T. LEQUEU, "Cours de Composants en Commutation - 2000/2001", IUT GEII 2ème année, option EEP, notes de cours, janvier 2001.

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Fiche : [DATA208]

Titre : T. LEQUEU, Cours de Composants en Commutation - 2000/2001, IUT GEII 2ème année, option EEP, notes de cours, janvier 2001.

Cité dans :[99DIV083] Liste des travaux écrits de Thierry LEQUEU, novembre 2019.
Cité dans : [DATA001] T. LEQUEU, Evolution des composants de puissance et des IGBT, mars 2004.
Cité dans :[99DIV106] T. LEQUEU, Cours de Physique des Composants - 1999/2000, IUT GEII 2ème année, option EEP, notes de cours, avril 2000.

Auteur : Thierry LEQUEU

Info : Cours de Physique des Composants, EN-COM, 2000/2001
Ecole : Institut Universitaire de Technologie, Génie Electrique et Informatique Industrielle
Cours : de 2ième année - option Electrotechnique et Electronique de Puissance
Date : janvier 2001

Vers : Chapitre 0 - Eléments sur les composants de puissance
Vers : Chapitre 1 - La diode en commutation
Vers : Chapitre 2 - Le thyristor et le triac
Vers : Chapitre 3 - Le transistor bipolaire de puissance
Vers : Chapitre 4 - Le transistor MOSFET
Vers : Chapitre 5 - Le transistor IGBT
Vers : Chapitre 6 - Limites et applications des transistors

Chapitre 0 - Eléments sur les composants de puissance

0.1 Volume et horaire 5
0.2 Plan de l'étude 5
0.3 Quelques ouvrages de référence 5

  [1] : [LIVRE015] B.J. BALIGA, Power Semiconductor devices, 1996.
  [2] : [LIVRE041] J. ARNOULD, P. MERLE, Dispositif de l'électronique de puissance volume 1 et 2, édition Hermès.
  [3] : [LIVRE054] R. BESSON, Composants électroniques : technologie et utilisation, Dunod, 1998.
  [4] : [LIVRE144] P.-N. FAVENNEC, Technologies pour les composants à semiconducteurs, Masson, 1996.
  [5] :  [PAP108]  [D3100][D3101], Composants semi-conducteurs de puissance : caractères propres, P. LETURCQ, Techniques de l'Ingénieur, aout 1999.
  [6] :  [PAP123]  [D3110][D3111], Composants semi-conducteurs de puissance, P. LETURCQ, Techniques de l'Ingénieur, mars 1993.
  [7] :  [PAP063]  [D3120][D3121], Commande des composants actifs, C. GLAIZE, Techniques de l'Ingénieur, mars 1989, 21 pages.
  [8] : [LIVRE037] J.-L. DALMASSO, L'électronique de puissance - commutation, édition DIA Technique Supérieur, 1987.
  [9] : [LIVRE038] M. BEUGNIEZ, J.-L. WILLIOT, Manuel de Génie Electrique, édition Ellipses, 464 pages, août 1996.
 [10] : [LIVRE122] J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, DUNOD, 3e édition revue et augmentée, 1999.
 [11] : [LIVRE025] R. BAUSIERE, F. LABRIQUE, G. SEGUIER, Volume 3. La conversion continu-continu, éditions TEC & DOC, 1997.
 [12] : [LIVRE089] M. LAVABRE, Electronique de puissance : conversion de l'énergie - Cours et exercices résolus, collection A.CAPLIEZ, 357 pages, 1998.

0.4 Généralités sur les jonctions 6
0.4.1 Structure de la matière 6
0.4.2 Conduction 7
0.4.3 Semi-conducteur 8
0.5 Réalisation des puces silicium 9
0.5.1 Affinage du silicium 9
0.5.2 Tirage du lingot 9
0.5.3 Découpe 9
0.5.4 Polissage 9
0.5.5 Masquage 9
0.5.6 Dopage 10
0.5.7 Métallisation 10
0.5.8 Découpe et assemblage 10
0.5.9 Commercialisation 10
0.6 Caractéristiques externes des composants. 10
0.6.1 Domaine de l'étude 11
0.6.2 Bipolaire - Effet de champ 11
0.6.3 Schémas équivalents 11
0.7 Rappel sur les circuits du premier ordre 12
0.7.1 Définition du problème 12
0.7.2 Solution de l'équation 12
0.7.3 Calcul du temps mis pour attendre une valeur donnée 12
0.8 Rappel sur le calcul des radiateurs 13
0.8.1 Loi d'ohm thermique 13
0.8.2 Résistances thermique 13
0.8.3 Caractéristiques thermiques 14
0.8.4 Démonstration du besoin d'un dissipateur 14
0.8.5 Exemple de calcul 14
0.9 Bibliographie 15

