I. Introduction
Dès qu’il s’agit de parler de composants de puissance, on s’attache immédiatement au modèle externe de l’élément. La présentation du composant réel évolue vers le modèle parfait pour évoquer la fonction de l’élément.
II. Principe de la diode
Sous le point de vue de l’électronique de puissance, la diode est un interrupteur non
commandable. Reprenant le principe de la jonction PN de la diode « signal », celle-ci utilise une
jonction PIN (I comme Intrinsèque) constituée d’un empilement P+/N –/N + (Figure 1). La zone
intermédiaire N – assure une bonne tenue en tension.
III. Fonctionnement de la diode réelle
1. Caractéristique statique tension-courant
Repérée en convention récepteur (Figure 2), la diode présente une caractéristique tension-courant
dissymétrique (Figure 3).
En polarisation directe la tension vD est positive et présente les imperfections suivantes :
• Tension de seuil V D0 (de 0,8 à 2 V) ;
• Résistance dynamique rD0 (de 10 à 100 mΩ).
En inverse, le courant est quasi nul puis croît brutalement lors du claquage qui est un phénomène
destructif pour le composant (VRM de 200 à 1000 V couramment)
1. Caractéristique statique tension-courant
Repérée en convention récepteur (Figure 2), la diode présente une caractéristique tension-courant
dissymétrique (Figure 3).
En polarisation directe la tension vD est positive et présente les imperfections suivantes :
• Tension de seuil V D0 (de 0,8 à 2 V) ;
• Résistance dynamique rD0 (de 10 à 100 mΩ).
En inverse, le courant est quasi nul puis croît brutalement lors du claquage qui est un phénomène
destructif pour le composant (VRM de 200 à 1000 V couramment)
dépasser en fonctionnement :
• Le courant direct moyen IF0 (F pour Forward) ;
• Le courant direct efficace IFeff
Pertes en conduction
Il convient à l’utilisateur de déterminer ces valeurs dans le cas de son application pour évaluer les
pertes moyennes en conduction (ou puissance dissipée) :
Pd = VD0⋅IF0 + rD0⋅IFeff
En direct, il ne faut pas dépasser le courant maximal IFM (en valeur moyenne) et le courant maximal répétitif (IFRM) pendant un court instant. En inverse, la tension d’avalanche n’est pas atteinte car le constructeur définit la tension inverse maximale (VRM) à ne pas dépasser (≈VA/2). Pour déterminer la résistance équivalente en inverse à l’état ouvert, le constructeur indique IRM.
III.2. Comportement dynamique
Le principe bipolaire de cette diode induit l’existence de charges stockées dans la zone N–. Cellesci procurent une faible chute de tension lors de la conduction. Mais en contrepartie, il faut les évacuer lors de la phase de blocage.
Lors de la mise en conduction, aucun phénomène particulier ne contrarie la mise en conduction
de la diode : la tension atteint la tension de seuil vDO tandis que le courant s’établit dans le circuit.
Il convient à l’utilisateur de déterminer ces valeurs dans le cas de son application pour évaluer les
pertes moyennes en conduction (ou puissance dissipée) :
Pd = VD0⋅IF0 + rD0⋅IFeff
En direct, il ne faut pas dépasser le courant maximal IFM (en valeur moyenne) et le courant maximal répétitif (IFRM) pendant un court instant. En inverse, la tension d’avalanche n’est pas atteinte car le constructeur définit la tension inverse maximale (VRM) à ne pas dépasser (≈VA/2). Pour déterminer la résistance équivalente en inverse à l’état ouvert, le constructeur indique IRM.
III.2. Comportement dynamique
Le principe bipolaire de cette diode induit l’existence de charges stockées dans la zone N–. Cellesci procurent une faible chute de tension lors de la conduction. Mais en contrepartie, il faut les évacuer lors de la phase de blocage.
Lors de la mise en conduction, aucun phénomène particulier ne contrarie la mise en conduction
de la diode : la tension atteint la tension de seuil vDO tandis que le courant s’établit dans le circuit.
Au moment du blocage, l’évacuation de la
charge stockée Qr conduit au phénomène de
recouvrement illustré à la Figure 4. Un léger
courant inverse apparaît jusqu’à la valeur –Ir
pendant la durée de recouvrement tr.
Ensuite, la diode reconstitue sa barrière de
potentiel en gagnant la charge Q2 qui
provoque une légère surtension négative –VDM.
Cette tension dure jusqu’à l’annulation du
courant, pour se rétablir à –E, la tension
délivrée par la source d’alimentation. Ceci
garantit la fin de la transition vers l’état bloqué
en permettant au courant de revenir à zéro.
charge stockée Qr conduit au phénomène de
recouvrement illustré à la Figure 4. Un léger
courant inverse apparaît jusqu’à la valeur –Ir
pendant la durée de recouvrement tr.
Ensuite, la diode reconstitue sa barrière de
potentiel en gagnant la charge Q2 qui
provoque une légère surtension négative –VDM.
Cette tension dure jusqu’à l’annulation du
courant, pour se rétablir à –E, la tension
délivrée par la source d’alimentation. Ceci
garantit la fin de la transition vers l’état bloqué
en permettant au courant de revenir à zéro.
Pertes en commutation
Le processus décrit ci-dessus conduit à la dissipation d’une puissance de recouvrement Pr en commutation qui dépend des charges qui transitent (Qr + Q2), de la tension de la source (E) et de la fréquence des commutations (f) :
Pr = (Qr + Q2 ) ⋅ E ⋅ f
IV. Le modèle parfait
Pour les études des montages utilisant des diodes de puissance, on utilise les modèles plus ou moins simplifiés indiqués dans le Tableau 1 s’ajoutent progressivement les imperfections.
Le processus décrit ci-dessus conduit à la dissipation d’une puissance de recouvrement Pr en commutation qui dépend des charges qui transitent (Qr + Q2), de la tension de la source (E) et de la fréquence des commutations (f) :
Pr = (Qr + Q2 ) ⋅ E ⋅ f
IV. Le modèle parfait
Pour les études des montages utilisant des diodes de puissance, on utilise les modèles plus ou moins simplifiés indiqués dans le Tableau 1 s’ajoutent progressivement les imperfections.
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