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1 - NOTIONS DE PHYSIQUE DU SEMI-CONDUCTEUR

2 - COMPOSANTS ÉLECTRONIQUES À COMMANDE EN COURANT

3 - COMPOSANTS ÉLECTRONIQUES À COMMANDE EN TENSION

4 - CHOIX DES COMPOSANTS

5 - BOÎTIERS ET TECHNOLOGIES INTÉGRÉES

6 - CONCLUSION

| Réf : E3960 v1

Composants électroniques à commande en courant
Composants de l’électronique de puissance

Auteur(s) : François BERNOT

Date de publication : 10 août 2000

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  • François BERNOT : Ingénieur SUPELEC - Professeur des universités à l’École d’ingénieurs de Tour s

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INTRODUCTION

Les composants électroniques que nous étudions dans cette série d’ouvrages sont souvent considérés comme des interrupteurs parfaits. Mais il serait dommage de nous contenter d’une telle approche car quelques notions de physique du semi-conducteur nous permettront de mieux comprendre les mécanismes de commutation et surtout d’appréhender l’évolution rapide du domaine.

Les développements qui suivent sont basés sur des images simples et n’utilisent jamais de démonstrations de physique théorique. En se limitant à ces aspects élémentaires, les principes fondamentaux sont malgré tout présentés, même si leur justification complète est absente. Nous pourrons alors conclure sur l’évolution probable des semi-conducteurs de puissance, en justifiant concrètement nos propos.

Précisons que nous ne parlons pas des tubes électroniques, qui font désormais partie du passé, puisque seules quelques applications de puissance en radiofréquence en ont encore besoin.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-e3960


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2. Composants électroniques à commande en courant

Les méthodes que nous avons examinées permettent d’empiler des couches de type P ou N. Nous allons présenter maintenant leur association, en couches doubles, triples et quadruples, en remplaçant les démonstrations de physique théorique par des images simples mais parlantes.

Lorsque du silicium est dopé (N par exemple), les porteurs du type opposé (P dans ce cas) sont fortement réduits. Mais il est possible de démontrer que dans toutes les jonctions PN, ce sont les minoritaires (P dans ce cas) qui contrôlent le fonctionnement du composant. Nous verrons que le blocage des diodes se fait toujours par recombinaison de charges au sein de la zone de transition. Ce mécanisme, s’il n’est pas accéléré par le circuit de puissance (commutation assistée), est libre (commutation forcée). Dans ce dernier cas, un temps proportionnel au taux de dopage est nécessaire pour que toutes les charges se soient recombinées.

Nous pouvons donc séparer les composants à porteurs minoritaires (N ou P) de leurs homologues dits à porteurs majoritaires, comme les MOSFETs, les JFETs et les SITs. Le premier type de composant est intrinsèquement lent puisqu’il met en œuvre des jonctions PN, qu’il faut vider de leurs charges pour les bloquer. Le second type n’a que des résistances variables qui ne stockent pas de charges en excédent. La première appellation contrôlée (composant à porteurs minoritaires) correspond en pratique à des composants régis par des jonctions PN : diodes, transistors bipolaires, thyristors, triacs, GTOs, mais aussi IGBTs et SITHs. Tous les composants que nous allons examiner dans ce paragraphe sont donc dits à porteurs minoritaires.

2.1 Jonction PN

Nous allons voir comment la jonction de deux zones dopées différemment engendre une diode. Ces mécanismes se retrouvant dans tous les autres semi-conducteurs, il est très important de bien les assimiler.

Si un barreau de silicium reçoit un dopage de type P d’un côté et N de l’autre, un phénomène particulier apparaît (figure 15) : dans la zone frontière, toutes les charges libres négatives (électrons) se recombinent avec les charges positives (trous fictifs). Une zone, dite de transition, se crée où aucun électron ne peut plus s’arrêter.

Cette zone, large d’environ un micromètre, se rétrécit quand le taux de dopage augmente, mais elle s’élargit lorsqu’une tension inverse est appliquée à la jonction....

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BOSE (B.K.) -   Modern Power Electronics and AC drives  -  . 2001, Prentice Hall.

  • (2) - BUHLER (H.) -   Électronique de réglage et de commande  -  . 1990, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes.

  • (3) - BUHLER (H.) -   Convertisseurs statiques  -  . 1991, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes.

  • (4) - BUHLER (H.) -   Réglage de systèmes d’électronique de puissance  -  . 1999, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes.

  • (5) - DALMASSO (J.L.) -   Cours d’électrotechnique. 1 : Machines tournantes à courants alternatifs, 1985. 2 : Traitement de l’énergie électrique (convertisseurs statiques) 1984. 3 : Electronique de puissance 1986  -  , Belin.

  • (6) - MILSANT (F.) -   Problèmes d’électronique  -  . 1996, Ellipses.

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