EP4721147A1 - Transistor à effet de champ à double grille et organe de coupure comportant un tel transistor à effet de champ - Google Patents

Transistor à effet de champ à double grille et organe de coupure comportant un tel transistor à effet de champ

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EP4721147A1
EP4721147A1 EP24727431.9A EP24727431A EP4721147A1 EP 4721147 A1 EP4721147 A1 EP 4721147A1 EP 24727431 A EP24727431 A EP 24727431A EP 4721147 A1 EP4721147 A1 EP 4721147A1
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EP
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cut
effect transistor
voltage
field effect
electrode
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EP24727431.9A
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Serge Loudot
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Ampere SAS
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Abstract

La présente invention concerne un transistor à effet de champ (100) à jonction et à structure latérale, comportant : - une couche support (10) d' un premier type de conductivité, - une couche semiconductrice (14) d' un second type de conductivité formant un canal, - une première électrode (e1) apte à former une source ou un drain, - une deuxième électrode (e2) apte à former une source ou un drain, - une zone (18) dopée en contact avec une borne de connexion de grille (g1) située entre les première et deuxième électrodes (e1, e2), le transistor à effet de champ (100) comportant en outre une zone supplémentaire (20) dopée en contact avec une autre borne de connexion de grille (g2) située entre la borne de connexion de grille (g1) et la deuxième électrode (e2).

Description

Titre de l'invention : Transistor à effet de champ à double grille et organe de coupure comportant un tel transistor à effet de champ
La présente invention se rapporte au domaine de l’électronique de puissance, et concerne plus précisément un transistor de puissance trouvant une application particulièrement avantageuse dans le domaine automobile.
Comme représenté sur la figure 1 , les véhicules électriques ou hybrides électriques comportent une batterie 30 haute tension pour alimenter un moteur électrique généralement triphasé, par l’intermédiaire d’un onduleur. Cette batterie 30 haute tension a une tension maximale à vide de plusieurs centaines de volts, par exemple 400V (volts) ou 800V, d’où son appellation « haute tension » par opposition à la tension maximale à vide d’une batterie de servitude d’un véhicule classique, cette tension étant de l’ordre de 14V.
La batterie 30 haute tension est d’ordinaire connectée à un réseau 300 haute tension du véhicule, auquel est connecté l’onduleur, par l’intermédiaire d’un premier contacteur 32 et d’un deuxième contacteur 34. Or le réseau 300 haute tension comporte au moins une capacité 28 qu’il convient de précharger avant de fermer ensemble les premier et deuxième contacteurs 32, 34, pour éviter un appel de courant qui endommagerait les composants haute tension du véhicule.
La précharge de la capacité 28 est effectuée par un circuit de précharge 50 comportant une résistance 54 de limitation de courant d’appel connectée en série avec un contacteur 52 de précharge, ce circuit de précharge 50 étant connecté en parallèle du premier contacteur 32 reliant la batterie 30 haute tension au réseau 300 haute tension. Ainsi avant de fermer le premier contacteur 32, on ferme d’abord le deuxième contacteur 34 et le contacteur 52 de précharge, puis on ouvre le contacteur de précharge 52 et on ferme le premier contacteur 32.
En cas de défaut sur le réseau 300 haute tension, les premier et deuxième contacteurs 32, 34 doivent être capables de s’ouvrir alors qu’ils sont parcourus par un courant important. De plus un fusible 36 assure une coupure définitive entre la batterie 30 haute tension et le réseau 300 haute tension en cas de court-circuit. Ce système de connexion de la batterie 30 haute tension au réseau 300 haute tension utilisant des contacteurs, est parfois remplacé par des composants de coupure électronique (ou SSR pour l’anglais « Solid State Relay »). Ces composants de coupure électronique permettent de s’affranchir d’un circuit de précharge, en assurant eux- mêmes une limitation du courant d’appel par une commande linéaire de ces composants de coupure.
De plus les composants de coupure électronique sont théoriquement capables d’effectuer un nombre illimité de coupures de courant entre la batterie 30 haute tension et le réseau 300 haute tension, alors même qu’ils sont parcourus par un courant important. Cela n’est pas le cas des contacteurs dont les contacts se détériorent lors de coupures sous courant et finissent par se coller. Ils doivent donc être systématiquement changés lorsqu’un tel évènement se produit, par exemple lors d’un crash provoquant un court- circuit de la batterie 30 haute tension. Or les contacteurs étant souvent intégrés avec la batterie 30 haute tension dans un carter appelé « pack batterie », ce changement nécessite une dépose du carter et donc un coût de maintenance important.
