étude d`une structure d`interrupteur 4 quadrants à faibles pertes à

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UNIVERSITÉ FRANÇOIS - RABELAIS
DE TOURS
ÉCOLE DOCTORALE SST
Laboratoire de Microélectronique de Puissance
THÈSE présentée par :
Chawki BENBOUJEMA
Soutenue le : 18 juillet 2011
pour obtenir le grade de : Docteur de l’université François - Rabelais
Discipline/ Spécialité : Electronique
ÉTUDE D’UNE STRUCTURE
D’INTERRUPTEUR 4 QUADRANTS À
FAIBLES PERTES À BASE DE
TRANSISTORS À FORTS GAINS
THÈSE dirigée par :
VENTURA Laurent Professeur des universités, Université François - Rabelais
RAPPORTEURS :
ALLARD Bruno Professeur, INSA Lyon
LEFEBVRE Stéphane Professeur, CNAM, ENS, Cachan
JURY :
ALLARD Bruno Professeur des universités, INSA Lyon
DORE Pascal Chef de projet recherche, Legrand
LEFEBVRE Stéphane Professeur des universités, CNAM, ENS, Cachan
QUOIRIN Jean-Baptiste Consultant R&D, STMicroelectronics Tours
RICHARDEAU Frédéric Chargé de recherche (HDR), Laplace, Toulouse
ROUGER Nicolas Chargé de recherche (HDR), G2Elab CNRS UMR 5269
SCHELLMANNS Ambroise Maître de conférences, Université François - Rabelais
VENTURA Laurent Professeur des universités, Université François - Rabelais

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Remerciements
Insérer ici votre texte de remerciements

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Résumé
S’inscrivant dans le cadre de la gestion de l’énergie dans l’habitat, du programme
SESAME du pôle de compétitivité S2E2, l’objectif de cette thèse est d’étudier et de proposer
une structure d’interrupteur commandable à l’ouverture et à la fermeture, bidirectionnel en
tension et en courant et à faible perte énergétique, destiné à connecter tout type de charges sur
le réseau alternatif 230V/50Hz. Il n’existe pas à l’heure actuelle de composants interrupteurs
monolithiques de ce type. Or, le LMP a récemment validé le concept d’une structure
monolithique totalement innovante utilisant un transistor bipolaire symétrique à base fine
autoprotégée et à fort gain, dans la cadre du projet de recherche SESAME-ISIS. En attendant
sa réalisation technologique, nous avons entrepris de valider le principe de la tenue en tension
d’une base fine autoprotégée, via l’étude de transistors bipolaires dissymétriques discrets,
spécialement réalisés à cet effet, appliquée à la réalisation d’un interrupteur bidirectionnel.
Les résultats de cette étude nous auront non seulement permis de confirmer l’intérêt d’une
base fine autoprotégée, mais aussi de proposer une nouvelle topologie de structure
d’interrupteur électronique bidirectionnel en courant et en tension, moins énergivore et
intégrable monolithiquement.
La première partie du mémoire présente les différents types de charges rencontrées dans le
domaine de l’électroménager et les solutions d’interrupteurs électroniques existantes. La
deuxième partie, traite des interrupteurs électroniques à base de transistors MOS et des limites
de cette technologie unipolaire en termes de compromis de minimisation de surface de puces
et de minimisation de la dissipation de puissance. Par la suite, nous montrons que l’on peut
repousser ces limites en adoptant des solutions à base de transistors bipolaires de puissances
et notamment avec des bases fines autoprotégées (Transistors GAT). Le quatrième chapitre
présente les résultats d’une étude des caractéristiques à l’état passant et à l’état bloqué de
transistors GAT et valide leur aptitude à fonctionner sur le réseau alternatif domestique. Nous
présentons plusieurs voies possibles d’amélioration des caractéristiques de ces transistors
avant d’étudier leur comportement dans une fonction interrupteur. Nous terminons ce travail
en démontrant l’intérêt de la commande des transistors GAT en mode de conduction inverse,
intérêt qui nous conduit ensuite à proposer une structure d’interrupteur totalement novatrice,