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INFORMATION dernière mise à jour
18 mars 2013
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COMPOSANTS DE PUISSANCE
troisième partie : autres composants

thyristor GTO
une commande simplifiée
transistor de puissance
quelques centaines de kW
MOSFET de puissance
de multiples versions
IGBT
entre le mosfet et le transistor bipolaire
mos controlled thyristor MCT
une autre combinaison
une collection d'icônes pour visiter tout le site
Hormis le thyristor et le triac ancètres du domaine, on rencontre aujourd'hui de nombreux dispositifs de puissance dérivés dont nous donnons ci-après une courte description des principaux.

le thyristor GTO (gate turn-off thyristor)
Il s'agit d'un dispositif qui présente l'avantage par rapport au thyristor de pouvoir être commuté ( rendu passant) par une impulsion et bloqué par une autre impulsion inverse. Cette impulsion inverse dépend du courant d'anode à interrompre et de ce fait le circuit de commutation va être simplifié, le blocage est très rapide et en conséquence ce dispositif va pouvoir travailler à des fréquences supérieures à celles du simple thyristor. Mais le courant inverse de gate qui va provoquer le blocage doit être élevé. Ainsi un GTO qui possède un courant de pointe direct de 2000A nécessitera un courant inverse de gate de 500A pour être interrompu. De plus il ne faut pas que sa température dépasse 125°C sinon il a tendance à rester conducteur. On emploie des GTO jusqu'à 4500V et 2500A.

Transistor de puissance
Les transistors de puissance sont utilisés dans des applications nécessitant jusqu'à des centaines de kilowatts et des fréquences de commutation inférieures à 10kHz. Ce sont généralement des transistors de type npn qui ont des temps d'ouverture relativement longs ce qui explique les limites en fréquence. A la différence des thyristors on ne peut les protéger par des fusibles car ils claquent avant le fusible donc les protections devront être du type électronique (voir chapitre alimentation pour avoir un exemple de circuit de protection). En règle générale afin de ne pas avoir trop de problèmes de commande ils seront conçus sur la base du montage Darlington réalisé soit sur une puce unique soit en deux parties intégrées dans un même boitier et dont le schéma de principe est donné ci-dessous. Les composants de puissance occupant une surface de silicium élevée leur géométrie est donc critique ainsi pour assurer une répartition uniforme du courant dans l'ensemble du dispositif on réalise en général des émetteurs fortement interdigités avec la base.

MOSFET de puissance
Ces composants portent des dénominations variées selon les constructeurs, souvent justifiées par des géométries très variées : MegaMOS, HEXFET, SIPMOS, TMOS...

Ils sont intéressants car leur commande de gate implique une simple variation de potentiel sans présence de courant puisque le gate d'un transistor mos est par hypothèse isolé et a donc un courant de fuite qui s'exprime en nanoampères. Cependant ceci n'est vrai qu'en condition statique, en régime transitoire les capacités drain-gate ou source-gate doivent être chargées et déchargées de manière appropriée pour pouvoir commuter le dispositif à une certaine fréquence ce qui implique pour le circuit de contrôle une impédance de sortie relativement faible. Comme ce sont essentiellement des dispositifs équivalents à une résistance lorsqu'ils sont passants (RDSon) leurs caractéristiques thermiques sont liées à l'effet joule. Il faut noter que lorsque leur température augmente cette résistance croît aussi et donc simultanément les pertes joule ils seront donc moins performants que des transistors bipolaires pour des courants importants.


Par ailleurs leur technologie est différente de celle des transistors bipolaires. Les bipolaires sont des composants de surface, tandis que les MOS de puissance ont une structure verticale afin d'obtenir un canal conducteur de grande section mais de faible longueur : il en résulte un risque de transistor npn parasite qui dans les conditions d'exploitation limite du MOS va induire des catastrophes. L'art des concepteurs de MOS de puissance va donc être de réaliser des géométries minimisant ces risques particulièrement exacerbés pendant les phases transitoires.

IGBT insulated gate bipolar transistor
Il s'agit d'un composant qui va posséder la haute impédance et la grande vitesse de commutation d'un MOSFET avec des caractéristiques de conductivité d'un transistor bipolaire. On rend conducteur un IGBT en appliquant une tension positive entre gate et émetteur et comme dans un MOS on le bloque en inversant légèrement cette tension (ou simplement l'annulant). On peut les utiliser jusqu'à 50kHz sans difficultés, au delà les pertes sont trop importantes. Par contre, à la différence des MOSFETs on ne peut pas les mettre en parallèle car il est très difficile de trouver deux IGBT ayant exactement les mêmes temps de commuutation et il est clair que le courant passe par celui qui est devenu conducteur le premier et dans ce cas il est aussi clair que ce courant dépasse les limites du composant, le problème est encore plus dramatique à la fermeture.

MOS Controlled Thyristor (MCT)
Il s'agit d'un thyristor associé à un dispositif de commutation basé sur un double MOSFET (un pour la conduction et l'autre pour le blocage). L'intérêt d'une telle configuration est de permettre des valeurs très élevées des variations de courant et tension admissibles sans dégâts de l'ordre de 2500µA/µs et 20000V/µs ce qui en fait un composant exploitable pour piloter des moteurs, des alimentations ininterruptibles aussi bien que des systèmes d'alimentation haute puissance.