Chapite 4 Validation du modèle de diode Les paamètes de la diode extaits à pati des cicuits DMTVCA et OCVD doivent ête validés dans un cicuit de type hacheu, afin de se appoche des conditions de fonctionnement éel du composant. Nous compaons les fomes d ondes mesuées et simulées de la diode au blocage dans la cellule de commutation, pou valide la méthode d extaction et le modèle complet de la diode. 4.1 La cellule de commutation inductive Dans le cicuit hacheu de la figue 4.1, le couant qui tavese la diode juste avant l ouvetue, est fixé pa l inductance L. Le couant dans cette inductance va dépende du appot cyclique, de la tension V E et de la ésistance. Nous ne pouvons donc pas choisi indépendamment le couant diect qui tavese la diode à l état passant et la tension invese appliquée à la diode à l état bloqué. L D M L V E C D V S Figue 4.1 : Hacheu dévolteu. Le Pofesseu H.Foch [FOCH-89] a monté que tous les convetisseus statiques peuvent ête epésentés, duant la phase de commutation, pa une cellule de commutation (Figue 4.2). La commutation dans ces convetisseus, coespond au changement d état de deux inteupteus. Les tavaux de thèse de K.Ammous [AMMO-00] ont pemis de démonte l exactitude de cette affimation dans le cas des convetisseus DC-DC. Les fomes d ondes à l ouvetue et à la femetue de la diode sont igoueusement identiques dans les cicuits des figues 4.1 et 4.2 si I F désigne le couant dans l inductance L avant la commutation et V =V E. THESE - Damien isaletto - 87 -
L D D V M I F Figue 4.2 : Cellule de commutation MOSFET-diode. La modélisation fine des semiconducteus et de la connectique end illusoie de vouloi simule la globalité du fonctionnement d un convetisseu avec la même finesse que celle exigée duant les commutations. Il est donc nécessaie de ne faie inteveni ces modèles qu à l échelle de temps d une commutation. Ainsi l utilisation de la cellule de commutation pemet de ne modélise que la connectique «active» duant cette étape de simulation «fine», et de ne pas suchage le simulateu avec des composants inutiles. L intéêt supplémentaie d utilise la cellule de commutation pou l étude de la diode en commutation, est de pouvoi fixe le couant à taves la diode à l état passant I F, indépendamment de la tension à l état bloqué V. Ceci n est pas possible dans le cas d un cicuit hacheu (Figue 4.1) pou un faible appot cyclique ca le mode de fonctionnement devient discontinu, et donc le couant dans l inductance passe pa zéo. Nous avons choisi le cicuit de la figue 4.3 qui utilise deux souces ce qui pemet de fixe indépendamment I F et V. L D D L C V M IGBT I F Figue 4.3 : Cellule de commutation inductive MOSFET-diode. Cicuit expéimental. Le cicuit de caactéisation des diodes de puissance en commutation (Figue 4.3) est tès poche d une cellule de commutation. L inteupteu IGBT conduit la majoité du temps, ce qui pemet de limite l autoéchauffement de la diode et du MOSFET, et ainsi THESE - Damien isaletto - 88 -
ne pas modifie leus caactéistiques. Le fonctionnement du montage est décit pa les chonogammes de la figue 4.4. V commande IGBT 15V V commande 40µs MOS 15V I DIODE 76µs I F t t t τ D = 15µs T S = 30ms Figue 4.4 : Chonogammes de fonctionnement de la cellule de commutation inductive. Pa ailleus il est nécessaie d ajoute une inductance en séie avec la souce de couant. Cette inductance de lissage a pou effet de stabilise le couant délivé pa la souce [LIN-94]. Pou stabilise la tension nous avons ajouté dans le cicuit expéimental une capacité polypopylène et une capacité céamique en paallèle au généateu de tension. Le condensateu céamique de gande bande passante est utilisé pou mainteni la tension suffisamment constante pendant la commutation. De plus c est lui qui founit le couant pendant ces mêmes phases de fonctionnement. Le condensateu polypopylène possède une valeu plus impotante à plus basse féquence, ce qui pemet de stabilise la tension pendant la coute duée de conduction de la diode. La souce de tension n est pas évesible, c est pouquoi une ésistance a été ajoutée en paallèle au généateu de tension. Cette ésistance dissipe l énegie envoyée dans la souce losque la diode est à l état passant, ce qui pemet la bonne égulation de la souce de tension. La valeu de cette ésistance est déteminée de la façon suivante. Le appot cyclique est : THESE - Damien isaletto - 89 -