  [1] :  [PAP108]  [D3100][D3101], Composants semi-conducteurs de puissance : caractères propres, P. LETURCQ, Techniques de l'Ingénieur, aout 1999.
  [2] : [LIVRE038] M. BEUGNIEZ, J.-L. WILLIOT, Manuel de Génie Electrique, édition Ellipses, 464 pages, août 1996.
  [3] : [LIVRE089] M. LAVABRE, Electronique de puissance : conversion de l'énergie - Cours et exercices résolus, collection A.CAPLIEZ, 357 pages, 1998.
  [4] : [LIVRE034] N. MOHAN, T.M. UNDELAND, W.P. ROBBINS, Power Electronics - Converters, Applications and Design, John Wiley & Sons, 1995 second edition, 802 pages.
  [5] : [LIVRE032] P.-T. KREIN, Element of power electronics, Oxford University Press, 1997.
  [6] : [99DIV035] Catalogue SEEM, Thermique et puissance.

Lien : F_alim.htm

Voir_aussi :

  [1] :  [DIV107]  T. LEQUEU, Liste de références pour le calcul des résistances thermiques, décembre 2009.
  [2] : [LIVRE165] R. BESSON, Technologie des composants électroniques, Tome 2, 5e édition, SECF édition Radio, 1985.
  [3] : [LIVRE054] R. BESSON, Composants électroniques : technologie et utilisation, Dunod, 1998.
  [4] : [LIVRE144] P.-N. FAVENNEC, Technologies pour les composants à semiconducteurs, Masson, 1996.

Chapitre 1 - La diode en commutation

1.1 Caractéristiques statiques de la diode P-i-N 19
1.1.1 Caractéristiques en conduction - Quadrant 1 19
1.1.2 Caractéristiques en mode bloquée - Quadrant 3 20
1.1.3 Schémas équivalent "petit signaux" 20
1.1.3.1 VD < VD0, la diode est bloqué (quadrant 3) 20
1.1.3.2 VD > VD0, la diode est passante (quadrant 1) 20
1.2 Cellule de commutation 21
1.2.1 Cas du hacheur 21
1.2.2 Cas du redresseur 21
1.3 Commutation rapide de la diode P-i-N 22
1.3.1 La diode dans la cellule de commutation 22
1.3.2 Mise en conduction rapide 22
1.3.3 Blocage de la diode 23
1.4 Ordres de grandeurs des diodes P-i-N rapides 25
1.4.1 Principales caractéristiques des diodes P-i-N rapides 26
1.4.2 Exemple de la diode de signal 1N4148 26
1.5 Les diodes Schottky 27
1.5.1 Description 27
1.5.2 Mise en conduction - commutation "douce" 27
1.5.3 Compromis technologie/tension 28
1.6 Les diodes ZENERs et TRANSILTM 29
1.7 Bibliographie 29

  [1] : [LIVRE019] J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, 2e édition revue et augmentée, 1994.
  [2] : [LIVRE025] R. BAUSIERE, F. LABRIQUE, G. SEGUIER, Volume 3. La conversion continu-continu, éditions TEC & DOC, 1997.
  [3] : [LIVRE037] J.-L. DALMASSO, L'électronique de puissance - commutation, édition DIA Technique Supérieur, 1987.
  [4] : [LIVRE032] P.-T. KREIN, Element of power electronics, Oxford University Press, 1997.
  [5] : [LIVRE015] B.J. BALIGA, Power Semiconductor devices, 1996.
  [6] : [LIVRE041] J. ARNOULD, P. MERLE, Dispositif de l'électronique de puissance volume 1 et 2, édition Hermès.
  [7] : [99ART168] J.-M. Peter, Characteristics of power semiconductors, application note 512, mars 1994, 15 pages.

Lien : 1N4148.pdf - 7 pages, 66 Ko, 1996 Apr 15, 1N4148; 1N4446; 1N4448, High-speed diodes.
Lien : T213.pdf - 6 pages, 83 ko, BZW04-5V8/376 & BZW04-5V8B/376B TRANSIL(TM)
Lien : AN318.pdf - 2 pages, 31 Ko, AN318, mars 1989, "Transil or Varistor", by A. Bernabe.

Chapitre 2 - Le thyristor et le triac

  [1] : [LIVRE025] R. BAUSIERE, F. LABRIQUE, G. SEGUIER, Volume 3. La conversion continu-continu, éditions TEC & DOC, 1997.
  [2] : [LIVRE037] J.-L. DALMASSO, L'électronique de puissance - commutation, édition DIA Technique Supérieur, 1987.
  [3] : [LIVRE032] P.-T. KREIN, Element of power electronics, Oxford University Press, 1997.
  [4] : [LIVRE102] GENERAL ELECTRICS, SCR manual including triacs and other thyristors, sixth edition, 1979.
  [5] :  [DIV065]  DATA BOOK, SCRs & TRIACS DATA BOOK and Triacs Application, 3rd edition, ST Microelectronics, june 1995.
  [6] :  [PAP063]  [D3120][D3121], Commande des composants actifs, C. GLAIZE, Techniques de l'Ingénieur, mars 1989, 21 pages.
  [7] : [REVUE085] Revue N° 068, Electronique Pratique, février 1984.

