Transistors Bipolaires à Grille Isolée (IGBT) : Fusion de la Précision FET et de la Puissance BJT

Les transistors à effet de champ à grille isolée (IGFETs) atteignent un gain de courant virtuellement infini car leur grille est isolée du canal. Aucun courant de grille continu n'est tiré ; seule une brève transitoire est nécessaire pour charger la capacitance grille-canal et déplacer la région d'appauvrissement alors que le dispositif commute entre états passant et bloqué.

À première vue, ce gain élevé semble donner aux IGFETs un avantage clair sur les transistors bipolaires (BJTs) pour contrôler de très grands courants. Avec un BJT, le courant de collecteur est lié au courant de base par le facteur β (gain de courant) du transistor. Par exemple, un BJT de puissance avec un β de 20 doit fournir au moins 5 A de courant de base pour piloter un courant de collecteur de 100 A — un courant de contrôle substantiel même pour des circuits discrets ou intégrés miniatures.

Transistor avec Circuit de Commande

L'utilisation d'une paire Darlington peut augmenter le gain, mais le courant de base requis reste plus élevé que celui nécessaire pour un IGFET équivalent. La complexité ajoutée et le tirage de courant rendent cette solution moins attractive pour les applications haute puissance.

Exemple Paire Darlington

Les IGFETs souffrent aussi d'une chute de tension drain-source plus grande quand pleinement saturés comparé à la chute collecteur-émetteur d'un BJT. Cette chute de tension supplémentaire se traduit en dissipation de puissance plus élevée pour le même courant de charge, limitant la praticité des IGFETs comme dispositifs haute puissance. Bien que des structures spécialisées comme les transistors VMOS aient été conçues pour réduire cet inconvénient, les BJTs mènent encore pour la commutation de très hauts courants.

Vient le Transistor Bipolaire à Grille Isolée (IGBT). Aussi appelé MOSFET mode bipolaire, transistor à effet de champ à conductivité modulée (COMFET), ou simplement transistor à grille isolée (IGT), un IGBT combine essentiellement le gain élevé, la logique commandée par grille d'un IGFET avec la faible chute de tension, la capacité de gestion de haut courant d'un BJT.

Symbole Schématique et Circuit Équivalent

Dans cette architecture, l'IGFET pilote la base d'un BJT. La grille tire virtuellement aucun courant du circuit de commande, tandis que le BJT délivre le courant de charge principal entre collecteur et émetteur. Le résultat est un gain de courant global extrêmement élevé couplé à une chute de tension collecteur-émetteur qui match celle d'un BJT conventionnel.

Cependant, les IGBTs ne sont pas sans compromis. Leur temps d'extinction est typiquement plus lent que celui d'un BJT standard, ce qui peut être critique dans les applications de commutation rapide. Obtenir une extinction plus rapide se fait souvent au détriment d'une chute de tension saturée plus élevée entre collecteur et émetteur. Néanmoins, pour de nombreuses tâches de contrôle haute puissance, le mélange de faible chute de tension et de haut gain de courant de l'IGBT offre une alternative convaincante aux IGFETs et BJTs.

FICHE D'EXERCICES CONNEXE :

• Fiche d'exercices Transistors Bipolaires à Grille Isolée