T. LEQUEU, "Cours de Physique des Composants - 1999/2000", IUT GEII 2ème année, option EEP, notes de cours, avril 2000.

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Fiche : [99DIV106]

Titre : T. LEQUEU, Cours de Physique des Composants - 1999/2000, IUT GEII 2ème année, option EEP, notes de cours, avril 2000.

Cité dans :[99DIV083] Liste des travaux écrits de Thierry LEQUEU, novembre 2019.

Auteur : Thierry LEQUEU

Info : Cours de Physique des Composants, PHYS-COMP, 1999/2000
Ecole : Institut Universitaire de Technologie, Génie Electrique et Informatique Industrielle
Cours : 1999/2000 de 2ième année - option Electrotechnique et Electronique de Puissance
Date : avril 2000

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 - Autres transistors / CALC / Limites

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] : [LIVRE089] M. LAVABRE, Electronique de puissance : conversion de l'énergie - Cours et exercices résolus, collection A.CAPLIEZ, 357 pages, 1998.
  [2] : [LIVRE038] M. BEUGNIEZ, J.-L. WILLIOT, Manuel de Génie Electrique, édition Ellipses, 464 pages, août 1996.
  [3] : [LIVRE122] J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, DUNOD, 3e édition revue et augmentée, 1999.
  [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] :  [PAP108]  [D3100][D3101], Composants semi-conducteurs de puissance : caractères propres, P. LETURCQ, Techniques de l'Ingénieur, aout 1999.
  [7] :  [PAP123]  [D3110][D3111], Composants semi-conducteurs de puissance, P. LETURCQ, Techniques de l'Ingénieur, mars 1993.
  [8] :  [PAP063]  [D3120][D3121], Commande des composants actifs, C. GLAIZE, Techniques de l'Ingénieur, mars 1989, 21 pages.
  [9] : [LIVRE015] B.J. BALIGA, Power Semiconductor devices, 1996.
 [10] : [LIVRE041] J. ARNOULD, P. MERLE, Dispositif de l'électronique de puissance volume 1 et 2, édition Hermès.

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 9
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 10
0.6.2 Bipolaire - Effet de champ 10
0.6.3 Schémas équivalents 10
0.7 Rappel sur les circuits du premier ordre 11
0.7.1 Définition du problème 11
0.7.2 Solution de l'équation 11
0.7.3 Calcul du temps mis pour attendre une valeur donnée 11
0.8 Rappel sur le calcul des radiateurs 12
0.8.1 Loi d'ohm thermique 12
0.8.2 Résistances thermique 12
0.8.3 Caractéristiques thermiques 13
0.8.4 Démonstration du besoin d'un dissipateur 13
0.8.5 Exemple de calcul 13
0.9 Bibliographie 14

  [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 17
1.1.1 Caractéristiques en conduction - Quadrant 1 17
1.1.2 Caractéristiques en mode bloquée - Quadrant 3 18
1.1.3 Schémas équivalent - commutation douce 18
1.1.3.1 VD < VD0, la diode est bloqué (quadrant 3) 18
1.1.3.2 VD > VD0, la diode est passante (quadrant 1) 18
1.2 Mise en conduction - commutation "douce" 19
1.2.1 Exemple de la diode de signal 1N4148 19
1.3 Commutation rapide de la diode P-I-N 20
1.3.1 La diode dans la cellule de commutation 20
1.3.2 Mise en conduction rapide 20
1.3.3 Blocage de la diode 21
1.4 Ordres de grandeurs des diodes P-i-N rapides 22
1.5 Principales caractéristiques des diodes P-i-N rapides 23
1.6 Les diodes schottky 24
1.6.1 Description 24
1.6.2 Compromis technologie/tension 24
1.7 Les diodes zeners et TRANSILTM 25
1.8 Bibliographie 25

  [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

2.1 Technologie - Structure - Symbole 29
2.1.1 Introduction 29
2.1.2 Technologie de réalisation 29
2.2 Caractéristiques statiques 29
2.2.1 Polarisation inverse 29
2.2.2 Polarisation directe - thyristor bloqué 30
2.3 Amorçage du thyristor 30
2.3.1 Analogie avec deux transistors bipolaires 30
2.3.2 Thyristor conducteur 30
2.4 Retour à l'état bloqué 31
2.5 Caractéristiques de gâchette 31
2.6 Caractéristiques dynamiques 32
2.6.1 Commutation à la fermeture 32
2.6.2 Limitation de la vitesse de croissance du courant 33
2.6.3 Commutation à l'ouverture 33
2.7 Le triac 34
2.7.1 Structure de principe - Symbole 34
2.7.2 Caractéristiques statiques 34
2.7.3 Quadrant d'amorçage 34
2.7.4 Spécification des boîtiers 34
2.7.5 Exemple d'utilisation - Le gradateur 35
2.8 D'autres thyristors 36
2.8.1 le thyristor GTO 36
2.8.2 le thyristor MCT 36
2.9 Commande par la gâchette des thyristors 37
2.9.1 Présentation 37
2.9.2 Exemple 37
2.9.3 Amélioration 38
2.10 Bibliographie 38