Enfin les composants de coupure électronique assurent une fonction de limitation de courant de défaut, typiquement lors d’un court-circuit, cette fonction permettant à l’ensemble des composants haute tension du véhicule de ne pas avoir à subir transitoirement un courant de défaut très élevé fourni par la batterie 30 haute tension. Cette fonction est mise en œuvre par une commande linéaire de ces composants, et permet de supprimer le fusible 36 dans le véhicule.
Cependant, ces composants de coupure électronique ont un coût supérieur au système de connexion de la figure 1 , à base de contacteurs, notamment du fait que plusieurs transistors MOSFET (d’après l’anglais « metal-oxide-semiconductor field-effect transistor ») sont nécessaires par composant de coupure pour assurer toutes ces fonctions, ces transistors n’étant pas bidirectionnels en tension. Le principal mécanisme de défaillance de ces composants, surtout lorsqu’ils sont en carbure de silicium, est la dégradation de leurs oxydes de grille. Bien que le taux de défaillance lié à ce mode soit acceptable pour des applications telles qu’un onduleur ou un chargeur, sa suppression par une technologie sans oxyde de grille permettrait de couvrir des applications sécuritaires sans avoir à rajouter des éléments dédiés tels que des fusibles ou systèmes pyrotechniques.
La présente invention vise à remédier au moins en partie aux inconvénients précités en fournissant notamment un transistor à effet de champ, un organe de coupure comportant un tel transistor à effet de champ et un procédé de gestion de la fourniture d’énergie dans un réseau haute tension d’un véhicule, qui permettent de remplacer la coupure mécanique des contacteurs batterie dans un véhicule, par une coupure électronique fiable utilisant l’organe de coupure, celui-ci ne nécessitant pas d’être remplacé à chaque ouverture sous courant du circuit liant la batterie haute tension du véhicule au réseau haute tension du véhicule.
A cette fin, l’invention propose un transistor à effet de champ à jonction et à structure latérale, comportant :
- au moins une couche support d’un premier type de conductivité,
- au moins une couche semiconductrice d’un second type de conductivité superposée à la couche support et apte à former un canal entre une source et un drain,
- une première électrode implantée sur la couche semiconductrice et apte à former la source ou le drain,
- une deuxième électrode implantée sur la couche semiconductrice et apte à former le drain ou la source,
- une zone dopée selon le premier type de conductivité en contact d’une part avec la couche semiconductrice et d’autre part avec une borne de connexion de grille située entre les première et deuxième électrodes et isolée électriquement des première et deuxième électrodes, le transistor à effet de champ étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre une zone supplémentaire dopée selon le premier type de conductivité, en contact avec d’une part la couche semiconductrice et d’autre part avec une autre borne de connexion de grille située entre la borne de connexion de grille et la deuxième électrode, et isolée électriquement de la borne de connexion de grille et de la deuxième électrode.
Par « superposée à la couche support », on entend que la couche semiconductrice est supportée par la couche support, éventuellement par l’intermédiaire d’autres couches semi-conductrices plus ou moins dopées et du premier ou du deuxième type de conductivité.
Notamment de préférence la couche support est fortement dopée, et une couche semiconductrice du premier type de conductivité, moins dopée que la couche support et produite par exemple par épitaxie, est intercalée entre la couche support et la couche semiconductrice du second type de conductivité.
De plus, les première et deuxième électrodes sont implantées sur la couche semi- conductrice du second type de conductivité par l’intermédiaire de zones fortement dopées selon le second type de conductivité, ces zones fortement dopées faisant partie de la source ou du drain formés par l’une ou l’autre des première ou deuxième électrodes. Les zones dopées selon le premier type de conductivité en contact avec les bornes de connexion de grille sont également de préférence fortement dopées et permettent de former chacune, avec une des bornes de connexion de grille, une grille du transistor à effet de champ selon l’invention.
