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Le transistor bipolaire n'a pas dit son dernier mot

J.-C. G.

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L'ESBT (Emitter Switched Bipolar Transistor) est doté d'un émetteur commuté par effet de champ qui lui donne une vitesse bien plus élevée que la normale.

S'il n'est pas le plus ancien dans l'arbre généalogique des transistors, le "bipolaire", mis au point après le Fet (Field Effect Transistor) breveté dans les années 1920, appartient tout de même plutôt au passé, davantage à l'époque des composants dits "discrets" qu'à celle des circuits intégrés. Ceci dit, le transistor bipolaire n'a jamais disparu de la circulation, notamment en électronique de puissance. S'il cohabite avec le Fet, et plus précisément en l'occurrence avec le Mosfet (Metal Oxyde Semiconductor Fet), on trouve le "bipolaire" en puissance non seulement "au naturel" mais aussi, depuis une vingtaine d'années, sous la forme d'IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) et, très récemment, sous celle de l'ESBT (Emitter Switched Bipolar Transistor).

Un composant hybride entre bipolaire et Fet

Contrairement à l'IGBT, dont la partie Fet est située à l'entrée, au niveau de la grille, l'ESBT met en oeuvre l'effet de champ au sein de l'émetteur, en sortie par conséquent, dans une configuration dite "cascode", bien connue des radioélectriciens pour ses bonnes performances dans les hautes fréquences.

Selon STMicroelectronics, promoteur de ce dispositif, « ce composant hybride associe les avantages des technologies bipolaires et Fet de façon à offrir une solution performante dans le domaine de la commutation de puissance : chauffage par induction, soudage, conversion d'énergie (alimentation sans coupure), correction du facteur de puissance (PFC)... »

En commutation de puissance, les transistors bipolaires classiques peinent à dépasser les 70 kHz et présentent l'inconvénient d'un courant de commande passablement élevé. Leur faible tension de saturation collecteur-émetteur, en revanche, limite les pertes de conduction. Pour les Mosfet, composants coûteux mais capables de fonctionner sans problème à plusieurs centaines de kiloherz, le constat est inverse.

Avec l'ESBT, qui réunit effectivement le meilleur des deux familles, le bipolaire a pour mission de supporter la tension, chose qu'il sait faire de façon plus économique qu'un Mosfet - c'est-à-dire avec une puce de plus petite taille -, ce dernier étant chargé de commuter très rapidement le courant. Au final, les pertes de conduction de l'ESBT se rapprochent de celles d'un bipolaire mais sa fréquence maximale de fonctionnement est plutôt celle d'un Mosfet.

Puissance et rapidité

Plus puissant ESBT disponible à ce jour, le STE50DE100, pourvu de quatre électrodes (collecteur, source, base - polarisée au moyen d'un courant constant - et enfin grille de commande de l'émetteur), admet une tension de 1 000 V et une intensité de collecteur de 50 A (150 A pendant 5 ms). Grâce à une résistance en mode saturé de l'ordre de 0,026 œ (au lieu de plusieurs ohms pour un Mosfet classique affichant cette tenue en tension), ses pertes ne dépassent guère celle d'un bipolaire alors qu'il est capable de commuter deux fois plus vite, à au moins 150 kHz. Quant à son gain en courant, il est compris entre 6 et 13 pour 30 A de courant de collecteur et 1 V de tension collecteur-source.

ET AUSSI...

STMicroelectronics propose également en boîtier TO247 à 4 broches : - STC03DE150 : 1 500 V, 3 A, 0,55 œ, 150 kHz - STC03DE170 : 1 700 V, 3 A, 0,55 œ, 150 kHz - STC08DE150 : 1 500 V, 8 A, 0,075 œ, 150 kHz

Le STE50DE100

de STMicroelectronics - Encapsulé dans un boîtier Isotop à vis - Supporte 1 000 V et 50 A en régime permanent - Résistance à l'état passant de l'ordre de 0,026 œ - Dissipation totale théorique (à 25 °C de température de boîtier) : 160 W - Fréquence de commutation : 150 kHz. Ce qu'il va changer > Avec des pertes de conduction moindres que celles d'un Mosfet et une puce plus petite, il va faire baisser le coût de la fonction "commutation de puissance" à haute vitesse.

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