Modules à semi-conducteurs

Modules semiconducteurs – transistors de puissance, thyristors et diodes en boîtier modulaire

Les modules semiconducteurs sont des éléments de puissance discrets enfermés dans des boîtiers modulaires (DBC, Press-Pack, SKiiP) pour un montage aisé sur radiateur. Ils comprennent des modules IGBT, transistors MOSFET, thyristors SCR, modules GTO, ponts redresseurs (à diodes et mixtes), modules IGCT et ensembles modulaires pour convertisseurs, variateurs de fréquence et entraînements. Utilisés dans les entraînements électriques industriels, la traction ferroviaire, les UPS, le photovoltaïque, les postes à souder à onduleur et le matériel médical. Principaux fabricants : Semikron (Danfoss), Infineon, Mitsubishi Electric, ABB Semiconductors, Fuji Electric, IXYS, Vishay, ON Semiconductor.

Types de modules semiconducteurs

• Modules IGBT (transistor bipolaire à grille isolée) – tension collecteur-émetteur V_CE 600 V–6,5 kV ; courant 25 A–3600 A ; configurations demi-pont, pont complet, 3 phases, NPC ; thermistance NTC intégrée ; Infineon FZ/FF, Mitsubishi CM/FM, Semikron SKM/SEMiX
• Modules MOSFET de puissance – V_DS 60 V–1200 V ; courant jusqu'à 600 A ; R_DS(on) ultra-faible (SiC, GaN) ; commutation rapide 100 kHz+ ; Infineon OptiMOS/CoolSiC, Wolfspeed C3M, ROHM SCT, ON Semiconductor
• Modules thyristors SCR et GTO – tension de blocage jusqu'à 8 kV ; courant jusqu'à 4000 A ; applications AC/DC : redresseurs multipulses, régulateurs de tension, traction ; Semikron SKKD, ABB 5SNA, Mitsubishi TM
• Ponts redresseurs (à diodes) – configurations monophasé B2, triphasé B6 ; tension inverse 200 V–4500 V ; courant 15 A–2700 A ; montage à vis ou press-pack ; Semikron SKD, Vishay VS-GBPC, Infineon DD
• Modules SiC (carbure de silicium) – commutation jusqu'à 650 kHz ; V_DS 650 V–3300 V ; pertes de commutation 5× inférieures à Si-IGBT ; pour photovoltaïque, chargeurs VE, UPS ; Infineon CoolSiC, Wolfspeed Xd3, ROHM XT4, ON Semiconductor NVH
• Modules GaN (nitrure de gallium) – V_DS 100 V–900 V ; E_oss < 1 µJ ; pour LLC, Totem-Pole PFC, charge sans fil ; EPC, GaN Systems, Navitas, Transphorm

Paramètres de sélection

• Tension de blocage (V_CE, V_DS, V_RRM) – avec marge 1,5–2× au-dessus du maximum système ; tient compte des transitoires de commutation
• Courant continu (I_C, I_D, I_T) et courant de crête – dimensionnement selon le cycle de travail et le facteur de conduction
• Technologie silicium – Si-IGBT (industrie, entraînements), Si-MOSFET (alimentations), SiC (haute fréquence, VE, PV), GaN (très haute fréquence)
• Résistance thermique Rth(j-c) – critique pour le dimensionnement du radiateur ; valeurs de la fiche technique ; IGBT vs SiC : SiC donne de moindres pertes mais T_j_max plus élevée
• Boîtier modulaire – SKiip (contact à ressort, sans soudure) ; vis standard ; press-pack ; compatibilité radiateur (trous de fixation, surface CEI)
• Compatibilité driver de grille – niveau de tension de grille (±15 V IGBT, +20/−5 V SiC, +6/−3 V GaN) ; temps de montée di/dt

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