Commande des semi-conducteurs de puissance : principes

1 - Commande des thyristors et triacs

• 1.1 - Spécificités de commande des thyristors
  Figure 1 - Constitution du thyristor, schéma de principe à deux transistors imbriqués et symboles Figure 2 - Exemple de caractéristiques d’amorçage d’un thyristor 160 A – 1 600 V (Eupec, TT162N) Figure 3 - Schéma de test d’amorçage d’un thyristor Figure 4 - Formes d’onde idéalisées pour mettre en évidence les conditions de bon amorçage d’un thyristor Tableau 1
• 1.2 - Thyristors spéciaux
  Figure 5 - Schéma de principe d’un LTT intégrant une diode BOD assurant la mise en conduction du thyristor en cas de surtension anode-cathode Figure 6 - Schéma d’un thyristor à amplification de gâchette intégrée (Eupec)
• 1.3 - Spécificités de commande des triacs
  Figure 7 - Structure du triac, schéma équivalent, symbole Figure 8 - Définition des quadrants d’amorçage Figure 9 - Caractéristiques d’amorçage d’un triac 10 A (Powerex, BCR10CM)

2 - Commande des transistors bipolaires et thyristors blocables (GTO)

• 2.1 - Transistors bipolaires de puissance
  Figure 10 - Configurations darlington de commutation Figure 11 - Formes d’ondes typiques d’un transistor bipolaire en régime de commutation Figure 12 - Trajet du point de fonctionnement dans le plan IC – VCE lors des phases de commutation Figure 13 - Influence du courant de base sur la chute de tension directe d’un transistor bipolaire (MJW16010A, On semiconductor, IC = 15 A, VCEO = 500 V, VCEV = 1 000 V) Figure 14 - Chute de tension VCEsat dans un quadruple darlington (Mitsubishi QM1000HA24B, 1 000 A_1 200 V) Figure 15 - Diode d’antisaturation (DAS) Figure 16 - Influence de la polarisation statique de base sur la tenue en tension (VCEO < VCER < VCEV) Figure 17 - Aires de sécurité directe et inverse : FBSOA et RBSOA (BUF 420, SGS Thomson, IC = 20 A, VCEV = 1 000 V) Figure 18 - CALC RCD au blocage, formes d’ondes et trajet du point de fonctionnement dans le plan IC – VCE Figure 19 - Variation du temps de descente du courant avec le courant collecteur, pour différentes tensions de polarisation de base (température de boîtier TC = 75 ˚C, VCEmax = 400 V) (MJW16010A, On semiconductor, IC = 15 A, VCEO = 500 V, VCEV = 1 000 V) Figure 20 - Variation du temps de déstockage avec le courant collecteur, pour différentes tensions de polarisation de base (TC = 75 ˚C, VCEmax = 400 V) (MJW16010A, On semiconductor, IC = 15 A, VCEO = 500 V, VCEV = 1 000 V) Figure 21 - Courant de base à extraire au blocage (MJW16010A, On semiconductor, IC = 15 A, VCEO = 500 V, VCEV = 1 000 V) Figure 22 - Temps de commutation du quadruple darlington (Mitsubishi QM1000HA24B, 1000 A_1 200 V) Figure 23 - Formes optimales du courant de base pour différentes fréquences Figure 24 - Formes d’ondes et spécifications typiques en régime de commutation
• 2.2 - Thyristors GTO
  Figure 25 - Effet du dIGQ/dt sur ts et IGQ (cf. figure ) (GTO IR 350 A - 1 400 V) Figure 26 - IGT fonction de TJ (GTO ABB 5SGA30J4502, 4 500 V_3 000 A Figure 27 - Effets de RGK et VGK sur la tension de claquage (GTO ABB 5SGA30J4502, 4 500 V_3 000 A) Figure 28 - Hacheur à GTO. Circuits d’aide à la commutation et circuit écrêteur Figure 29 - Influence de IGM sur les temps de commutation et sur l’énergie dissipée à la mise en conduction (GTO ABB 5SGA30J4502, 4 500 V_3 000 A) Figure 30 - Formes d’ondes idéalisées au blocage d’un GTO Figure 31 - Obtention du courant négatif de gâchette Figure 32 - Claquage en avalanche de la jonction gâchette cathode en cours de blocage Figure 33 - Énergie de commutation et charge évacuée par la gâchette en fonction du courant coupé (GTO ABB 5SGA30J4502, 4 500 V_3 000 A) avec un circuit d’aide à la commutation au blocage (CS = 6 µF, RS = 5 Ω) Figure 34 - Variation du temps de déstockage et de IGQM avec le dIGQ/dt à 3 000 A (GTO ABB 5SGA30J4502, 4 500 V_3 000 A) Figure 35 - Variation du temps de déstockage, de IGQM et de l’énergie dissipée au blocage dans le GTO avec la température et le courant coupé (GTO ABB 5SGA30J4502, 4 500 V_3 000 A)

3 - Commande des transistors à grille isolée MOSFET et IGBT

• 3.1 - Influence du circuit de commande sur les performances des composants à grille isolée
  Figure 36 - Évolution de la résistance drain-source en fonction de la tension de grille VGS et réseau de caractéristiques de sortie d’un MOSFET IRFP250N (International Rectifier) 200 V-30 A Figure 37 - Schéma équivalent et allure des caractéristiques de sortie d’un transistor MOSFET Figure 38 - Variation des capacités internes avec la tension (MOSFET IRFP250N, International Rectifier) Figure 39 - Mise en conduction d’un transistor MOSFET de puissance Figure 40 - Blocage d’un transistor MOSFET Figure 41 - IGBT, symbole et schéma équivalent Figure 42 - Pertes dissipées en fonction de RG dans un IGBT (Infineon à technologie NPT, SGW30N60, 600 V, 30 A à 25 ˚C) VGS = 15 V
• 3.2 - Imperfections et conditions réelles de commutation
  Figure 43 - Inductances parasites et contact Kelvin de source