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Composants bipolaires (thyristors, triacs, GTO, GCT et BJT) : circuits de commandeArticle de référence | Réf : D3233 v1
Auteur(s) : Stéphane LEFEBVRE, Bernard MULTON
Date de publication : 10 août 2003
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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...
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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.
(6) - * - IXYS, Isosmart, half bridge driver chipset, Datasheet IXYS.
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