  [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 Généralités 41
3.1.1 Historique 41
3.1.2 Principe de la commutation 41
3.2 Structure simplifiée et caractéristiques statiques 41
3.2.1 Structure 41
3.2.2 Caractéristiques statiques 42
3.3 Commutation à la fermeture du transistor bipolaire 43
3.3.1 Montage hacheur 43
3.3.2 Courbe théorique 43
3.3.3 Principe simplifié de la saturation - Mise en conduction de la jonction BE 43
3.3.4 Principe simplifié de la saturation - Temps de monté du courant 44
3.3.5 Chronogramme réel 45
3.4 Commutation à l'ouverture du transistor bipolaire 46
3.4.1 Montage hacheur 46
3.4.2 Courbe théorique 46
3.4.3 Principe simplifié du blocage - Déstockage des charges 46
3.4.4 Principe simplifié du blocage - Annulation du courant iC(t) 46
3.4.5 Courbe pratique 47
3.5 Amélioration des commutations 48
3.5.1 A la saturation (fermeture) 48
3.5.2 Au blocage (ouverture) 48
3.6 Ordres de grandeurs à propos des transistors bipolaire 49
3.7 Bibliographie 49

  [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

Date : avril 2000
4.1 Principe - Structure - Symbole 53
4.1.1 Introduction 53
4.1.2 Principe 53
4.1.3 Structure et symbole 54
4.1.4 Caractéristiques statiques 54
4.1.5 Aire de sécurité du MOSFET 55
4.2 Composants parasites du MOSFET 55
4.2.1 Les capacités 55
4.2.2 Le transistor parasite 56
4.3 Commutation à la fermeture du MOSFET 57
4.3.0 Cellule de commutation 57
4.3.1 Phase 1, 0< t < t1 : 57
4.3.2 Phase 2, t1 < t < t2 : 57
4.3.3 Phase 3, t2 < t < t3 : 58
4.3.4 Phase 4, t > t3 : 58
4.4 Commutation à l'ouverture 58
4.5 Quelques ordres de grandeurs 59
4.6 Bibliographie 59

  [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.

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 63
5.1.1 Genèse d'un nouveau composant 63
5.1.2 Structure de principe - Symbole 63
5.1.3 Caractéristiques statiques 64
5.1.4 Aire de sécurité de l'I.G.B.T. 64
5.2 L'IGBT en commutation 65
5.2.1 Problème lors de l'ouverture 65
5.2.2 Commutations à l'ouverture et à la fermeture 65
5.2.3 Le thyristor parasite de l'I.G.B.T. 66
5.3 Quelques ordres de grandeurs à propos des IGBT 66
5.3.1 En 1994 (Ferrieux - Forest) 66
5.3.2 En 1999 (EUPEC) 66
5.4 Bibliographie 66

  [1] : [LIVRE122] J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, DUNOD, 3e édition revue et augmentée, 1999.
  [2] : [LIVRE025] R. BAUSIERE, F. LABRIQUE, G. SEGUIER, Volume 3. La conversion continu-continu, éditions TEC & DOC, 1997.
  [3] : [LIVRE041] J. ARNOULD, P. MERLE, Dispositif de l'électronique de puissance volume 1 et 2, édition Hermès.
  [4] : [LIVRE032] P.-T. KREIN, Element of power electronics, Oxford University Press, 1997.
  [5] : [LIVRE034] N. MOHAN, T.M. UNDELAND, W.P. ROBBINS, Power Electronics - Converters, Applications and Design, John Wiley & Sons, 1995 second edition, 802 pages.
  [6] : [99DIV113] J.-P. FERRIEUX, Composants semi-conducteurs de puissance, Travaux Dirigés, IUT1 GEII Grenoble.
  [7] :  [DATA002] EUPEC, Eupec's Homepage & Editorials, octobre 2003.

Chapitre 6 - Autres transistors / CALC / Limites

6.1 Intégration des composants de puissance 69
6.1.1 L'approche SmartPower 69
6.1.2 L'approche ASD 69
6.1.3 Un I.G.B.T. réversible en tension : le MBS 69
6.1.3.1 Structure de principe 69
6.1.3.2 Symbole 69
6.1.3.3 Schéma équivalent 69
6.1.4 Le SIT 69
6.1.5 IGCT 69
6.1.6 IEGT 69
6.2 Circuit d'Aide à La Commutation - CALC 70
6.2.1 Objectif 70
6.2.2 Approche simplifiée à la fermeture 70
6.2.3 Approche simplifiée à l'ouverture 71
6.2.4 Influence du recouvrement de la diode 72
6.2.5 Influence de l'inductance de maille 72
6.2.6 Circuit d'aide à la fermeture 72
6.2.7 Circuit d'aide à l'ouverture 72
6.2.8 CALC complet 72
6.2.9 CALC non dissipatif 72
6.2.10 Circuits d'écrêtage 72
6.3 Limites et applications des interrupteurs 73
6.3.1 Limites courant - tension et domaines d'applications 73
6.3.2 Limites tension/courant/fréquence (1989) 74
6.3.3 Limites fréquence - puissance (1991-1995) 74
6.4 Bibliographie 75

  [1] : [LIVRE019] J.-P. FERRIEUX, F. FOREST, Alimentations à découpage - Convertisseurs à résonance, 2e édition revue et augmentée, 1994.
  [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.

Mise à jour le lundi 10 avril 2023 à 18 h 46 - E-mail : thierry.lequeu@gmail.com
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