τ D δ = (4.1) T S Avec τ D = 15µs et T S = 30ms. La souce subit un couant moyen de δ IF I supéieu à δ IF de tension V. Soit V δ I. Il faut donc une ésistance avec un couant, pou empêche qu un couant négatif moyen cicule dans la souce V >, c'est-à-die : F δ I < (4.2) F Avec note valeu de appot cyclique ésistance doit ête inféieue à 60kΩ. δ 6 = 500 10, I F = 10A et V = 300V, la Cette ésistance doit aussi ête dimensionnée en teme de puissance, et ête capable de suppote la tension V. Sa puissance admissible ne doit pas ête dépassée pou ne pas modifie la valeu de la ésistance. Un système de commande spécifique pou les deux tansistos MOSFET et IGBT a été conçu. Il est constitué d un généateu d impulsions à sotie optique, elié pa fibes optiques aux cicuits de commande appochée (Figue 4.5). Ce système pemet de éduie considéablement les petubations des signaux de commande, ainsi que leu décalage tempoel. Les modules de commandes sont isolés gâce à un convetisseu DC- DC intégé. THESE - Damien isaletto - 90 -
+Vcc CI inveseu Généateu d impulsions (ASIC) Fibe optique Inteupteu commandés masse Figue 4.5 : Cicuit de commande appochée. Le tansisto MOSFET (IF740) est utilisé pou povoque les commutations de la diode. Ainsi il est impéatif qu il soit bien plus apide que la diode, afin de ne pas masque les commutations de celle-ci. Les fomes d onde du couant et de tension d une diode en commutation dans la cellule inductive sont epésentées à la figue 4.6. Elles montent les sutensions obtenues au blocage de la diode de puissance ainsi que le phénomène de ecouvement invese su le couant los du blocage. THESE - Damien isaletto - 91 -
I F i D [A] t di F / dt di / dt v1 I M v AK [V] dv F / dt t VM V dv / dt V M t 0 t 1 t 2 t 3 t [ns] Figue 4.6 : Caactéistiques tansitoies mesuées à l ouvetue de la diode bipolaie en silicium BYT12P600 dans le cellule de commutation inductive. (I F = 2A, V = 100V, T = 300K) A pati des elevés de fomes d ondes de couant et de tension (Figue 4.6), sont extaits des valeus caactéistiques de la diode au blocage (Tableau 4.1). V M, I M et t sont utilisés dans le citèe d eeu de la méthode d optimisation des paamètes technologiques echechés. THESE - Damien isaletto - 92 -
Symbole Unité Signification I M A couant invese maximal V M V tension invese maximale t s temps de ecouvement invese t VM s duée ente le temps de passage au zéo de couant et le passage à la tension invese maximale dv F /dt V/s pente de la tension invese au moment du passage à I M di /dt A/s pente du couant de ecouvement au moment du passage à V M V M1 V pemièe cête de tension invese apès le passage à V M t VM1 s duée ente le passage de V M et le passage à V M1 di F /dt A/s pente de la décoissance du couant diect I F A couant diect à l état passant V V tension invese appliquée Tableau 4.1 : Paamètes tansitoies caactéisant la phase de la commutation à l ouvetue de la diode PIN. L inductance L D (Figue 4.3) epésente l inductance de la maille constituée pa la capacité, la diode et le MOSFET. Sa valeu détemine la pente de décoissance du couant de diode los de son blocage. La vitesse de décoissance du couant est égie pa l équation de maille : di dt F V v + v L D DS = (4.3) D I F : couant de diode dans le sens diect, V D : tension aux bones de la diode, V DS : tension