Utilisation en continue, MOSFET ou IGBT ?

[Crashaan]

Bonjour à tous,

Je me pose une question sur les IGBT/MOSFET et je souhaiterais avoir un avis d'expérience.

Imaginons que je souhaite réaliser un montage de commande d'une alimentation continue (réaliser le ON/OFF) avec des transistors.

SI je veux faire passer un fort courant de 100A, pour une tension de 24V, j'ai le choix entre les IGBT et les MOSFET, je rappel que je suis en continue, je néglige rapidement les pertes par commutation.

Pmos = ID² x RDSon donc si je prend un MOSFET de puissance avec un RDSon de 1mOhm (<= bon MOSFET), il dissipera 10W.
PIGBT = IC x Vce donc pour un gros IGBT, Vce vaut environs 1.2V, il dissipera 120W.

Pour moi, le MOSFET serai le mieux adapté et pour des tensions supérieurs, j'ai vue qu'il existait des MOSFETs avec un VDS pouvant atteindre 600V (le RDSon est un plus élevé cependant).
J'ai aussi vue des MOSFET caractérisé avec un ID max à 300A (a 25°C), un VGS de 40V et un RDSon inférieur à 1mOhm

Pour une application en continue, en quoi utilisé un IGBT est plus intéressant qu'un MOSFET ? quel est l'avantage de l'IGBT ?

Merci d'avance pour vos réponse =)
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[jls28]

A ma connaissanse, les IGBT sont plus adaptés pour fonctionner en haute-tension (et forte puissance).

Je ne suis même pas sur qu'il existe des modèles basse tension (< 400V).

[Antoane]

Bonjour,

D'une manière générale, au-dessus de 600 V on utilisera un IGBT, en dessous de 400 V on utilisera un MOSFET. C'est du au fait que les pertes par conduction d'un MOSFET croient bien plus rapidement avec la tension que pour un IGBT.
On peut affiner les seuils en fonction de la fréquence de commutaion (IGBT < 10 à 50 kHz, MOSFET au-dessus) et du courant (IGBT ! d'une dizaine d'ampère), mais cela donne une première idée.

Pour 24 V, la question ne se pose pas : on utilisera pas un IGBT.
S'il ne faut pas commuter souvent, un relais/contacteur peut aussi être un bon choix.

Il est également parfois possible de se passer de commutateur fort courant, par exemple en intervenant sur le "primaire" de l'alimentation, ou en intervenant sur son circuit de contrôl.

[Crashaan]

Bonjour,

D'accord donc si je résume :

Fréquence de commutation > 50Khz et tension < 400V = MOSFET.
Fréquence de commutation < 50Khz et Tension > 400V = IGBT.

IBGT meilleur en tension car plus grande isolation entre le collecteur et l'émetteur qu'un MOS. Si un MOS propose la même isolation, le RDSon augmente énormément ? à cause du dimensionnement du canal drain-source qui est plus long ?

Y a t'il une règle particulière quand seulement le courant est un paramètre ?

si rapidement, je prend un VCE d'IGBT de 1.2V et un RDSon de MOS de 1mOhm. ils dissiperont la même puissance lorsque le courant vaudra 1200A. Si le courant devient supérieur à 1200A, le MOS montera plus vite en puissance qu'un IGBT. Est-ce exact ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

D'accord donc si je résume :

Fréquence de commutation > 50Khz et tension < 400V = MOSFET.
Fréquence de commutation < 50Khz et Tension > 400V = IGBT.

L'IBGT meilleur en tension car c'est un composant bipolaire : les électrons et les trous contribuent au passage du courant. En gros, la tenue en tension et la résistance sont fonction de la densité de charges dans le cristal. Faible densité => haute tension et haute résistance. Cette loi s'applique pleinement avec les MOSFET, mais avec un IGBT, on est capable d'injecter des charges supplémentaires pendant la phase de conduction. Ces charges permettent de diminuer la résistance, mais comme elles ne sont injectées que lorsque le courant circule, elle ne sont pas présentent pendant le blocage, et le composant peut tenir une forte tension. L'inconvéniant est que cela ajoute une tension de seuil (il y a une jonction à traverser) : méme pour un faible courant, il faut perdre ~ 1 V de Vce.
Expliqué avec les mains, c'est ce qui montre pourquoi les composant unipolaires (Schottky, MOSFET, etc.) sont utilisés en BT alors que les technologies bipolaires (diodes PiN, PN, IGBT, thyristor, etc.) sont utilisés en HT.
Entre les deux, il y a aussi le MOSFET Super-jonction...

