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THÈSE présentée devant l'INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUÉES DE LYON pour obtenir LE GRADE DE DOCTEUR ÉCOLE DOCTORALE : ÉLECTRONIQUE
ÉLECTROTECHNIQUE AUTOMATIQUE
FORMATION DOCTORALE : GÉNIE ÉLECTRIQUE
par
Pierre LEFRANC
Ingénieur Supélec
Étude, conception et réalisation de circuits de commande
d'IGBT de forte puissance
Depuis ses débuts en 1980, l’IGBT a pris une importance énorme pour arriver
à l’heure actuelle à concurrencer tous les autres composants de puissance : bipolaire, MOSFET, GTO, ... Une large gamme de modules IGBT est actuellement
disponible : de quelques dizaines d’Ampère à quelques kilo-Ampère et de 300V à
6500V.
Dans les convertisseurs de puissance, les modules IGBT sont associés à une
carte appelée "driver". Le driver a pour fonction de piloter son module IGBT associé et de garantir son intégrité en cas de défauts (surintensité et surtension). Le
driver constitue un sous système au sein du convertisseur. Il devient aussi important que le module IGBT. L’enjeu est de taille car certains modules coûtent plus de
1000C l’unité.
Le travail présenté dans ce mémoire a pour but d’étudier la conception et la réalisation d’une gamme de circuits de commande de modules IGBT (gamme de trois
drivers). Ces drivers répondent à un besoin industriel et seront produits en moyenne
série en technologie hybride (circuit imprimé et composants traditionnels).
Le premier et second chapitre de ce mémoire constituent un état de l’art des
modules IGBT et des drivers d’IGBT. Les différentes technologies de puces IGBT
propres aux différents constructeurs sont exposées et expliquées afin de clarifier
l’abondance de technologies de puces. Les fonctions de base des drivers d’IGBT
sont exposées ainsi que les solutions technologiques classiques associées.
Dans le troisième chapitre, une modélisation des puces IGBT est proposée afin
d’étudier leurs commutations en vue de leur commande. On propose également de
prendre en compte les effets inductifs dus au câblage dans les boîtiers des modules
IGBT. Afin de finaliser la modélisation des puces IGBT, nous proposons l’étude du
phénomène d’avalanche dynamique présent sur certaines technologies de puces à
l’aide d’équations simples puis de simulations par éléments finis.
Enfin, nous proposons l’analyse et la conception des fonctions élémentaires
propres aux drivers d’IGBT. Des méthodes de conception, des simulations et des
résultats expérimentaux sont proposés.
VER TESIS COMPLETA EN LINK ORIGINAL:
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