aux bones du MOSFET. Si le MOSFET commute apidement, la tension à ses bones peut ête négligée devant V. Jusqu'à l instant t 1 la tension aux bones de la diode este légèement positive et ce, à cause de la pésence de la zone de plasma dans la égion centale de la diode [GA- 03]. Ce phénomène pedue tant que la concentation en poteus minoitaies, au voisinage de la jonction PN, est supéieue à la concentation N D dans la zone centale. Aucune zone de chage d espace ne peut se développe [GHED-98]. La tension aux bones de la diode este à peu pès constante, ce qui pemet de néglige la valeu de V D pa appot à V. di dt F V L = (4.4) D THESE - Damien isaletto - 93 -
Le couant de ecouvement qui appaaît à l instant t1 (Figue 4.6), évacue la chage stockée dans la zone de plasma qui s étend essentiellement dans la zone faiblement dopée (couche N - ). A l instant t 2 le couant de ecouvement passe pa un maximum I M. La sutension aux bones de la diode pend naissance dans l inductance L D et s ajoute à la tension V. di vd v LD dt = + (4.5) La tension invese atteint sa valeu maximale V M à l instant t 3. Dans cette phase, le compotement de la diode est donc déteminé pa l inteaction ente la zone centale, la ZCE, et le cicuit extene. Duant le ecouvement, la diode se compote comme une capacité non linéaie en séie avec l inductance et les ésistances du cicuit. Ceci entaîne souvent une éponse oscillatoie amotie du système avec une décoissance apide du couant [GAMA-92]. La diode à caactéise est fixée dans un suppot (Figue 4.7) qui pemet de éduie au minimum la valeu de l inductance due aux pattes du composant, ca ce système assue le contact au as du boîtie de la diode. Cette inductance s ajoute à celle du boîtie epésenté figue 4.8, entaînant une chute de tension v1 (Figue 4.6) los de la commutation. THESE - Damien isaletto - 94 -
1 2 3 4 5 1 : shunt de mesue du couant de diode 2 : diode sous test 3 : condensateu de filtage 4 : MOSFET 5 : IGBT avec son adiateu et sa cate de commande Figue 4.7 : Cellule de commutation inductive avec le suppot de la diode. Figue 4.8 : Boîtie de la diode PIN. L b1, L b2 : inductance des fils de bonding. Deux longueus L 1 =100mm et L 2 =60mm sont disponibles pou le suppot de la diode. La vaiation de longueu du suppot pemet de faie vaie la valeu de l inductance L D. Toutes les mesues ont été effectuées en utilisant le suppot de longueu L 1. THESE - Damien isaletto - 95 -
En conclusion la cellule de commutation inductive est un excellent cicuit pou caactéise la commutation de la diode PIN. Pa exemple d excellents accods ente la simulation et l expéience ont été obtenus dans les tavaux de H.Gaab [GA-05]. Nous allons voi maintenant comment adapte ce banc à la mesue de diodes PIN SiC haute tension. 4.1.1 Inductance de lissage Le montage expéimental de la cellule de commutation MOSFET-diode compote deux inductances en séie avec la souce de couant, afin de mainteni le couant I F suffisamment constant dans une lage gamme de féquence (10kHz-100MHz). L une est une inductance à ai qui possède une bande passante élevée, et l aute est une inductance avec un cicuit magnétique qui possède une gande valeu à plus basse féquence. La phase de blocage de la diode est la plus intéessante, ca la plus iche en infomation. Mais elle est aussi la plus contaignante, en teme de dimensionnement d inductance. Ca le temps de commutation tès cout de la diode impose une gande bande passante, et la fote tension demande une valeu d inductance élevée. L équation d état de l inductance (Equation 4.6) pemet de déduie la valeu de l inductance minimale pou satisfaie les conditions les plus difficiles, c'est-à-die losque la tension (V) est maximale avec la valeu minimale d ondulation du couant (di/dt). di L dt = V (4.6) Dans la patique la valeu minimale de di/dt est la plus gande valeu acceptable de l ondulation du couant pou que la qualité de la mesue este satisfaisante. Nous définissons donc le taux d ondulation toléé I/I pendant la duée de commutation sw t D, le di/dt minimal est donc : di I I (4.7) dt I t min F sw D L expession de la valeu minimale de l inductance est déduite de l équation (4.6). THESE - Damien isaletto - 96 -