Y a t'il une règle particulière quand seulement le courant est un paramètre ?

Le courant n`intervient pas vraiment directement : il est limité par les contraintes thermiques, qui découle des pertes (et du refroidissement), i.e. de la résistance électrique qui est ~proportionnel à la surface de la puce. Pour augmenter le courant, il suffit de prendre une puce de plus grande surface, ou de mettre plusieurs puces en parallèle.
C'est pourquoi on parle, quand on veux comparer des technologies, de résistance spécifique et non de résistance : on ne regarde pas la Rdson du MOSFET mais le produit de sa Rdson par la surface de la puce. Ainsi, deux composants de la même série, auront la même résistance spécifique. Ainsi, si le composant #1 a une surface a et une résistance R, alors si le composant #2 a une surface 2a, alors il aura une résistance R/2. Les des composants auront donc la même résistance spécifique a*R.

Les limites physiques théoriques sont visibles sur ce genre de graohique :

où les lignes montrent les limites théoriques de ce qui peut être fabriqué tandis que les points montrent les composants effectivement disponibles (ou plutôt disponibles lors de la création de la figure, en 2017).
La droite noire montre la limite physique pour les MOSFET silicium, la ligne Nakagawa montre la limite pour les IGBT silicium.
Source : https://www.semanticscholar.org/pape...5423dacc61ed37


Tout cela est expliqué rapidement avec des simplifications, mais l'idée est bonne

si rapidement, je prend un VCE d'IGBT de 1.2V et un RDSon de MOS de 1mOhm. ils dissiperont la même puissance lorsque le courant vaudra 1200A. Si le courant devient supérieur à 1200A, le MOS montera plus vite en puissance qu'un IGBT. Est-ce exact ?

Les valeurs sont peu réalistes, mais le principe est bon

[fdamien12]

Bonjour à tous,

Je me pose une question sur les IGBT/MOSFET et je souhaiterais avoir un avis d'expérience.

Imaginons que je souhaite réaliser un montage de commande d'une alimentation continue (réaliser le ON/OFF) avec des transistors.

SI je veux faire passer un fort courant de 100A, pour une tension de 24V, j'ai le choix entre les IGBT et les MOSFET, je rappel que je suis en continue, je néglige rapidement les pertes par commutation.

Pmos = ID² x RDSon donc si je prend un MOSFET de puissance avec un RDSon de 1mOhm (<= bon MOSFET), il dissipera 10W.
PIGBT = IC x Vce donc pour un gros IGBT, Vce vaut environs 1.2V, il dissipera 120W.

Pour moi, le MOSFET serai le mieux adapté et pour des tensions supérieurs, j'ai vue qu'il existait des MOSFETs avec un VDS pouvant atteindre 600V (le RDSon est un plus élevé cependant).
J'ai aussi vue des MOSFET caractérisé avec un ID max à 300A (a 25°C), un VGS de 40V et un RDSon inférieur à 1mOhm

Pour une application en continue, en quoi utilisé un IGBT est plus intéressant qu'un MOSFET ? quel est l'avantage de l'IGBT ?

Merci d'avance pour vos réponse =)

Bonjour,
Pour commuter un tel courant, on mettrait probablement plusieurs MOSFET en parallèle : le RDSon équivalent sera divisé par le nombre de composants (si on néglige les pertes des connexions).
On a le droit de faire ça car le MOSFET n'est pas soumis à l'emballement thermique (son RDSon augmente avec la température).

[Antoane]

Attention à l'équilibrage dynamique cependant : cela peut poser problème si les pertes par commutation sont non-négligeables comparativement aux pertes par conduction.