Interrupteurs de puissance
Diode
Mode de commutation
- Commutation naturelle : conduction si \(V_{AK} > 0\) et \(I > 0\)
- Blocage automatique : quand le courant s'annule
Avantages
- Simplicité (pas de commande)
- Robustesse
- Coût faible
- Chute de tension faible (0,7V à 1,5V)
Gamme de puissance
- Tension : 50V à 10kV
- Courant : 1A à 5kA
- Applications : redressement, roue libre, protection
Thyristor (SCR)
Mode de commutation
- Amorçage : impulsion positive sur la gâchette
- Blocage : commutation naturelle (courant s'annule)
- Non commandable à l'ouverture
Avantages
- Très haute puissance
- Chute de tension faible (1V à 2V)
- Robustesse thermique
- Coût modéré
Gamme de puissance
- Tension : 400V à 12kV
- Courant : 10A à 6kA
- Fréquence : DC à 1kHz
- Applications : variateurs AC, redresseurs haute puissance
TRIAC
Mode de commutation
- Amorçage : impulsion sur la gâchette (bidirectionnel)
- Blocage : commutation naturelle
- Conduction bidirectionnelle
Avantages
- Contrôle bidirectionnel
- Simplicité de commande
- Coût faible
- Intégration facile
Gamme de puissance
- Tension : 100V à 1kV
- Courant : 1A à 100A
- Fréquence : 50/60Hz (gradateurs)
- Applications : gradateurs, variateurs de vitesse AC
GTO (Gate Turn-Off)
Mode de commutation
- Amorçage : impulsion positive sur la gâchette
- Blocage : impulsion négative sur la gâchette
- Commandable à l'ouverture et fermeture
Avantages
- Commandable à l'ouverture
- Haute puissance
- Fréquence plus élevée que thyristor
- Pas de circuit d'aide à la commutation
Gamme de puissance
- Tension : 1kV à 6kV
- Courant : 100A à 4kA
- Fréquence : DC à 5kHz
- Applications : onduleurs haute puissance, traction
MOSFET
Mode de commutation
- Commande en tension : \(V_{GS} > V_{th}\) pour conduire
- Commutation rapide : quelques nanosecondes
- Résistance à l'état passant : \(R_{DS(on)}\)
Avantages
- Commutation très rapide
- Commande simple (tension)
- Pas de courant de maintien
- Fonctionnement en parallèle facile
- Auto-équilibrage thermique
Gamme de puissance
- Tension : 20V à 1,7kV
- Courant : 1A à 200A
- Fréquence : DC à 1MHz
- Applications : alimentations à découpage, convertisseurs basse tension
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
Mode de commutation
- Commande en tension : \(V_{GE} > V_{th}\) pour conduire
- Hybride : entrée MOSFET + sortie bipolaire
- Commutation rapide : quelques microsecondes
Avantages
- Commande simple (comme MOSFET)
- Chute de tension faible (comme bipolaire)
- Haute puissance
- Bon compromis vitesse/puissance
Gamme de puissance
- Tension : 600V à 6,5kV
- Courant : 10A à 3,6kA
- Fréquence : DC à 100kHz
- Applications : onduleurs, variateurs de vitesse, traction
SiC MOSFET (Carbure de Silicium)
Mode de commutation
- Commande en tension : similaire au MOSFET Si
- Commutation ultra-rapide
- Haute température de fonctionnement
Avantages
- Très faible résistance \(R_{DS(on)}\)
- Commutation ultra-rapide
- Haute température (200°C)
- Pertes réduites
- Taille compacte
Gamme de puissance
- Tension : 650V à 3,3kV
- Courant : 10A à 100A
- Fréquence : DC à 1MHz
- Applications : véhicules électriques, énergies renouvelables
GaN HEMT (Nitrure de Gallium)
Mode de commutation
- Commande en tension
- Commutation ultra-rapide : sub-nanoseconde
- Normally-off ou normally-on
Avantages
- Commutation la plus rapide
- Très faible résistance
- Haute fréquence
- Taille très compacte
- Pertes minimales
Gamme de puissance
- Tension : 100V à 1,2kV
- Courant : 1A à 100A
- Fréquence : DC à 10MHz
- Applications : chargeurs rapides, RF, alimentations haute fréquence
Tableau comparatif
| Composant | Tension max | Courant max | Fréquence max | Commande | Applications principales |
|---|---|---|---|---|---|
| Diode | 10kV | 5kA | - | Aucune | Redressement |
| Thyristor | 12kV | 6kA | 1kHz | Gâchette | Haute puissance AC |
| TRIAC | 1kV | 100A | 60Hz | Gâchette | Gradateurs |
| GTO | 6kV | 4kA | 5kHz | Gâchette ±I | Traction |
| MOSFET | 1,7kV | 200A | 1MHz | Tension | Basse tension HF |
| IGBT | 6,5kV | 3,6kA | 100kHz | Tension | Moyenne/haute puissance |
| SiC MOSFET | 3,3kV | 100A | 1MHz | Tension | Véhicules électriques |
| GaN HEMT | 1,2kV | 100A | 10MHz | Tension | Haute fréquence |
Critères de choix
Tension et courant
- Basse tension (<100V) : MOSFET, GaN
- Moyenne tension (100V-1kV) : IGBT, SiC MOSFET
- Haute tension (>1kV) : Thyristor, GTO, IGBT HV
Fréquence de commutation
- Basse fréquence (<1kHz) : Thyristor, TRIAC
- Moyenne fréquence (1-100kHz) : IGBT, MOSFET
- Haute fréquence (>100kHz) : SiC, GaN
Type d'application
- Redressement : Diode, Thyristor
- Onduleurs : IGBT, MOSFET, SiC
- Alimentations : MOSFET, GaN, SiC
- Traction : IGBT, SiC MOSFET