L> V max t I I I sw D min F (4.8) La bande passante nécessaie à l inductance pou lisse le couant est diectement liée au temps de commutation de la diode. Dans la patique F devant ête supéieu à 100MHz. F 1 >> (4.9) sw t D La bande passante d une inductance est déteminée pa le poduit LC de son modèle électique équivalent (Figue 3.2) tel qu il appaaît dans sa fomulation ci dessous. F 1 = (4.10) 2π LC Ainsi l augmentation de la valeu de L doit se taduie pa une diminution de C pou ne pas éduie la valeu de la bande passante F. La éduction de la capacité paasite impose d utilise une inductance à ai monocouche, d utilise du fil de faible section, de éduie au minimum la longueu du bobinage [MEDH-47]. L objectif qui nous a été assigné est d adapte le banc de commutation (Figue 4.3) à la mesue des diodes SiC. Ces diodes sont de plus en plus haute tension (cf. 1.2) et les échantillons poduits pa les laboatoies de echeche sont souvent de faible calibe en couant, du fait de la difficulté d obteni des substats de gandes dimensions avec peu de défauts. Pa exemple le CEGELY a comme objectif des diodes 10kV-100mA. L équation 4.8 max donne donc avec V = 10kV, I min F sw I = 100mA, td = 50ns, 10% : I 10 10 50 10 L> 0,1 0,1 3 9 = 50mH (4.11) Nous avons donc besoin d une inductance L de fote valeu avec une bande passante élevée. Une de nos pemièes études a donc été la faisabilité de telles inductances. Les possibilités que nous avons étudié pou stabilise le couant duant la commutation sont : THESE - Damien isaletto - 97 -
- Inductance avec cicuit magnétique : la valeu inductive est impotante, mais la bande passante est éduite du fait de la capacité impotante ente les conducteus et le cicuit magnétique, lui-même assez conducteu. - Inductance solénoïdale à ai : la bande passante est impotante, mais ce type d inductance nécessite un gand volume pou obteni une fote valeu inductive. - Inductance tooïdale à ai : le appot ente la bande passante et la valeu inductive est moins intéessante que pou l inductance à ai solénoïdale, sans doute pace que la capacité paasite est supéieue. Les lignes de champs sont bien canalisées ce qui pemet des couplages moins impotants avec le este du cicuit et l envionnement extéieu. - Composant à semiconducteu en égime de satuation : le niveau du couant est impécis du fait de l autoéchauffement du composant. La vaiation de tension ente l état bloqué et conducteu de la diode entaîne une vaiation du couant du fait de la pente de la caactéistique statique du composant. Il est tès difficile de modélise coectement une bobine à ai, puisque l inductance et la capacité sont épaties tout au long du bobinage, et compote un gand nombe de couplages. C est pouquoi nous avons utilisé pou son dimensionnement des fomules empiiques extapolées de celles de H.A.Wheele [WHEE-28] et de.g.medhust [MEDH-47] qui font souvent éféence. D et H coespondent espectivement au diamète et à la longueu de la bobine. Equation de H.A.Wheele : 2 D N 2 L = D + 9 10H 2 2 (4.12) L est expimé en µh, D et H sont en pouces. Equation de.g.medhust : H C = 0,0965 + 0,3408 D D (4.13) C est en pf, D et H en cm. THESE - Damien isaletto - 98 -