Lien : AN308.pdf - Control by a triac for an inductive load: how to select a suitable circuit, By X. DURBECQ.

Chapitre 3 - Le transistor bipolaire de puissance

3.1 Structure simplifiée et caractéristiques statiques 3
3.1.1 Historique 3
3.1.2 Structure 3
3.1.3 Caractéristiques statiques 3
3.1.4 Limites de fonctionnement statiques 44
3.1.5 Aires de sécurité du transistor bipolaire 44
3.2 Commutations du transistor bipolaire 45
3.2.1 Principe de la commutation 45
3.3 Commutation à la fermeture du transistor bipolaire 45
3.3.1 Montage hacheur 45
3.3.2 Courbe théorique 46
3.3.3 Principe simplifié de la saturation - Mise en conduction de la jonction BE 46
3.3.4 Principe simplifié de la saturation - Temps de monté du courant 46
3.3.5 Chronogramme réel à la fermeture 48
3.4 Commutation à l'ouverture du transistor bipolaire 49
3.4.1 Montage hacheur 49
3.4.2 Courbe théorique 49
3.4.3 Principe simplifié du blocage - Déstockage des charges 49
3.4.4 Principe simplifié du blocage - Annulation du courant iC(t) 50
3.4.5 Courbe pratique 50
3.5 Amélioration des commutations 51
3.5.1 A la saturation (fermeture) 51
3.5.2 Au blocage (ouverture) 51
3.6 Ordres de grandeurs à propos des transistors bipolaire 52
3.7 Bibliographie 52

  [1] : [LIVRE021] H. BUHLER, Volume XV : Electronique de Puissance, Presse Polytechniques et Universitaires Romandes, 1993.
  [2] : [LIVRE041] J. ARNOULD, P. MERLE, Dispositif de l'électronique de puissance volume 1 et 2, édition Hermès.
  [3] : [LIVRE019] J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, 2e édition revue et augmentée, 1994.
  [4] : [LIVRE025] R. BAUSIERE, F. LABRIQUE, G. SEGUIER, Volume 3. La conversion continu-continu, éditions TEC & DOC, 1997.
  [5] : [LIVRE037] J.-L. DALMASSO, L'électronique de puissance - commutation, édition DIA Technique Supérieur, 1987.

Chapitre 4 - Le transistor MOSFET

4.1 Historique 55
4.1.1 Le MOS, d'ou ça vient ? 55
4.1.2 Le MOS, qu'est-ce que c'est ? 56
4.1.2.1 Principaux sigles 56
4.1.2.2 Le transistor MOS dans son contexte 56
4.2 Principe - Structure - Symbole 57
4.2.1 Introduction 57
4.2.2 Principe 57
4.2.3 Structure et symbole 58
4.2.4 Caractéristiques statiques 58
4.2.5 Aire de sécurité du MOSFET 59
4.3 Composants parasites du MOSFET 59
4.3.1 Les capacités 59
4.3.2 Le transistor parasite 60
4.4 Commutation à la fermeture du MOSFET 61
4.4.0 Cellule de commutation 61
4.4.1 Phase 1, 0< t < t1 : 61
4.4.2 Phase 2, t1 < t < t2 : 61
4.4.3 Phase 3, t2 < t < t3 : 62
4.4.4 Phase 4, t > t3 : 62
4.5 Commutation à l'ouverture 62
4.6 Quelques ordres de grandeurs 63
4.7 Bibliographie 63

  [1] : [LIVRE019] J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, 2e édition revue et augmentée, 1994.
  [2] : [LIVRE015] B.J. BALIGA, Power Semiconductor devices, 1996.
  [3] : [LIVRE025] R. BAUSIERE, F. LABRIQUE, G. SEGUIER, Volume 3. La conversion continu-continu, éditions TEC & DOC, 1997.
  [4] : [LIVRE041] J. ARNOULD, P. MERLE, Dispositif de l'électronique de puissance volume 1 et 2, édition Hermès.
  [5] :  [PAP108]  [D3100][D3101], Composants semi-conducteurs de puissance : caractères propres, P. LETURCQ, Techniques de l'Ingénieur, aout 1999.
  [6] :  [PAP123]  [D3110][D3111], Composants semi-conducteurs de puissance, P. LETURCQ, Techniques de l'Ingénieur, mars 1993.
  [7] : [LIVRE037] J.-L. DALMASSO, L'électronique de puissance - commutation, édition DIA Technique Supérieur, 1987.
  [8] :  [PAP063]  [D3120][D3121], Commande des composants actifs, C. GLAIZE, Techniques de l'Ingénieur, mars 1989, 21 pages.
  [9] :  [PAP162]  B. STAUFF, Le transistor MOSFET, mémoire de 2ième année d'IUFM, 1998.

