Le transistor bipolaire
Il possède 3 électrodes : Base, Collecteur, Émetteur.
Détermination des 3 électrodes et du type
En l'absence d'effet transistor, le schéma équivalent d'un transistor est le suivant:
Il est possible de déterminer le type et la base à l'aide d'un ohm-mètre sur la position diode, sachant que la paire C - E est bloquée dans les deux sens.
On détermine ensuite la tension inverse de claquage à partir du montage suivant:
L'effet transistor
Lorsqu'on applique sur la base du transistor une tension VE à travers une résistance RB, un Courant IB circule de la base vers l'émetteur. Un courant IC circule alors du collecteur vers l'émetteur: IC = hFE * IB , hFE étant l'amplification de courant ou gain statique.
Caractéristiques
Quelques considérations sur le transistor de puissance bipolaire...
Le transistor de puissance MOS
Quelques considérations sur le transistor de puissance MOS...
Caractéristique de sortie
Caractéristique d'entrée
Résistance apparente à l'état passant
La résistance RDSON permet de déterminer la puissance dissipée à l'état passant:
P = RDSON * ID² = 0.011 * 100² = 110 W pour ID = 100 A
afin de choisir un dissipateur approprié.
Capacités parasites
La capacité d'entrée Ciss doit être chargée et déchargée rapidement pour ne pas nuire à la vitesse de commutation: il faut donc utiliser pour piloter la grille un générateur de tension capable de fournir un courant important (pendant un bref instant) et une résistance de grille relativement faible (quelques ohms).
Diode source-drain
Cette diode existe par construction. Elle peut être utilisée comme diode de roue libre, sous réserve que sa rapidité le permette. Le constructeur donne pour la diode du MTY100N10E un temps de recouvrement inverse trr = 145 ns
Le Transistor IGBT
L'IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) est un transistor bipolaire à porte isolée. Il associe les avantages des transistors bipolaires (tensions et courants élevés) et ceux des transistors MOSFET (rapidité des commutations, énergie de commande faible).
Symboles
Structure
elle est proche de celle d'un MOSFET
Schéma équivalent
Le transistor NPN ne conduit normalement pas, la tension aux bornes de la résistance r étant insuffisante. Dans le cas où il entre accidentellement en conduction, il y a perte de contrôle de l'IGBT. En effet, l'association des deux transistors est équivalente à un thyristor : le blocage ne peut avoir lieu que lorsque le courant principal s'annule. Le constructeur de l'IGBT utilise différentes techniques de fabrication pour éviter ce phénomène.
Schéma équivalent simplifié
Blocage
L'IGBT présente l'inconvénient d'un blocage moins rapide que le MOSFET, ce qui limite sa fréquence de commutation à quelques dizaines de kHz.
La place de l'IGBT parmi les autres semi-conducteurs de puissance
Le MCT (Mos Controlled Thyristor)
Ce sont les interrupteurs de puissance les plus récents, commercialisés depuis 1992. Ils associent les avantages du thyristor (faible chute de tension à l'état passant) et ceux du MOSFET (faible puissance de commande). Actuellement seuls les MCT de type P sont commercialisés.
Symboles:
Inconvénients:
Le Driver du MCT doit posséder les caractéristiques suivantes:
Le Driver de MOSFET et d' IGBT IR2113
Cette page est destinée à détailler certains aspects du composant à partir de sa
notice technique (242 K)
Diagramme fonctionnel
Fonctionnement des entrées logiques
Les entrées HIN, HIL et SD sont des entrées logiques, compatibles CMOS et TTL LS. Les niveaux de basculement sont liés à la valeur de la tension d'alimentation VDD. Par exemple, pour VDD=15v, le niveau haut est compris entre 9,5v et 15v, le niveau bas est compris entre 0v et 6v.
L'étude suivante concerne HIN, mais s'applique de la même façon à HIL.
L'entrée logique SD, lorsqu'elle est au niveau haut, bloque la sortie OUT (OUT= 0). Lorsque SD est au niveau bas, les impulsions qui arrivent sur HIN sont présentes sur la sortie OUT. Grâce à la bascule RS, une impulsion en partie bloquée par SD, reste bloquée jusqu'à sa fin. Cette propriété peut être utilisée pour moduler les largeurs d'impulsions à partir de l'entrée SD.
Étage de sortie bas
Cet étage dispose d'une sortie LO pouvant délivrer un courant de 2A par l'intermédiaire du push-pull T1-T2. Ces transistors ont un fonctionnement complémentaire.
