Etude et conception de micro-disjoncteurs integres basees sur le mode d'integration fonctionnelle

par OLIVIER GUILLEMET

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Jean Jalade.

Soutenue en 1998

à Toulouse 3 .

mots clés

• Sciences appliquees
• Electronique
• Electrotechnique, electroenergetique
• Disjoncteur
• Circuit integre
• Electronique puissance
• Circuit protection
• Montage serie
• Interrupteur
• Haute tension
• Transistor mos
• Transistor bipolaire grille isolee
• Thyristor
• Integration fonctionnelle
• Microdisjoncteur
• Circuit breaker
• Integrated circuit
• Power electronics
• Protection circuit
• Series connection
• Load switch
• High voltage
• Mos transistor
• Insulated gate bipolar transistor
• Thyristor

Résumé

La fonction micro-disjoncteur est destinee a proteger un circuit et/ou un equipement des dangers lies a la presence de surintensites. Les dispositifs presentes dans ce memoire sont bases sur le concept d'integration fonctionnelle qui permet d'obtenir la fonction desiree par un agencement adapte des differentes couches semi-conductrices. Ils se demarquent des circuits dits smart power concus pour des applications de plus faible tension. Nous avons tout d'abord repertorie les composants susceptibles de jouer le role d'interrupteur de puissance haute tension que nous avons associes a des elements de limitation et de blocage afin d'obtenir la fonctionnalite desiree. L'utilisation d'un transistor mos canal p preforme a substrat flottant en serie avec le composant haute tension pour bloquer le dispositif est tout a fait interessante car sa commande est compatible avec la polarite de la tension aux bornes du micro-disjoncteur. Ce composant a fait l'objet d'une etude detaillee afin d'obtenir un modele analytique. La comparaison des structures les mieux adaptees a l'integration a permis d'en retenir deux particulierement interessantes : une, developpee autour d'un igbt, admettant une faible densite de courant mais n'ayant aucun courant de fuite et une, utilisant un thyristor, admettant des densites de courant beaucoup plus elevees mais avec un courant de fuite. L'etude detaillee de la structure igbt a permis d'optimiser les parametres electriques et geometriques afin d'obtenir le courant de disjonction maximal. Les premiers resultats experimentaux ont permis de valider la fonctionnalite de cette derniere structure.

Titre traduit

Design of integrated circuit-breakers based on functional integration mode

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