Etant donné que l inductance et la capacité sont définies en fonction de H et D, nous avons modifié les équations (4.12) et (4.13) afin de faie inteveni le appot H su D appelé a. 2 γ DN L = + β a 1 (4.14) Avec γ = 2,19µH/m et β = 2,22. ( αa ) C = ζ + D (4.15) 1 Avec ζ = 32 pf/m et α = 0,312. Expession de la bande passante en utilisant l équation (4.10). F 1 1+ f 1+ = = 2πDN γζ 1+ αa DN 1+ αa βa 0 βa (4.16) Avec γζ = 7,01x10-17 s 2 /m 2 et f 0 = 19,01x10 6 m/s. La figue 4.9 epésentant une inductance à ai monocouche pemet de défini l expession (4.17), d et e coespondent au diamète du conducteu nu et à l espacement ente spie (isolant compis). d e D H Figue 4.9 : epésentation d une inductance à ai monocouche. L expession du nombe de spies en fonction de la géométie est donnée pa : N H Da. = = d + e d + e (4.17) La longueu du conducteu est définie pa : THESE - Damien isaletto - 99 -
L C π = π ND= N 2 ( d + e a ) (4.18) L équation (4.17) implique : 2 3 γ ad L = (1 + β a )( d + e) 2 (4.19) F = f0( d + e) 1+ βa 2 ad 1+ αa (4.20) Nous essayons pa la suite de détemine pou quelle valeu de a on obtient la longueu minimum de conducteu. L expession de L C doit pende en compte l inductance et la bande passante. A pati de l équation (4.16) nous avons expimé N en fonction de F. N 1 = 2πDF γζ 1+ βa 1+ αa (4.21) L équation (4.14) implique : L(1 + βa ) D = (4.22) 2 γ N Les équations (4.14) et (4.16) nous ont pemis d écie une elation ente N, F et L. N 2 πfl γζ (1 + βa) 1+ αa = γ 1+ βa (4.23) L expession pécédente de N est utilisée dans l équation (4.18) pou obteni la longueu du conducteu en fonction de a ainsi que de F et L : 3 2 2 ζ ( d + e) LC = 4 π FL (1 + αa)( 1 + βa ) (4.24) γ a L 1 = + αβ (4.25) C 2 a a L annulation de la déivée de L C pa appot à a, donne l expession de a pou L C optimale. o a 1 = 1,20156 (4.26) γζ THESE - Damien isaletto - 100 -
Cette valeu optimale de a pemet de minimise la longueu du bobinage. Cette longueu minimale de conducteu signifie que l on minimise les petes joules et que l on optimise la bande passante pou une valeu d inductance donnée, puisque.g.medhust a monté que la capacité paasite est popotionnelle à la longueu du conducteu. Pou cette valeu optimale de a, des abaques (Annexe1) ont été céés afin de facilite l étude et sutout la éalisation d inductance à ai. Ils sont expimés en fonction des pincipaux paamètes d une bobine, tels que l inductance et la féquence de ésonance. Tous font inteveni des gandeus géométiques telles que le diamète de la bobine, et celui du conducteu avec isolant. Pou les valeus choisies D=2,8cm, H=3,41cm, d=0,025cm et e=0,033cm, les valeus calculées à pati des équations (4.19) et (4.20) sont L=57µH et F =19MHz. Les valeus mesuées sont L=65µH et F =30MHz, ce qui fait appaaîte une impotante eeu su la valeu de la capacité paasite. Les équations (4.19) et (4.20) ont pemis d expime la valeu inductive en fonction de la féquence de ésonance pou difféentes valeus de diamète de la bobine et pou le appot H su D optimal. A pati de ces équations et de l abaque de la figue 4.10 nous constatons que l accoissement des dimensions d une bobine à ai pa l intemédiaie de D, augmente la valeu inductive au détiment de la bande passante (Figue 4.10). THESE - Damien isaletto - 101 -
D=11,5cm D=1,15cm Figue 4.10 : Abaque simulé d inductances à ai solénoïdales monocouche, obtenu à pati des équations (4.19) et (4.20), avec D le paamète vaiable de la coube. Les inductances à ai éalisées appaaissent su le diagamme à tite de compaaison ( a =1,20156, d+e=0,58mm) De nombeuses inductances à ai ont été éalisées puis caactéisées, les plus pefomantes sont décites ci-dessous. - Inductance solénoïdale : D=2,8cm, H=3,41cm, d+e=0,58mm, L=65µH et F =30MHz. - Inductance solénoïdale : D=25cm, H= 28cm, d+e=1,5mm, L=3mH et F =1,1MHz. - Inductance tooïdale : ciconféence=28cm, diamète d une spie=1cm, L=5,2µH et F =30MHz. Nous notons que pou les inductances à ai solénoïdales de gande dimension, la bande passante obsevée est poche de celle calculée à pati du modèle. Cela confime la difficulté de éalise des inductances de fote valeu et de gande bande passante. THESE - Damien isaletto - 102 -