Lorsque la tension Vcc est insuffisante, T1 est bloqué et T2 est saturé. Dans le cas contraire, c'est DELAY qui fixe l'état de T1 et T2.
Étage de sortie haut
Cet étage dispose d'une sortie HO pouvant délivrer un courant de 2A par l'intermédiaire du push-pull T3-T4. Ces transistors ont un fonctionnement complémentaire.
Lorsque la tension VB est insuffisante, T3 est bloqué et T4 est saturé. Dans le cas contraire, c'est PULSE FILTER qui fixe l'état de T1 et T2.
Étage de décalage de niveau haute tension
Montages d'application
Commande de 2 MOSFET
Dans ce montage, les condensateurs C1, C2 et C3 assurent le filtrage des alimentations VDD, VCC et VB. La tension VCC doit être comprise entre 10v et 20v, la tension VDD entre 4,5v et 20v. L'alimentation VB est obtenue à partir de VCC, par charge de C2 à travers D et Load, lorsque T2 est saturé.
Commande isolée d'un MOSFET
L' opto - coupleur garantit l'isolation galvanique. Il faut le choisir en fonction de la fréquence de commutation du Mosfet.
Il possède 3 électrodes : Base, Collecteur, Émetteur.
Les deux types de transistors bipolaires
Détermination des 3 électrodes et du type
En l'absence d'effet transistor, le schéma équivalent d'un transistor est le suivant:
On détermine ensuite la tension inverse de claquage à partir du montage suivant:
| pour le type NPN La tension la plus faible correspond au couple Base - Émetteur (V2 < V1) |  |
Lorsqu'on applique sur la base du transistor une tension VE à travers une résistance RB, un Courant IB circule de la base vers l'émetteur. Un courant IC circule alors du collecteur vers l'émetteur: IC = hFE * IB , hFE étant l'amplification de courant ou gain statique.
| Caractéristique Base - Émetteur: c'est la caractéristique d'une diode |  |
| Caractéristique Collecteur - Émetteur: c'est un réseau de caractéristiques Chaque courbe est obtenue pour une valeur de IB |  |
Valeurs limites |  | |
VCE0 | 150v | |
VEB | 6v | |
IC | 50A | |
IB | 20A | |
PD | 250W | |
TJ | 200°C | |
 | La puissance que peut dissiper le transistor dépend de la température de son boîtier. La dissipation maximale est de 250 W si le boîtier est maintenu à une température inférieure à 25°C. Elle n'est plus que de 145 W si la température du boîtier monte à 100°C. |
 | Pour TJ et VCE donnés le gain statique hFE est fonction du courant IC hFE = 10 pour IC = 50A hFE = 30 pour IC = 30A hFE = 60 pour IC = 20A |
 |
Pour une température de jonction de 25°C, un VCE de 4v et un IC de 30A, le courant de base est 0,6A. Cela correspond à un gain statique de 30/0,6 = 50 |
 | VCEsat augmente avec IC 0,4V pour 10A 1,2V pour 30A |
Le transistor de puissance MOS
Quelques considérations sur le transistor de puissance MOS...
|  | ||||||||||
 | En régime de commutation la tension VGS nominale est 10V Cela correspond à une tension VDS proche de 1V pour un courant ID de 100A VDS = RDSON * ID = 0,011 * 100 = 1,1V |
 | En régime d'amplification la tension VGS permet de régler le courant Id VGS = 6,5V : ID = 40A VGS = 8,5V : ID = 80A |
 | La résistance RDSON augmente avec le courant ID et diminue avec la tension VGS |
 | La résistance RDSON augmente avec la température TJ Pour un accroissement de température de 25°C la résistance RDSON augmente de 14% |
P = RDSON * ID² = 0.011 * 100² = 110 W pour ID = 100 A
afin de choisir un dissipateur approprié.
Capacités parasites
 | Capacité grille-drain: Cgd Capacité grille-source: Cgs Capacité drain-source: Cds La capacité d'entrée est Ciss = Cgd + Cgs La capacité de sortie est Coss = Cgd + Cds La capacité de transfert est Crss = Cgd |
MTY100N10E | Vds=25VDC Vgs=0VDC f=1MHz | Symbole | Min | Typ | Max | Unit |
Capacité d'entrée | Ciss | - | 7600 | 10640 | pF | |
Capacité de sortie | Coss | - | 3300 | 4620 | ||
Capacité de transfert | Crss | - | 1200 | 2400 |
Diode source-drain
Cette diode existe par construction. Elle peut être utilisée comme diode de roue libre, sous réserve que sa rapidité le permette. Le constructeur donne pour la diode du MTY100N10E un temps de recouvrement inverse trr = 145 ns
Le Transistor IGBT
L'IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) est un transistor bipolaire à porte isolée. Il associe les avantages des transistors bipolaires (tensions et courants élevés) et ceux des transistors MOSFET (rapidité des commutations, énergie de commande faible).
