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Chapitre 1 : Les composants de forte puissance pour la traction électrique. Notions de fiabilité et durée de vie
• Fonctionnement à fréquences élevées: Pour des applications à faibles et moyennes
puissances, jusqu'à 750V continu, l'IGBT autorise des fréquences supérieures à celles
atteintes par les GTO (environ 5kHz contre 1kHz pour le GTO).
• Facilité de mise en parallèle: Grâce à son coefficient de température positive la tension
augmente avec la température pour les forts courants. Ce phénomène agissant sur le
courant facilite la mise en parallèle de puces IGBT et de modules.
• Grande robustesse au court-circuit: L'IGBT est capable de gérer des courants de courtcircuit.
Ainsi en cas de court-circuit la commande peut réagir afin d'éviter la destruction du
composant. Il est à noter que la structure symétrique présente une plus grande résistance au
court-circuit [KLA-95].
• Grande intégration de puissance: Les boîtiers des modules IGBT intègrent, en plus des
transistors IGBT, les diodes en antiparallèle. Dans les applications à plus faibles
puissances, l'intégration peut être poussée jusqu'au niveau du bras d'onduleur ou de
l'onduleur entier [HIL-97].
• Facilité de montage: Les modules IGBT sont livrés dans des boîtiers moulés isolés qui se
montent directement sur des refroidisseurs à air ou à eau. Leur montage mécanique se fait
par simple vissage. L'utilisation de modules IGBT permet de s'affranchir du serrage
mécanique de plusieurs tonnes qui doit être appliqué aux boîtiers press-pack, ainsi que de
l'isolement galvanique qui doit être assuré par l'assemblage mécanique de serrage dans le
cas des GTO.
2.3.2 Ses inconvénients
Malgré un tableau élogieux sur l'IGBT, il est toutefois important de noter que le
principal inconvénient de ce composant est sa faible fréquence de commutation comparée à
celle des transistors MOSFET, pour des tensions inférieures à 600V. Ce manque de rapidité
résulte du phénomène de traînée en courant qui survient lors de la phase d'ouverture du
composant. Cette phase est régie par le temps de recombinaison des porteurs minoritaires
dans la région de conduction de la partie bipolaire. Néanmoins on peut noter que la structure
asymétrique permet une utilisation de l'IGBT à des fréquences de commutation plus élevées
que la structure symétrique, justement grâce à sa faible traîné en courant.
2.4 Leurs applications
Les IGBT que l'on rencontre dans l'industrie et plus particulièrement dans le domaine de
la traction se présentent, principalement, sous la forme de module de puissance, pour des
raisons que nous venons de répertorier. Il apparaît clairement que ces composants peuvent
être utilisés dans de nombreuses applications industrielles où la demande de puissance peut
être plus ou moins importante. Cependant, dans le cadre de ce travail de recherche porté sur la
traction électrique, nous nous limiterons à deux domaines d'applications de forte et moyenne
puissance: le domaine ferroviaire et le domaine automobile, avec toutefois, une orientation
nettement marquée pour l'automobile.
2.4.1 Le ferroviaire
Comme nous avons pu le constater dans le paragraphe 1 dédié à l'historique des
composants de l'électronique de puissance destinés à la traction électrique, le principal
domaine dans lequel nous retrouvons ces composants est, pour le moment, celui du
ferroviaire. En effet, il apparaît comme une application possédant un fort potentiel industriel
et économique au niveau traction électrique et il n'est pas étonnant de constater aujourd'hui
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