Caractérisation électrique en commutation de diodes haute tension en carbure de silicium

par Damien Risaletto

Thèse de doctorat en Electronique. Dispositifs de l'Electronique Intégrée

Sous la direction de Hervé Morel et de Christophe Raynaud.

Soutenue en 2007

à Lyon, INSA .

mots clés

• Électronique de puissance
• Composants électroniques
• Diodes PIN
• Transistors MOSFET
• Convertisseurs électriques

Résumé

Les systèmes intégrés de puissance sont de plus en plus utilisés. Cette technologie rend coûteux le prototypage itératif, c'est pourquoi il est nécessaire de recourir à la simulation des convertisseurs. Pour cela il est nécessaire de modéliser les composants du système. Dans le cadre du GdR "Intégration des systèmes de Puissance à 3 Dimensions", le laboratoire AMPERE a réalisé des diodes PIN en SiC de calibre 4,8kV. La caractérisation statique et en commutation de ces diodes permet de connaître leurs performances et extraire les paramètres technologiques utilisés dans leur modèle : WB, ND, τ et A. La caractérisation électrique utilise des circuits de commutation adaptés aux performances exceptionnelles des diodes SiC (haute tension, rapide). Le dimensionnement et la modélisation des cicruits, ainsi que l'extraction des paramètres sont développés dans la thèse. La validation des paramètres est effectuée dans un circuit original, un circuit de commutation résistive, spécialement développé pour ce type de diodes. Les mesures et les simulations sont suffisamment proches pour valider la procédure de caractérisation et le modèle de la diode. Avec l'obtention du modèle de la diode SiC, il devient possible de simuler son fonctionnement dans un convertisseur.

Résumé

The integrated power systems are more and more used. These technology prototypes are very expensive; this is why converter simulation is necessary. So it’s necessary to model all the components of the system. For the research group “ISP3D”, the laboratory AMPERE has realized 4,8 kV silicon carbide diodes. The static and switching characterization of these diodes provide their performances and enable to extract the technological parameters used by their model : WB, ND, τ and A. The SiC diodes are characterized using a new switching circuit specifically designed for the exceptional performances of these devices. The design and modeling of the circuits, thus the extraction parameters are presented in the thesis. The parameters validation is realized in a resistive switching circuit, specifically developed for this type of diodes in this thesis. The experiments and simulations are in a sufficiently good agreement to validate the characterization process and the diode model. Once the SiC diode model obtained, it becomes possible to simulate the operation of a converter including SiC devices.