Control components in a wide band gap synchronous buck converter without diodes
Commande de composants grand gap dans un convertisseur de puissance synchrone sans diodes
Résumé
Wide band gap devices already demonstrate static and dynamic performances better than silicon transistors. Compared to conventional silicon devices thèse new wide band gap transistors hâve some différent characteristics that may affect power converter opérations. The work presented in this PhD manuscript deals with a spécifie gâte drive circuit for a robust, high power density and high efficiency wide band gap devices-based power converter. Two critical points hâve been especially studied. The first point is the higher sensitivity of wide band gap transistors to parasitic components. The second point is the lack of parasitic body diode between drain and source of HEMT GaN and JFET SiC. In order to drive thèse new power devices in the best way we propose innovative, robust and efficient solutions. Fully integrated gâte drive circuits hâve been specifically developed for wide band gap devices. An adaptive output impédance gâte driver provides an accurate control of wide band gap device switching waveforms directly on its gâte side. Another gâte drive circuit improves efficiency and reliability of diode-less wide band gap devices-based power converters thanks to an auto-adaptive and local dead-time management.
Les composants de puissance grand gap présentent d'ores et déjà des caractéristiques statiques et dynamiques supérieures à leurs homologues en silicium. Mais ces composants d'un nouvel ordre s'accompagnent de différences susceptibles de modifier le fonctionnement de la cellule de commutation. Les travaux qui furent menés au cours de cette thèse se sont intéressés aux composants grand gap et à leur commande au sein d'un convertisseur de puissance synchrone robuste, haut rendement et haute densité de puissance. En particulier deux points critiques ont été identifiés et étudiés. Le premier est la grande sensibilité des composants grand gap aux composants parasites. Le second est l'absence de diode parasite interne entre le drain et la source de nombreux transistors grand gap. Pour répondre aux exigences de ces nouveaux composants et en tirer le meilleur profit, nous proposons des solutions innovantes, robustes, efficaces et directement intégrables aux circuits de commande. Des circuits de commande entièrement intégrés ont ainsi été conçus spécifiquement pour les composants grand gap. Ceux-ci permettent entre autres le contrôle précis des formes de commutation par l'adaptation de l'impédance de grille, et l'amélioration de l'efficacité énergétique et de la robustesse d'un convertisseur de puissance à base de composants grand gap sans diodes par une gestion dynamique et locale de temps morts très courts