IGBT

En raison de leurs grilles isolées, les IGFET de tous types ont un gain de courant extrêmement élevé :il ne peut y avoir de courant de grille soutenu s'il n'y a pas de circuit de grille continu dans lequel le courant peut circuler continuellement. Le seul courant que nous voyons à travers la borne de grille d'un IGFET est donc le transitoire (brève surtension) qui peut être nécessaire pour charger la capacité grille-canal et déplacer la région d'appauvrissement lorsque le transistor passe d'un état « on » à un « » éteint", ou vice versa.

Ce gain de courant élevé semblerait à première vue placer la technologie IGFET en avantage décisif par rapport aux transistors bipolaires pour le contrôle de très grands courants. Si un transistor à jonction bipolaire est utilisé pour contrôler un courant de collecteur important, il doit y avoir un courant de base substantiel provenant ou absorbé par certains circuits de commande, conformément au rapport . Pour donner un exemple, pour qu'un BJT de puissance avec un de 20 conduise un courant de collecteur de 100 ampères, il doit y avoir au moins 5 ampères de courant de base, une quantité substantielle de courant en soi pour les circuits de commande miniatures discrets ou intégrés à gérer :

Transistor avec circuit de contrôle

Du point de vue des circuits de contrôle, ce serait bien d'avoir des transistors de puissance avec un gain de courant élevé, de sorte que beaucoup moins de courant soit nécessaire pour le contrôle du courant de charge. Bien sûr, on peut utiliser des transistors à paire Darlington pour augmenter le gain en courant, mais ce genre de montage nécessite tout de même beaucoup plus de courant de contrôle qu'un IGFET de puissance équivalente :

Malheureusement, cependant, les IGFET ont des problèmes de contrôle du courant élevé :ils présentent généralement une chute de tension drain-source plus importante lorsqu'ils sont saturés que la chute de tension collecteur-émetteur d'un BJT saturé. Cette chute de tension plus importante équivaut à une dissipation de puissance plus élevée pour la même quantité de courant de charge, ce qui limite l'utilité des IGFET en tant que dispositifs haute puissance. Bien que certaines conceptions spécialisées telles que le transistor VMOS aient été conçues pour minimiser cet inconvénient inhérent, le transistor à jonction bipolaire est toujours supérieur dans sa capacité à commuter des courants élevés.

Une solution intéressante à ce dilemme exploite les meilleures fonctionnalités des IGFET avec les meilleures fonctionnalités des BJT, dans un dispositif appelé transistor bipolaire à porte isolée, ou IGBT. Également connu sous le nom de MOSFET en mode bipolaire, de transistor à effet de champ modulé par conductivité (COMFET), ou simplement de transistor à grille isolée (IGT), il équivaut à une paire Darlington d'IGFET et de BJT :

Symbole schématique et circuit équivalent

Essentiellement, l'IGFET contrôle le courant de base d'un BJT, qui gère le courant de charge principal entre le collecteur et l'émetteur. De cette façon, il y a un gain de courant extrêmement élevé (puisque la grille isolée de l'IGFET ne tire pratiquement aucun courant du circuit de commande), mais la chute de tension collecteur-émetteur pendant la conduction complète est aussi faible que celle d'un BJT ordinaire.

Inconvénient de l'IGBT

Un inconvénient de l'IGBT par rapport à un BJT standard est son temps de désactivation plus lent. Pour une commutation rapide et une capacité de traitement de courant élevée, il est difficile de battre le transistor à jonction bipolaire. Des temps de coupure plus rapides pour l'IGBT peuvent être obtenus par certains changements de conception, mais seulement au détriment d'une chute de tension à saturation plus élevée entre le collecteur et l'émetteur. Cependant, l'IGBT constitue une bonne alternative aux IGFET et aux BJT pour les applications de contrôle haute puissance.

FICHE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Fiche de travail sur les transistors bipolaires à grille isolée