De plus on utilise de préférence un premier type de conductivité de type P, c’est-à-dire du type utilisant un déficit d’électrons dans la matière pour conduire ceux-ci, et un deuxième type de conductivité de type N, c’est-à-dire du type utilisant un surplus d’électrons dans la matière pour conduire ceux-ci. Cette matière est préférentiellement du carbure de silicium (SiC), par exemple à structure cristalline hexagonale Wurtzite 4H ce qui rend le transistor plus performant de par l’énergie importante de sa bande interdite. Ces choix permettent d’obtenir un transistor à effet de champ selon l’invention peu coûteux et performant, c’est-à-dire supportant jusqu’à 250V7pm (volt par micromètre). En variante, la matière utilisée est du nitrure de gallium, ou bien du diamant, beaucoup plus coûteux mais très performant (supportant jusqu’à 1000V/pm). Grâce à l’invention, le transistor à effet de champ selon l’invention forme un seul composant à deux grilles, ce qui le rend bipolaire dans le sens où il est bidirectionnel en courant et en tension et peut notamment couper le courant que celui-ci traverse le transistor à effet de champ dans un sens ou dans l’autre. Lorsque le courant traverse le transistor à effet de champ selon l’invention dans un sens, on applique une tension de commande entre une des bornes de connexion de grille et celle des première ou deuxième électrodes utilisées comme source, et lorsque le courant traverse le transistor à effet de champ selon l’invention dans l’autre sens, on applique une tension de commande entre l’autre des bornes de connexion de grille et l’autre des première ou deuxième électrodes qui sera alors à son tour utilisée comme une source. On applique une tension de commande entre la première ou deuxième électrode utilisée comme source et celle des bornes de connexion de grille la plus proche de cette électrode. Par rapport à une structure à deux transistors MOSFET en série pour réaliser une coupure bidirectionnelle, le courant dans le transistor à effet de champ selon l’invention ne traverse donc la résistance que d’un seul canal au lieu de traverser les deux canaux des deux transistors MOSFET. Ainsi la dissipation en cours de fonctionnement du transistor à effet de champ selon l’invention est presque deux fois moindre que celle de la structure à deux transistors MOSFET.
De plus grâce à l’invention, on forme un transistor peu sujet aux défaillances du fait qu’il ne présente pas d’oxyde de grille. En effet le transistor à effet de champ selon l’invention comporte une couche isolante, par exemple en dioxyde de silicium, permettant d’isoler électriquement entre elles les électrodes et les bornes de connexion de grille, mais cette couche isolante ne fonctionne pas comme un oxyde de grille et n’est donc pas sujette aux mêmes contraintes. Grâce à cela le transistor à effet de champ selon l’invention a un taux de défaillance (ou « Failure In Time Rate » soit 109/MTBF où MTBF est le temps moyen entre deux défaillances aussi appelé « Mean Time Between Failure ») compris entre 10'9 et 1011 ce qui est conforme aux exigences de sécurité liées au réseau haute tension d’un véhicule électrique ou hybride. Ce taux de défaillance est de plus bien plus bas que celui d’une structure électromécanique avec un fusible.
Il est à noter que compte tenu de sa structure latérale, le transistor à effet de champ selon l’invention dispose d’une densité de courant plus faible qu’un transistor MOSFET équivalent vertical. Cependant, compte tenu des pointes de dissipation d’énergie que le transistor à effet de champ selon l’invention doit supporter lors de phases de précharge d’une batterie haute tension dans un véhicule, ou bien d’ouverture sous courant, cette structure latérale offre, par rapport à un transistor à effet de champ à structure verticale, une surface de contact plus grande entre la couche support et un refroidisseur et donc améliore l’échange thermique du transistor selon l’invention avec ce refroidisseur.
De plus, cette structure latérale facilite le processus de fabrication du transistor à effet de champ selon l’invention, celui-ci pouvant utiliser des étapes de gravures, de dépôt ou d’épitaxie sur sa face supérieure uniquement. Enfin du fait de sa structure latérale et de son absence d’oxyde grille, le transistor à effet de champ selon l’invention permet une plus grande tolérance aux défauts cristallins, et de fait un taux de déchet en fabrication plus favorable et qui ne pénalise pas le coût de ce type de composant par rapport à un transistor MOSFET vertical plus petit avec une densité de courant supérieure. L’invention concerne aussi un organe de coupure comportant un transistor à effet de champ selon l’invention, caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins un transistor MOSFET à enrichissement, connecté en série avec le transistor à effet de champ selon un montage cascode.