Il appaaît que pou des niveaux de tension élevés, la bobine à ai est insuffisante en teme de valeu inductive, ou de bande passante, pou assue la continuité du couant duant la commutation. Ce qui povoque d impotantes petubations du couant de diode los de la commutation. Il est alos difficile de difféencie la contibution de la diode des petubations ésultantes de l instabilité du couant I F (Figue 4.11). THESE - Damien isaletto - 103 -
Figue 4.11 : Blocage de la diode PIN SiC dans la cellule de commutation inductive. (V = 100V, I F = 100mA, T = 300K) THESE - Damien isaletto - 104 -
Un des buts pincipaux du cicuit de caactéisation est sa confontation facile avec un modèle. Le cas du cicuit de commutation inductif était une impasse dans la mesue où la modélisation de tous les couplages inductifs et capacitifs était nécessaie mais extêmement compliquée. En evanche nous avons eu l idée de cheche un cicuit dont l élément qui contôle l état passant soit une ésistance, ca il est assez facile d obteni des ésistances tès peu inductives que l on peut plaque su le cicuit PCB ou SMI. 4.2 La cellule de commutation ésistive La plupat des pototypes de diodes SiC ont un faible calibe en couant et un gand calibe en tension. Ces caactéistiques endent nécessaie une inductance de fote valeu et de gande bande passante pou la caactéisation de diodes dans la cellule de commutation inductive. Cette inductance étant difficilement éalisable, nous avons choisi d utilise la CC (Figue 4.12) qui n utilise pas d inductance de lissage du couant et qui founit de bonnes mesues en commutation. Le cicuit est éalisé su SMI afin de éduie l inductance paasite des pistes esponsables de sutension au niveau des inteupteus. Cette sutension étant nécessaie pou la caactéisation de la diode, une inductance à ai L D a été ajoutée à poximité de la diode. Cette fois l inductance à ai doit avoi une gande bande passante mais elle est de valeu faible. M M I V C D L D C I V I Figue 4.12 : Cellule de commutation ésistive MOSFET-diode. La valeu du couant à l état passant de la diode est fixée pa l intemédiaie de la ésistance. Cette ésistance film (type adial séie MPC) su suppot céamique (Figue 4.13) est faiblement capacitive (1,95pF à 40MHz), peu inductive (1,57nH à 40MHz) et facilement modélisable. Elle possède une tenue en tension de 5kV et dissipe une puissance de 10W. THESE - Damien isaletto - 105 -
1 2 3 4 5 6 1 : MOSFET M 2 : MOSFET M I 3 : ésistance 4 : inductance de maille L D 5 : diode sous test avec son suppot 6 : shunt de mesue du couant de diode Figue 4.13 : Vue de dessus du cicuit de commutation su chage ésistive. Su la figue 4.13 nous pouvons apecevoi le MOSFET M I situé du côté de la souce de tension V I, il pemet d inteompe le couant ciculant dans la ésistance apès le blocage de la diode. Ce qui a pou but de éduie la puissance dissipée pa la ésistance et les inteupteus. Ces inteupteus commandés de type MOSFET (2SK1317) sont identiques et possèdent une tenue en tension de 1500V pou un calibe en couant impulsionnel de 7A. Les signaux de commande sont epésentés su les chonogammes de la figue 4.14. THESE - Damien isaletto - 106 -
V commande M I 15V V commande t2 40µs t5 M 15V I DIODE t1 76µs t6 I F t3 t4 t t I ESISTANCE τ D T S =30ms I CC t I F t τ M =12.5µs τ M =12.5µs Figue 4.14 : Chonogamme de fonctionnement du cicuit de commutation su chage ésistive. La figue 4.13 monte que duant un cout intevalle de temps (2τ M ), les inteupteus commandés conduisent simultanément. Les souces de tension se touvent alos en séie, soumettant ainsi la ésistance à une tension et un couant impotants. Les inteupteus commandés et la ésistance sont dimensionnés de la manièe suivante, pou suppote le fonctionnement simultané des inteupteus commandés soit de t2 à t3 et de t4 à t5. La tension maximale aux bones de vaut : U = V +V (4.27) ma x I Le couant maximal tavesant est alos : I ma x V + V I = (4.28) Le appot cyclique de la diode coespond à son temps de fonctionnement su une péiode (Equation 4.1). Celui du fonctionnement spécifique du montage vaut : 2τ M T S δ = (4.29) THESE - Damien isaletto - 107 -
