Graphe de liens du transistor bipolaire de puissance en vue de la simulation de circuits

= Power bipolar transistor bond-hgraph for circuit simulation

• Auteur / Autrice : Bruno Allard
• Direction : Hervé Morel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Composants électroniques et optiques
• Date : Soutenance en 1992
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (1961-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Graphes de lien

Conception assistée par ordinateur

Transistors de puissance

Résumé

La CAO en Électronique de Puissance exige notamment que la simulation d'un circuit prédise, avec précision, les contraintes électriques (et thermiques) endurées par les dispositifs à semiconducteur, au cours des commutations. Les modèles les plus utilisés actuellement (Gummel-Poon, SPICE) se montrent insuffisants pour de telles simulations, à cause de la représentation trop empirique du phénomène de saturation. La saturation est la conséquence de la présence d'une zone neutre en forte injection dans le collecteur. Pour modéliser correctement ce phénomène, le travail présenté fait appel à des techniques de l'Analyse Fonctionnelle (Approximation Interne), et de la Théorie des Systèmes (variables d'état, graphes de liens). Le modèle obtenu est un graphe de liens superposable à la structure géométrique du dispositif, et suit fidèlement les phénomènes physiques internes au composant. En outre, contrairement au modèle de Gummel-Poon, les paramètres sont peu nombreux, tous significatifs, et correspondent à la seule description technologique du dispositif. Enfin, les résultats de simulation sont très conformes à l'expérience, bien meilleurs que ceux produits par SPI CE dans le cadre de la saturation, avec un coût de calcul équivalent.

Power Electronic CAD needs that circuit simulation predicts accurately thermal and electrical constraints encountered by power devices during switching transients. Today, the most frequently used models (SPICE and Gummel-Poon ones) produce insufficient results in the conditions of such simulation. This is due to an empirical representation of phenomena occurring in saturation regime. Saturation is characterized principally by a high level injection neutral region in the low-doped collector. Accurate modelling of this mechanism is treated in present dissertation, and particularly used technicals of Functional Analysis (Internal Approximation) and technics of System Theory (state variable modelling, bond graphs). The mode! derived appears as a bond graph which fits exactly the geometrical structure of the device, and that follows clearly physic mechanisms. Moreover, at the opposite of Gummel-Poon model, parameters are very few, really important and concern only the technological structure of the transistor (doping profile, lifetimes,. . . ) Finally, simulation results are very closed to experimental measurements, much better than those produced with SPICE for the restricted case of hard switching, with equivalent amount of computer time.