Grâce au montage cascode entre le transistor MOSFET à enrichissement et le transistor à effet de champ selon l’invention, l’organe de coupure est ouvert, c’est-à-dire ne laisse pas passer le courant, lorsqu’aucune tension de commande n’est appliquée, que ce soit sur une des bornes de connexion de grille du transistor à effet de champ selon l’invention ou sur la grille du transistor MOSFET à enrichissement. Ainsi l’organe de coupure selon l’invention peut être utilisé à la place de contacteurs batterie dans un véhicule, puisqu’il laissera ouvert le circuit liant la batterie haute tension du véhicule au réseau haute tension du véhicule lorsque celui-ci sera en mode veille c’est-à-dire « endormi » ou éteint. Le transistor MOSFET à enrichissement est préférentiellement un transistor basse tension, par exemple supportant 16 ou 25V. Ainsi le coût de l’organe de coupure selon l’invention devrait à terme avoir un coût de revient moindre que celui d’un composant de coupure électronique de l’art antérieur.
L’invention concerne également un procédé de gestion de la fourniture d’énergie dans un réseau haute tension connecté à une batterie haute tension par l’intermédiaire d’au moins un organe de coupure selon l’invention, le procédé de gestion étant caractérisé en ce qu’il comporte une étape d’activation de l’organe de coupure comportant des sous- étapes de : - blocage du transistor à effet de champ par application d’une tension de blocage entre une des bornes de connexion de grille et celle de la première ou de la deuxième électrode utilisée comme source du transistor à effet de champ,
- mise en conduction du transistor MOSFET, et
- attente d’une demande de fermeture de l’organe de coupure.
Dans cette demande de brevet, l’organe de coupure est ouvert lorsqu’il empêche le courant de passer, et est fermé lorsqu’il conduit le courant. La demande de fermeture vise donc à fermer le circuit liant la batterie haute tension au réseau haute tension. Le procédé de gestion selon l’invention est par exemple mis en œuvre dans un calculateur du véhicule, par exemple dans le calculateur principal du véhicule, ou dans un calculateur spécifique. Ce calculateur est par exemple connecté à un circuit de commande des grilles des transistors constituant l’organe de coupure selon l’invention. Bien sûr la valeur de la tension de blocage de la grille dépend du type N ou P du transistor à effet de champ selon l’invention. De même la mise en conduction du transistor MOSFET utilise une tension de commande dont la valeur dépend du type N ou P du transistor MOSFET de l’organe de coupure selon l’invention.
De plus, lors de l’étape de blocage, on applique en fait au moins une tension de blocage, puisqu’on l’applique éventuellement sur les deux bornes de connexion de grille, c’est-à- dire entre chacune des bornes de connexion de grille et leur électrode la plus proche. Cette option permet d’interdire le passage du courant dans les deux sens.
Une tension de commande, qu’elle soit en blocage du transistor ou en fermeture du transistor, est toujours appliquée entre une borne de connexion de grille du transistor et l’électrode du transistor proximale à cette borne de connexion de grille. Dans l’étape de blocage, on applique donc au moins une tension de blocage entre celle de la première ou de la deuxième électrode utilisée comme source du transistor à effet de champ, et la borne de connexion de grille proximale à cette électrode.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le procédé de gestion selon l’invention comporte une étape de précharge d’au moins une capacité connectée au réseau haute tension, l’étape de précharge comportant une limitation du courant traversant l’organe de coupure par une variation progressive de la tension entre ladite une des bornes de connexion de grille et celle de la première ou de la deuxième électrode utilisée comme source du transistor à effet de champ.
Dans ce mode de réalisation, le réseau haute tension comporte une ou plusieurs capacités nécessitant une précharge avant de laisser passer entièrement le courant batterie vers le réseau haute tension. Cette ou ces capacités sont connectées en aval de l’organe ou des organes de coupure, en étant connectées par exemple en parallèle aux bornes du réseau haute tension.
Il est à noter que dans cette demande, les termes « amont » ou « aval » se réfèrent à la position relative de composants ou ensembles électriques par rapport à la direction du courant sortant de la batterie haute tension et se dirigeant vers des consommateurs de la batterie haute tension, c’est-à-dire lorsque celle-ci se décharge. Ainsi un premier composant est en amont d’un deuxième composant si le courant sortant de la batterie haute tension traverse d’abord le premier composant puis le deuxième composant avant d’entrer dans la batterie haute tension.
