Electronique de puissance - IGBT

Le transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) est un dispositif semi-conducteur à trois bornes et est principalement utilisé comme interrupteur électronique. Il se caractérise par une commutation rapide et un rendement élevé, ce qui en fait un composant nécessaire dans les appareils modernes tels que les ballasts de lampes, les voitures électriques et les entraînements à fréquence variable (VFD).

Sa capacité à s'allumer et à s'éteindre rapidement le rend applicable dans les amplificateurs pour traiter des modèles d'onde complexes avec modulation de largeur d'impulsion. L'IGBT combine les caractéristiques des MOSFET et des BJT pour atteindre respectivement une capacité de tension à courant élevé et à faible saturation. Il intègre une grille isolée utilisant un FET (Transistor à effet de champ) pour obtenir une entrée de commande.

Symbole IGBT

L'amplification d'un IGBT est calculée par le rapport de son signal de sortie à son signal d'entrée. Dans les BJT conventionnels, le degré de gain (β) est égal au rapport de son courant de sortie au courant d'entrée.

L'IGBT a une très faible valeur de résistance à l'état ON (RON) qu'un MOSFET. Cela implique que la chute de tension (I ² R) aux bornes du bipolaire pour une opération de commutation particulière est très faible. L'action de blocage vers l'avant de l'IGBT est similaire à celle d'un MOSFET.

Lorsqu'un IGBT est utilisé comme interrupteur contrôlé dans un état statique, son courant et sa tension sont égaux à ceux du BJT. Au contraire, la porte isolée de l'IGBT facilite le pilotage des charges BJT et nécessite donc moins d'énergie.

L'IGBT est activé ou désactivé selon que sa borne de portail a été activée ou désactivée. Une différence de potentiel positive constante entre la porte et l'émetteur maintient l'IGBT dans l'état ON. Lorsque le signal d'entrée est supprimé, l'IGBT est désactivé.

Principe de fonctionnement de l'IGBT

L'IGBT ne nécessite qu'une faible tension pour maintenir la conduction dans l'appareil contrairement à BJT. L'IGBT est un appareil unidirectionnel, c'est-à-dire qu'il ne peut s'allumer que dans le sens avant. Cela signifie que le courant circule du collecteur vers l'émetteur contrairement aux MOSFET, qui sont bidirectionnels.

Applications de l'IGBT

L'IGBT est utilisé dans des applications de puissance moyenne à très élevée, par exemple les moteurs de traction. Dans les grands IGBT, il est possible de gérer un courant élevé de l'ordre de cent ampères et des tensions de blocage allant jusqu'à 6kv.

Les IGBT sont également utilisés dans les appareils électroniques de puissance tels que les convertisseurs, les onduleurs et autres appareils où la nécessité d'une commutation à semi-conducteurs est nécessaire. Les bipolaires sont disponibles avec un courant et une tension élevés. Cependant, leurs vitesses de commutation sont faibles. Au contraire, les MOSFET ont des vitesses de commutation élevées bien qu'ils soient coûteux.