Dans les circuits électroniques, on rencontre fréquemment des transistors MOS et des transistors IGBT. Tous deux peuvent servir d'éléments de commutation. Leur apparence et leurs caractéristiques sont relativement similaires. Alors, pourquoi certains circuits utilisent-ils des transistors MOS et d'autres des transistors IGBT ?  
Voyons la différence entre les tubes MOS et les tubes IGBT !  
                 

Qu'est-ce qu'un tube MOS ?

Il existe deux principaux types de transistors à effet de champ, à savoir le transistor à effet de champ à jonction (JFET) et le transistor à effet de champ à grille isolée (tube MOS).  
Le transistor MOS (MOSFET) est un transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur. Son nom complet en chinois est « transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur ». Comme sa grille est isolée par une couche isolante, on l'appelle aussi transistor à effet de champ à grille isolée.  
   
Les MOSFET peuvent être divisés en quatre catégories : type à déplétion de type N et type à enrichissement ; type à déplétion de type P et type à enrichissement.  
    Types de MOSFET et symboles de circuit  
Certains MOSFET contiennent une diode interne, appelée diode de corps, diode parasite ou diode de roue libre.  
  Il existe deux explications au rôle des diodes parasites :  

• La diode parasite du MOSFET sert à empêcher le tube MOS de griller en cas de surtension VDD, car avant que la surtension n'endommage le tube MOS, la diode se bloque en premier et dirige un courant important vers la masse, empêchant ainsi le tube MOS de griller.
• Il empêche la destruction du transistor MOS lorsque sa source et son drain sont inversés. Il peut également servir de chemin à la tension inverse induite dans le circuit, évitant ainsi la destruction du transistor MOS par cette tension.

Le MOSFET présente les caractéristiques suivantes : impédance d’entrée élevée, vitesse de commutation rapide, bonne stabilité thermique, courant de contrôle de tension, etc. Dans un circuit, il peut être utilisé comme amplificateur, interrupteur électronique, etc.  
                 

Qu'est-ce que l'IGBT ?

L'IGBT (transistor bipolaire à grille isolée) est un dispositif semi-conducteur composé d'un transistor et d'un tube MOS.    
En tant que nouveau type de dispositif semi-conducteur électronique, l'IGBT présente les caractéristiques suivantes : impédance d'entrée élevée, faible consommation d'énergie de commande de tension, circuit de commande simple, résistance à haute tension et grande tolérance au courant, et a été largement utilisé dans divers circuits électroniques.  
   
Les symboles des circuits IGBT ne sont pas encore unifiés. Lors de la réalisation d'un schéma, on utilise généralement les symboles des triodes et des transistors MOS. Dans ce cas, on peut déterminer s'il s'agit d'un IGBT ou d'un transistor MOS d'après le modèle indiqué sur le schéma.  
Par ailleurs, il convient de vérifier si l'IGBT possède une diode de substrat. Son absence sur l'image ne signifie pas qu'elle est absente. Sauf indication contraire dans les données officielles, cette diode est présente.  
   
La diode de corps à l'intérieur de l'IGBT n'est pas une diode parasite, mais est spécialement conçue pour protéger la tension de tenue inverse fragile de l'IGBT. Elle est également appelée diode de roue libre (FWD).  
Il est facile de déterminer si un IGBT possède une diode de substrat. Pour cela, utilisez un multimètre afin de mesurer la résistance entre les pôles C et E. Si l'IGBT est en bon état et que les valeurs de résistance mesurées entre ces pôles sont infinies, cela signifie qu'il ne possède pas de diode de substrat.  
L'IGBT est parfaitement adapté aux applications dans des domaines tels que les moteurs à courant alternatif, les convertisseurs de fréquence, les alimentations à découpage, les circuits d'éclairage, les entraînements de traction, etc.  
                 

Caractéristiques structurelles des tubes MOS et des IGBT

La structure interne du tube MOS et du tube IGBT est illustrée dans la figure ci-dessous.  
   
Un IGBT est construit en ajoutant une couche supplémentaire au drain d'un MOSFET.  
Le circuit équivalent idéal d'un IGBT est représenté sur la figure ci-dessous. L'IGBT combine en réalité les caractéristiques d'un MOSFET et d'un transistor. Le MOSFET présente l'inconvénient d'une résistance à l'état passant élevée, défaut que l'IGBT pallie. L'IGBT conserve une faible résistance à l'état passant même sous haute tension.    
De plus, pour des IGBT et des MOSFET de puissance similaire, la vitesse de l'IGBT peut être inférieure à celle du MOSFET en raison de son temps de queue à l'extinction. Ce temps de queue important allonge également le temps mort, ce qui influe sur la fréquence de commutation.  
                 

Choisissez un tube MOS ou un IGBT

Dans un circuit, le choix entre des tubes MOS et des tubes IGBT comme transistors de puissance est une question fréquemment posée aux ingénieurs. En tenant compte de facteurs tels que la tension, le courant et la puissance de commutation du système, on peut résumer les points suivants :
 

Vous pouvez également consulter les conditions d'utilisation de ces deux technologies sur la figure ci-dessous. La zone grisée indique que les MOSFET et les IGBT peuvent être sélectionnés, et le symbole « ? » indique un niveau non atteignable par le procédé actuel.  
   
De manière générale, l'avantage du MOSFET réside dans ses excellentes caractéristiques haute fréquence, lui permettant de fonctionner à des fréquences allant de plusieurs centaines de kHz à plusieurs MHz. Son inconvénient est sa résistance à l'état passant élevée et sa forte consommation d'énergie en cas de haute tension et de courant élevé. L'IGBT, quant à lui, offre de bonnes performances à basse fréquence et haute puissance, avec une faible résistance à l'état passant et une tension de tenue élevée.  
Le MOSFET est utilisé dans les alimentations à découpage, les ballasts, le chauffage par induction haute fréquence, les machines à souder à onduleur haute fréquence, les alimentations de communication et autres domaines d'alimentation haute fréquence ; l'IGBT est principalement utilisé dans les machines à souder, les onduleurs, les convertisseurs de fréquence, les alimentations électrolytiques pour le plaquage, le chauffage par induction ultrasonique et autres domaines.

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