Integration De L Alimentation De La Commande Rapprochee D Un Interrupteur De Puissance A Potentiel Flottant

Intégration de l'alimentation de la commande rapprochée d'un interrupteur de puissance à potentiel flottant

Les structures de conversion d'énergie trouvent de plus en plus leur place dans des produits grand publique. Ce marché étant fortement concurrentiel, les efforts des industriels sont concentrés sur la réduction de leurs coûts et l'augmentation de leur fiabilité. Un moyen pour répondre à ces contraintes est l'intégration des structures de conversion d'énergie. Ce mémoire de thèse traite le sujet de l'intégration monolithique des fonctionnalités autour des interrupteurs semi-conducteurs de puissance. L'étude est plus particulièrement portée sur l'intégration de l'alimentation de la commande rapprochée. Deux solutions techniques, distinctes et complémentaires, toutes les deux intégrables, ont été développées. Des méthodes de dimensionnement et de conception sont présentées, tenant compte des conditions et des contraintes technologiques propres aux composants de puissance à structure verticale. La première solution contenant deux composants MOSFETs a été étudiée sur la base de simulations et de réalisations expérimentales. Cette solution a été testée avec des composants discrets et avec les composants réalisés. La seconde solution contient un MOSFET et un JFET. Cette dernière a été présentée et étudiée quasi exclusivement à base de travaux de simulations. Plusieurs "familles" de prototypes ont été conçues, dimensionnées et réalisées avec pour objectif de valider le concept, la démarche de conception, les principes de fonctionnement et "l'intégrabilité" d'une fonction d'auto-alimentation.

Alimentation de circuit de commande rapprochée « Gate-drive » pour nouveaux convertisseurs de puissance haute tension

Le transport d'énergie par des lignes HVDC constitue le principal réseau de transmission d'énergie électrique du futur. Les convertisseurs de puissance (par exemple de type MMC) qui constitueront ce réseau devront être capables de gérer des tensions de l'ordre de centaines de kilovolts ce qui rend critique l'alimentation des dispositifs de contrôle (gate-drive) de ces convertisseurs. Il est nécessaire de concevoir des solutions qui garantissent l'alimentation de ces gate-drives avec une isolation.Pour ce faire, un circuit basé sur le principe du flyback et utilisant un JFET normalement passant a été développé. Il est placé en parallèle d'un condensateur typiquement connecté aux bornes d'un bras d'onduleur. Il permet d'alimenter le dispositif de puissance dès qu'une faible tension est appliquée à son entrée. Cette fonction est assurée grâce au caractère normalement passant du JFET. Pour le prototype développé, la tension du bras est de 2 kV. La tension de sortie est régulée à 24 V. De nos jours, des JFET normalement passants avec une tenue en tension supérieure à 2 kV n'existent pas sur le marché. Donc, pour supporter les tensions mises en jeu dans le circuit, une mise en série de JFET SiC normalement passants commandés par un MOSFET Si a été réalisée (montage « super-cascode »). Le circuit développé est capable de fournir 20 W pour alimenter des gate-drives à des potentiels flottants. Le rendement obtenu est proche de 60 %. Aussi, le problème d'isolation est résolu par cette solution d'auto-alimentation.

Commande des Semi-Conducteurs de Puissance: Contextes