De plus, la variation progressive de la tension entre ladite une des bornes de connexion de grille et celle de la première ou de la deuxième électrode utilisée comme source du transistor à effet de champ correspond à un passage progressif d’une valeur proche de - 15V à une valeur proche de 0V si le transistor à effet de champ selon l’invention est de type N, ou d’un passage progressif d’une valeur proche de + 15V à une valeur proche de 0V si le transistor à effet de champ selon l’invention est de type P. Cette variation de tension est progressive dans le sens où la tension de commande ne passe pas de - 15 V ou 15 V à 0V mais prend des valeurs intermédiaires, le passage de - 15 V ou 15 V à 0V prenant plusieurs millisecondes, le transistor à effet de champ étant traversé par un courant très important. Bien sûr une ouverture ou fermeture classique sans courant traversant le transistor à effet de champ peut se faire en moins d’une microseconde. Alternativement, l’étape de précharge comporte l’envoi d’impulsions de courant sur le réseau haute tension, réalisées par des fermetures et ouvertures successives de l’organe de coupure. Les ouvertures de l’organe de coupure sont préférentiellement conditionnées à l’atteinte d’un seuil haut de courant traversant l’organe de coupure. Cette alternative permet de dissiper moins d’énergie pendant la précharge que l’utilisation seule d’une limitation de courant par un pilotage progressif de la tension de commande du transistor à effet de champ selon l’invention.
Dans encore une autre alternative, l’étape de précharge comporte :
- une sous-étape d’envoi d’impulsions de courant sur le réseau haute tension, réalisées par des fermetures et ouvertures successives de l’organe de coupure, suivie
- d’une sous-étape de limitation du courant traversant l’organe de coupure par une variation progressive de la tension entre ladite une des bornes de connexion de grille et celle de la première ou de la deuxième électrode utilisée comme source du transistor à effet de champ.
Cette autre alternative combine les deux techniques de précharge précédentes et offre donc l’avantage d’une faible dissipation d’énergie tout en limitant les à-coups de courant dans les capacités à précharger. De préférence, la sous-étape de limitation est déclenchée lorsque la tension aux bornes du réseau haute tension atteint un seuil haut de tension. Le seuil haut de tension est choisi de sorte à optimiser l’étape de précharge en termes de performances, par exemple est fixé à une valeur comprise entre 70% et 90% de la tension batterie.
De même que pour l’étape de blocage, la limitation de courant et/ou l’envoi d’impulsions de courant sont effectués éventuellement par modification des deux tensions de commande des deux bornes de connexion de grille.
Dans un exemple d’utilisation de l’invention, le procédé de gestion selon l’invention comporte une étape d’ouverture de l’organe de coupure alors que celui-ci est traversé par un courant non nul, l’étape d’ouverture comportant un asservissement de la tension entre ladite une des bornes de connexion de grille et celle de la première ou de la deuxième électrode utilisée comme source du transistor à effet de champ en fonction de la tension aux bornes de l’organe de coupure et/ou en fonction d’une variation du courant traversant l’organe de coupure en fonction du temps.
Cet asservissement est effectué préférentiellement sur les deux tensions de commande des deux bornes de connexion de grille, puisque le courant non nul étant dû à un défaut, il peut provenir de la batterie ou du réseau haute tension. Cette étape d’ouverture de l’organe de coupure sous courant se produit exceptionnellement lorsqu’il faut isoler la batterie haute tension alors que des équipements haute tension sont toujours en fonctionnement, par exemple à la suite d’un crash d’un véhicule implémentant le procédé de gestion selon l’invention. L’impédance du réseau haute tension étant inductive, il faut dissiper l’énergie stockée dans le câblage et les filtres des équipements connectés, ce que permet l’organe de coupure selon l’invention. L’asservissement de la tension de commande dans cette étape, permet de dissiper cette énergie sans détériorer l’organe de coupure, notamment sans provoquer de trop forte surtension aux bornes de l’organe de coupure. En variante, cet asservissement de la tension de commande se fait en fonction de la tension aux bornes du transistor à effet de champ et/ou en fonction d’une variation du courant traversant l’organe de coupure en fonction du temps.
