes et Commande des semi-conducteurs de puissance : principes.
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 Composants bipolaires : circuits de commande.
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Transistors low side2. Protection contre les courts-circuits
Le court-circuit est un dysfonctionnement très contraignant pour les composants à semi-conducteur de puissance (figure 4), car il leur impose en supportant simultanément de fortes tensions et de forts courants d’avoir une aire de sécurité suffisante et d’être capable de dissiper de façon transitoire des énergies très élevées. Dans l’exemple suivant, les transistors T1 et T5 d’un onduleur triphasé sont normalement passants, et un court-circuit apparaît au niveau de la charge. La tension d’alimentation se retrouve appliquée aux bornes des deux IGBT passants à travers la seule inductance de la maille de commutation. Le courant va donc croître très rapidement, avec une vitesse imposée par la tension UDC et l’inductance de la maille. Les transistors MOSFET et IGBT, contrairement aux thyristors, ont la possibilité de limiter le courant à une valeur imposée par la tension de grille en fonctionnant en régime linéaire (désaturation) et, contrairement aux transistors bipolaires courants, grâce à une large aire de sécurité. La désaturation des transistors limitera la valeur du courant de court-circuit, et laissera le temps nécessaire à la détection du défaut et à la protection des composants.
Les deux types de composants (MOSFET et IGBT) sont généralement spécifiés pour tenir les courants de court-circuit pendant un temps généralement spécifié de l’ordre de 10 µs. Dans les IGBT, le courant de court-circuit peut varier entre environ 3 et 10 fois le courant nominal.
2.1 Détection par mesure de la désaturation
Le régime de désaturation des transistors en régime de court-circuit est souvent mis à profit pour la détection des courants de court-circuit en vue de leur protection (figure 5). En effet, lors de cette phase de fonctionnement accidentel, on retrouve une tension élevée aux bornes de l’IGBT alors que, compte tenu de la tension appliquée sur l’électrode de grille par le circuit de commande, en régime sans défaut, il devrait être passant avec une très faible chute de tension à ses bornes.
Lorsque la tension VCE devient supérieure à Vref (par exemple en cas de court-circuit), la diode de désaturation D se bloque, ce qui inhibe au bout d’un temps Tinhib le circuit de commande...
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Protection contre les courts-circuits
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - International Rectifier - Gate drive characteristics and requirements for HEXFETs - . Note d’application, AN-937.
-
(2) - International Rectifier - Use gate charge to design the gate drive circuit for power mosfets and IGBT - . Note d’application AN-944.
-
(3) - RÜEDI (H.) - Intelligent interfaces between power and control : gate drivers for IGBT - . Application note, Infineon.
-
(4) - RÜEDI (H.), KÖHLI (P.) - New drivers with active clamping for high power IGBT - PEE 2000.
-
(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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