Symboles
Structure
elle est proche de celle d'un MOSFET
Schéma équivalent
Le transistor NPN ne conduit normalement pas, la tension aux bornes de la résistance r étant insuffisante. Dans le cas où il entre accidentellement en conduction, il y a perte de contrôle de l'IGBT. En effet, l'association des deux transistors est équivalente à un thyristor : le blocage ne peut avoir lieu que lorsque le courant principal s'annule. Le constructeur de l'IGBT utilise différentes techniques de fabrication pour éviter ce phénomène.Schéma équivalent simplifié
Blocage
L'IGBT présente l'inconvénient d'un blocage moins rapide que le MOSFET, ce qui limite sa fréquence de commutation à quelques dizaines de kHz.
La place de l'IGBT parmi les autres semi-conducteurs de puissance
Thyristor | Thyristor rapide | Transistor bipolaire | IGBT | ||
Tension | 6000V | 1500V | 1400V | 1200V | |
Courant | 5000A | 1500A | 500A | 400A | |
Fréquence | 1kHz | 3kHz | 5kHz | 20kHz |
Le MCT (Mos Controlled Thyristor)
Ce sont les interrupteurs de puissance les plus récents, commercialisés depuis 1992. Ils associent les avantages du thyristor (faible chute de tension à l'état passant) et ceux du MOSFET (faible puissance de commande). Actuellement seuls les MCT de type P sont commercialisés.
Schéma équivalent:
 | Le thyristor est représenté par deux transistors bipolaires (PNP et NPN). Les MOSFET (canal N pour l'off-FET et canal P pour l'on-FET) ont leurs grilles (gate) reliées. La tension anode-cathode est positive. Lorsqu'une tension de commande négative est appliquée entre la grille et l'anode, l'on-FET conduit et entraîne la conduction du NPN, puis du PNP. C'est l'accrochage du thyristor, la commande de grille peut alors être supprimée et le courant circule par les transistors bipolaires. Le blocage se produit si le courant anode-cathode devient inférieur au courant de maintien ou si une tension de commande positive est appliquée entre la grille et l'anode. Dans ce cas, l'off-FET conduit et entraîne de blocage du PNP, puis du NPN. |
Symboles:
Avantages:
- faible chute de tension à l'état passant, faibles pertes en conduction
- temps de mise en conduction très faible
- di/dt élevé
- forte tenue en tension (environ 10 kV)
- faible puissance de commande
- bonne tenue au dV/dt
Inconvénients:
- pertes de commutation relativement importantes
- peu adapté aux charges fortement inductives
Le Driver du MCT doit posséder les caractéristiques suivantes:
- tension de sortie : +/- 20V
- temps de montée et de descente maximal : 200ns
- courant de crête minimal : 2A
Le Driver de MOSFET et d' IGBT IR2113
Cette page est destinée à détailler certains aspects du composant à partir de sa
notice technique (242 K)
Diagramme fonctionnel
Fonctionnement des entrées logiques
Les entrées HIN, HIL et SD sont des entrées logiques, compatibles CMOS et TTL LS. Les niveaux de basculement sont liés à la valeur de la tension d'alimentation VDD. Par exemple, pour VDD=15v, le niveau haut est compris entre 9,5v et 15v, le niveau bas est compris entre 0v et 6v.
L'étude suivante concerne HIN, mais s'applique de la même façon à HIL.
Étage de sortie bas
Lorsque la tension Vcc est insuffisante, T1 est bloqué et T2 est saturé. Dans le cas contraire, c'est DELAY qui fixe l'état de T1 et T2.
Étage de sortie haut
Cet étage dispose d'une sortie HO pouvant délivrer un courant de 2A par l'intermédiaire du push-pull T3-T4. Ces transistors ont un fonctionnement complémentaire.
Lorsque la tension VB est insuffisante, T3 est bloqué et T4 est saturé. Dans le cas contraire, c'est PULSE FILTER qui fixe l'état de T1 et T2.
Étage de décalage de niveau haute tension
Commande de 2 MOSFET
Commande isolée d'un MOSFET
L' opto - coupleur garantit l'isolation galvanique. Il faut le choisir en fonction de la fréquence de commutation du Mosfet.
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