Cet asservissement peut être conditionné à l’atteinte par le courant traversant l’organe de coupure, d’un seuil haut de courant, significatif d’un courant de défaut. Par exemple l’ouverture de l’organe de coupure n’utilise un tel asservissement que lorsque le courant est supérieur à 500A (ampères).
Dans un autre exemple d’utilisation de l’invention, le procédé de gestion selon l’invention comporte une étape d’ouverture de l’organe de coupure, celui-ci étant traversé par un courant nul, l’étape d’ouverture comportant les sous-étapes de :
- blocage du transistor à effet de champ par application d’une tension de blocage entre ladite une des bornes de connexion de grille et celle de la première ou de la deuxième électrode utilisée comme source du transistor à effet de champ,
- blocage du transistor MOSFET,
- coupure d’une alimentation d’un circuit de commande de l’organe de coupure. Lors de l’étape de blocage, on applique en fait au moins une tension de blocage, puisqu’on l’applique éventuellement sur les deux bornes de connexion de grille, c’est-à- dire entre chacune des bornes de connexion de grille et leur électrode la plus proche. Dans cet autre exemple d’ouverture de l’organe de coupure, on n’utilise pas d’asservissement de la tension de commande dès lors que le courant est nul ou quasi nul c’est-à-dire inférieur à 100 mA. Enfin dans encore un autre exemple d’utilisation de l’invention, l’étape de précharge est suivie d’une étape de recharge de la batterie haute tension par une borne de charge. Dans ce cas, l’étape de recharge est précédée d’une étape dans laquelle on applique une tension quasi nulle entre l’autre des bornes de connexion de grille et celle de la première ou de la deuxième électrode utilisée comme source du transistor à effet de champ, cette électrode étant différente entre ces deux étapes, lorsqu’une telle tension n’était pas déjà appliquée lors de l’étape de précharge précédente. En effet lorsqu’on n’utilise qu’une tension de commande, il faut tenir compte du sens de passage du courant.
Dans cet autre exemple d’utilisation de l’invention, la capacité préchargée lors de l’étape de précharge est une capacité d’entrée de la borne de charge, le réseau haute tension étant alors constitué de liaisons électriques haute tension permettant de connecter la borne de charge à la batterie haute tension.
Lorsque l’étape de précharge est suivie d’une étape de consommation d’énergie par le réseau haute tension, les deux tensions de commande des bornes de connexion de grille du transistor à effet de champ de l’organe de coupure sont quasi nulles, pour permettre à la batterie d’être rechargée pendant les phases régénératives de roulage du véhicule.
Enfin l’invention concerne un véhicule comportant une batterie haute tension et un réseau haute tension, chacune des bornes de la batterie haute tension étant connectée au réseau haute tension par l’intermédiaire d’un organe de coupure selon l’invention. Dans ce véhicule de préférence, deux organes de coupure connectent la batterie haute tension au réseau haute tension, cette connexion entre la batterie haute tension et le réseau haute tension étant faite sans contacteurs ni fusibles.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
[fig 1] déjà décrite en relation avec l’art antérieur, représente une batterie haute tension d’un véhicule connectée à un réseau haute tension du véhicule par l’intermédiaire de contacteurs, [fig 2] représente un transistor à effet de champ selon l’invention, dans un mode de réalisation de l’invention,
[fig 3] représente un organe de coupure selon l’invention, dans un mode de réalisation de l’invention, ainsi qu’un circuit de commande de cet organe de coupure,
[fig 4] représente une batterie haute tension d’un véhicule, connectée à un réseau haute tension du véhicule par l’intermédiaire d’organes de coupure selon l’invention, dans un mode de réalisation de l’invention,
[fig 5] représente des étapes d’un procédé de gestion de la fourniture d’énergie dans le réseau haute tension de la figure 4, dans un mode de réalisation de l’invention, [fig 6] représente l’évolution d’une tension de commande d’un transistor à effet de champ d’un organe de coupure représenté à la figure 4, ainsi que l’évolution du courant dans la batterie haute tension représentée à la figure 4, et l’évolution de la tension aux bornes du réseau haute tension représenté à la figure 4, lors d’une étape de précharge du procédé de gestion de la figure 5, et
[fig 7] représente une étape d’ouverture sous courant lorsqu’un courant de défaut apparaît, mise en œuvre par le procédé de gestion de la figure 5.
