Transistors IGBT – Thyristors – Diodes

Le but d’un IGBT est d’appliquer une tension à la grille du semi-conducteur, modifiant ainsi les propriétés de ce dernier, afin d’autoriser le flux de puissance lorsqu’il est activé ou de le bloquer lorsqu’il est à l’arrêt. Le contrôle des IGBT s’effectue grâce à une structure de grille à semi-conducteur en oxyde métallique. Ces commutateurs de puissance électrique sont très présents et on les retrouve naturellement dans de nombreuses applications aussi diverses que le soudage, les climatiseurs, les voitures électriques, les trains ou les alimentations sans interruption (UPS).

Il existe toutefois différents types d’IGBT, en fonction de leurs caractéristiques propres :

• La tension maximale supportée
• Le courant pouvant transiter par le collecteur
• La fréquence de commutation
• Le type de boîtier

Dans les faits, le choix de votre transistor IGBT dépend essentiellement de deux choses : le niveau de puissance requis et l’application à laquelle il est destiné.

Nous avons décrit l’IGBT plus haut en précisant qu’il combinait les avantages du BJT et du MOSFET. Le BJT est un transistor à jonction bipolaire qui a pour principal avantage de pouvoir intervenir sur des tensions et des courants élevés. Le MOSFET est un transistor qui a pour particularité une faible énergie de commande et une grande rapidité de commutation. Le transistor IGBT emprunte donc les meilleures caractéristiques de chacun de ses deux concurrents.

Dans les faits, l’IGBT est donc un transistor hybride, conçu comme un transistor à effet de champs en entrée (type MOSFET) et comme un transistor bipolaire en sortie (type BJT). Il est donc piloté par la tension de grille qui lui est appliquée (entre la grille et l’émetteur). Pourtant, sa conduction est celle d’un transistor bipolaire (entre le collecteur et l’émetteur). Cette structure particulière lui confère un faible coût énergétique, à l’instar d’un MOSFET, avec des pertes de conduction plus faibles que celles d’un transistor bipolaire. Le tout, avec la capacité de gérer une tension bien plus élevée qu’un MOSFET.

De fait, il est souvent utilisé en modules de plusieurs transistors dans de nombreux types d’équipements industriels. Les avantages décrits ci-dessus, sa grande efficacité et sa grande fiabilité plaident pour lui.

Du fait de leur capacité à gérer de grandes puissances électriques, on trouve des gammes d’IGBT allant d’une gestion de 600 Volts (ou moins) à 6 500 Volts pour des intensités de courant allant jusqu’à 2 400 Ampères. Les IGBT sont désormais présents partout ou presque. Mieux, depuis leur invention dans les années 90, ils ont permis des développements jusqu’alors non viables, notamment dans les applications d’appareils électriques et de convertisseurs de puissance qui nous accompagnent au quotidien. On leur doit en partie de grandes évolutions électroniques dans divers domaines des transports (automobile, train, avion, bus, bateau, métro, etc.) mais également les ascenseurs, l’électroménager, la télévision et la hi-fi ou la domotique.

Les IGBT sont de plus en plus utilisés dans les trains. Plus précisément dans les convertisseurs de traction des TGV ainsi que dans les convertisseurs auxiliaires gérant l’éclairage ou la ventilation par exemple. Toutes les versions les plus modernes de TGV utilisant des moteurs synchrones ou asynchrones sont équipées de transistor IGBT.

On en trouve également dans les variateurs-onduleurs de commande des moteurs électriques des propulseurs et des pods des gros navires comme les derniers bateaux de croisière par exemple.

Les voitures électriques ou hybrides en sont pourvues. C’est le cas de la Prius de Toyota par exemple. Mais on en trouve également dans l’industrie du spectacle dans les halogènes professionnels, dans les chauffages par induction ou dans les émetteurs d’ondes décamétriques. Et, dans un fonctionnement linéaire bien que peu courant, on peut également l’utiliser pour des amplificateurs… Le transistor IGBT est une véritable révolution qui a permis le développement de quantité d’applications et l’entrée de plain pied dans l’ère technologique et digitale que nous vivons.