Lien : IRF840.pdf - 6 pages, 171 Ko, HEXFET Power MOSFET, 500V, 8A, RDSON = 0.85 ohms.

Chapitre 5 - Le transistor IGBT

5.1 Introduction - Caractéristiques 67
5.1.1 Genèse d'un nouveau composant 67
5.1.2 Structure de principe - Symbole 68
5.1.3 Symboles 69
5.1.4 Capacités parasites 70
5.1.5 Fonctionnement à la mise en conduction 71
5.1.6 Phénomène de LATCH-UP 71
5.1.7 Fonctionnement au blocage 72
5.1.8 Caractéristiques statiques 73
5.1.9 Aire de sécurité de l'IGBT 74
5.2 Fonctionnement en commutations de l'IGBT 75
5.2.1 Commutation à la fermeture 75
5.2.2 Commutation à l'ouverture 75
5.2.2.1 Première phase 76
5.2.2.2 Deuxième phase 77
5.2.3 Pertes de commutation 77
5.3 Structure PT et NPT 77
5.4 Quelques ordres de grandeurs à propos des IGBT 78
5.4.1 Les performances 78
5.4.2 Gamme de tension 79
5.4.3 En 1994 (FERRIEUX - FOREST) 80
5.4.4 En 1999 (EUPEC) 80
5.5 Bibliographie 80

  [1] : [SHEET408] L. HINOVEANU, Le point sur les IGBT, revue Technologie, N° 108, mai-juin 2000, pp. 65-66.
  [2] :  [DATA159] International Rectifier, IGBT Characteristics, AN-983 (v.Int), 16 pages.
  [3] :  [DATA166] CD-ROM, N-Series IGBT-Modules Application Manual, Reh-982, Fuji Electric.
  [4] : [REVUE035] REE N°04, Revue de l'Electricité et de l'Electronique, Avril 1997.
  [5] : [LIVRE122] J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, DUNOD, 3e édition revue et augmentée, 1999.
  [6] : [LIVRE025] R. BAUSIERE, F. LABRIQUE, G. SEGUIER, Volume 3. La conversion continu-continu, éditions TEC & DOC, 1997.
  [7] : [LIVRE041] J. ARNOULD, P. MERLE, Dispositif de l'électronique de puissance volume 1 et 2, édition Hermès.
  [8] : [LIVRE032] P.-T. KREIN, Element of power electronics, Oxford University Press, 1997.
  [9] : [LIVRE034] N. MOHAN, T.M. UNDELAND, W.P. ROBBINS, Power Electronics - Converters, Applications and Design, John Wiley & Sons, 1995 second edition, 802 pages.
 [10] : [99DIV113] J.-P. FERRIEUX, Composants semi-conducteurs de puissance, Travaux Dirigés, IUT1 GEII Grenoble.
 [11] :  [DATA002] EUPEC, Eupec's Homepage & Editorials, octobre 2003.
 [12] :  [DATA001] T. LEQUEU, Evolution des composants de puissance et des IGBT, mars 2004.

Chapitre 6 - Limites et applications des transistors

6.1 Limites courant - tension et domaines d'applications 83
6.2 Limites tension/courant/fréquence (1989) 84
6.3 Limites fréquence - puissance (1991-1995) 84
6.4 Bibliographie 85

  [1] : [LIVRE122] J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, DUNOD, 3e édition revue et augmentée, 1999.
  [2] : [LIVRE034] N. MOHAN, T.M. UNDELAND, W.P. ROBBINS, Power Electronics - Converters, Applications and Design, John Wiley & Sons, 1995 second edition, 802 pages.
  [3] : [LIVRE032] P.-T. KREIN, Element of power electronics, Oxford University Press, 1997.
  [4] : [LIVRE025] R. BAUSIERE, F. LABRIQUE, G. SEGUIER, Volume 3. La conversion continu-continu, éditions TEC & DOC, 1997.
  [5] : [LIVRE037] J.-L. DALMASSO, L'électronique de puissance - commutation, édition DIA Technique Supérieur, 1987.
  [6] : [LIVRE041] J. ARNOULD, P. MERLE, Dispositif de l'électronique de puissance volume 1 et 2, édition Hermès.
  [7] :  [DIV124]  B. MULTON, La conversion Statique de l'Energie Electrique, polycopié de cours, ENS de CACHAN, 70 pages.
  [8] :  [DATA001] T. LEQUEU, Evolution des composants de puissance et des IGBT, mars 2004.

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