Qu'est-ce qu'un transistor bipolaire à porte isolée?
À son niveau le plus simple, un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) est un commutateur utilisé pour permettre le flux de puissance lorsqu'il est allumé et pour arrêter le flux de puissance lorsqu'il est éteint. Un IGBT est un périphérique à l'état solide, ce qui signifie qu'il ne contient aucune pièce mobile. Au lieu d'ouvrir et de fermer une connexion physique, il est activé en appliquant une tension à un composant semi-conducteur, appelé base, qui modifie ses propriétés pour créer ou bloquer un chemin électrique.
L'avantage le plus évident de cette technologie est qu'il n'y a pas de pièces mobiles à l'usure. La technologie à l'état solide n'est pas parfaite, cependant. Il subsiste des problèmes de résistance électrique, de consommation électrique et même de temps nécessaire au fonctionnement du commutateur.
Un transistor bipolaire à grille isolée est un type amélioré de transistor conçu pour minimiser certains des inconvénients d'un transistor à l'état solide classique. Lors de la mise sous tension, il offre la faible résistance et la vitesse rapide rencontrées dans un transistor à effet de champ métal-oxyde-semi-conducteur (MOSFET), bien qu’il soit légèrement plus lent à s’éteindre. Il n’exige pas non plus de source de tension constante comme les autres types de transistors.
Lorsqu'un IGBT est activé, une tension est appliquée à la porte. Ceci forme le canal pour le courant électrique. Le courant de base est ensuite fourni et circule dans le canal. Ceci est essentiellement identique au fonctionnement d’un MOSFET. La seule exception à cette règle est que la construction du transistor bipolaire à grille isolée affecte le mode de désactivation du circuit.
Un transistor bipolaire à grille isolée a un substrat, ou matériau de base, différent de celui d'un MOSFET. Le substrat fournit le chemin à la terre électrique. Un MOSFET a un substrat N +, tandis qu'un substrat IGBT est P + avec un tampon N + sur le dessus.
Cette conception affecte le mode de désactivation du commutateur dans un IGBT, en lui permettant de se dérouler en deux étapes. Premièrement, le courant baisse très rapidement. Deuxièmement, il se produit un effet appelé recombinaison au cours duquel le tampon N + situé au-dessus du substrat élimine la charge électrique stockée. Avec le commutateur éteint en deux étapes, cela prend un peu plus longtemps qu'avec un MOSFET.
Leurs propriétés permettent de fabriquer des IGBT plus petits que les MOSFET conventionnels. Un transistor bipolaire standard nécessite un peu plus de surface de semi-conducteur que l’IGBT; un MOSFET nécessite plus du double. Cela réduit considérablement les coûts de production des IGBT et permet d’intégrer davantage d’entre eux dans une seule puce. La puissance requise pour le fonctionnement d’un transistor bipolaire à grille isolée est également inférieure à celle d’autres applications.