La puissance dissipée pa la ésistance vaut : 2 2 δ V I δ V P = + max (4.30) Pa exemple, en choisissant d utilise des inteupteus apides de type MOSFET (2SK1317) d une tenue en tension de 1500V et d un calibe en couant impulsionnel de 7A, la ésistance de chage du cicuit vaut : V I max = = = 214Ω (4.31) max 1500 7 La valeu nomalisée de ésistance qui s en appoche le plus est 200Ω. Cette valeu de ésistance pemet d exploite au mieux les pefomances de ces MOSFET. La tension invese appliquée à la diode et le couant diect sont limités pa la puissance que la ésistance est capable de dissipe (Equation 4.30). Pou les valeus des appots cycliques pécédemments calculés (δ=5x10-4 et δ =8,33x10-4 ) et pou une ésistance de 10W, il en ésulte un lage éventail de choix su le couple [V -I F ] pouvant pende des valeus aussi extêmes que [1480V-0,1A] ou [100V-5,5A]. Pa exemple pou V = 1480V et I F = 0,1A (V I = 20V ca = 200Ω), la puissance dissipée pa la ésistance vaut : 4 2 4 2 5 10 20 8,33 10 1500 P= + = 9,37W (4.32) 200 200 Nous avons epoté les paamètes technologiques de la diode PIN SiC extaits à pati des cicuits DMTVCA et OCVD dans le modèle numéique complet DESSIS. Celui-ci pemet de simule les caactéistiques tansitoies de l ouvetue d une diode. Nous avons donc compaé ces ésultats avec les caactéistiques obtenues à pati de l expéience. La figue 4.15 monte une compaaison ente les signaux de tension et de couant de la diode PIN SiC, obtenues pa la mesue et la simulation DESSIS dans le cicuit CC. THESE - Damien isaletto - 108 -
Figue 4.15 : Expéience et simulation DESSIS de la diode PIN SiC dans la cellule de commutation ésistive. (V = 200V, I F = 200mA, T = 300K) THESE - Damien isaletto - 109 -
La simulation du blocage de la diode PIN SiC caactéisée dans la CC coespond de façon tès satisfaisante à l expéience. Ce bon accod ente simulation et mesue nous pemet de valide la méthode d extaction, le modèle de la diode, ainsi que les paamètes technologiques qui sont épetoiés dans le tableau 4.2. Paamètes technologiques Suface effective A Dopage de la base N D Lageu de la base W B Duée de vie ambipolaie τ Diode PIN SiC 1,2 mm 2 7,68x10 14 cm -3 46 µm 41 ns Tableau 4.2 : Paamètes technologiques la diode PIN SiC obtenus pa identification apès validation. La CC est bien adapté à la caactéisation des diodes haute tension de faible couant qui constituent la majoité des pototypes de diodes SiC. Comme nous pouvons le constate su la figue 4.16, la CC s applique aussi bien aux diodes Schottky SiC, dont le calibe en couant est tès supéieu aux pototypes de diode bipolaie SiC. THESE - Damien isaletto - 110 -
Figue 4.16 : Blocage de la diode Schottky SiC (CSD10120) dans la cellule de commutation ésistive. (V = 300V, I F = 1A, T = 300K) 4.3 Conclusion Pou valide la technique d extaction à pati des cicuits DMTVCA et OCVD, ainsi que le modèle et les paamètes de la diode PIN SiC, nous avons utilisé la cellule de commutation ésistive. Le cicuit CC founit des coubes de tension et de couant beaucoup moins petubées que la cellule de commutation inductive pou de fotes tensions et de faibles couants. Ceci pemet d exploite plus facilement les elevés de fomes d ondes. Ce cicuit est donc bien adapté à la caactéisation de diodes haute tension et faible couant qui constituent la majoité des pototypes de diode SiC. L inconvénient du cicuit CC est qu il est nécessaie de sudimensionne la ésistance et les inteupteus commandés pou suppote leu fonctionnement simultané. THESE - Damien isaletto - 111 -