Selon un mode de réalisation de l’invention représenté en figure 2, un transistor à effet de champ 100 à jonction et à structure latérale selon l’invention comporte :
- une première couche support 10 formée de carbure de silicium (SiC) de type P, fortement dopée en bore (ce qui se traduit par la notation « P+ » figure 2) par exemple par implantation ionique,
- une deuxième couche semiconductrice 12 de type P en carbure de silicium mais moins fortement dopée en bore (ce qui se traduit par la notation « P- » figure 2), formée par épitaxie au-dessus de la première couche support 10,
- une troisième couche semiconductrice 14 de type N en carbure de silicium, formée également par épitaxie au-dessus de la deuxième couche support 12,
- une première zone 16 et une deuxième zone 18 de type N en carbure de silicium, fortement dopées par exemple en phosphore (ce qui se traduit par la notation « N+ » figure 2) et réalisées par exemple par photolithographie puis implantation et diffusion sur la troisième couche semi-conductrice 14, ces première et deuxième zones étant réalisées chacune à une extrémité distincte de la couche semi-conductrice 14, ou proches de ces extrémités,
- une troisième zone 20 et une quatrième zone 22 de type P en carbure de silicium, fortement dopées par exemple en bore et réalisées par exemple par photolithographie puis implantation et diffusion sur la troisième couche semi-conductrice 14, la troisième zone 20 étant proximale à la première zone 16 par rapport à la deuxième zone 18, et la quatrième zone 22 étant proximale à la deuxième zone 18 par rapport à la première zone 16,
- une première électrode el métallique en contact avec la première zone 16,
- une deuxième électrode e2 métallique en contact avec la deuxième zone 18,
- une première borne de connexion de grille gl métallique en contact avec la troisième zone 20,
- une deuxième borne de connexion de grille g2 métallique en contact avec la quatrième zone 22, et
- une couche isolante 15, par exemple en dioxyde de silicium (SiO2) recouvrant la surface libre de la troisième couche conductrice 14 et isolant entre elles, les électrodes el, e2 et les bornes de connexion de grille gl, g2.
Les première, deuxième, troisième et quatrième zones 16, 18, 20, 22 s’étendent chacune éventuellement à la surface de la troisième couche conductrice 14 au-delà des limites de l’électrode ou de la borne de connexion de grille la recouvrant en partie, auquel cas ces zones sont recouvertes, sur cette surface, de la couche isolante 15 là où elles ne sont pas recouvertes d’une électrode ou d’une borne de connexion de grille. Bien sûr les première, deuxième, troisième et quatrième zones 16, 18, 20, 22 ne se touchent pas entre elles.
La distance qui sépare la première borne de connexion de grille gl de la deuxième borne de connexion de grille g2 est par exemple comprise entre 15 à 20 pm (micromètres) pour un transistor à effet de champ 100 supportant jusqu’à 1200V. De plus pour un tel transistor à effet de champ 100, la distance qui sépare la première borne de connexion de grille gl de la première électrode el, ainsi que la distance qui sépare la deuxième borne de connexion de grille g2 de la deuxième électrode e2, sont de l’ordre de 1 pm. Enfin l’épaisseur des couches d’épitaxie est par exemple de 4 à 6 pm pour un tel transistor à effet de champ 100.
Le transistor à effet de champ 100 a donc un canal N formé par la troisième couche conductrice 14. La première électrode el est utilisable comme drain ou source. Lorsqu’elle est utilisée comme drain, alors la deuxième électrode e2 est utilisée comme source et la deuxième borne de connexion de grille g2 permet d’ouvrir le transistor à effet de champ 100 par application d’une tension de commande Vg2 (référencée figure 3) d’environ -15V entre la deuxième borne de connexion de grille g2 et cette deuxième électrode e2, c’est-à-dire en mettant la deuxième électrode e2 à un potentiel plus élevé de 15V que la deuxième borne de connexion de grille g2.
Lorsqu’au contraire la première électrode el est utilisée comme source, alors la deuxième électrode e2 est utilisée comme drain et la première borne de connexion de grille gl permet d’ouvrir le transistor à effet de champ 100 par application d’une tension de commande Vgl (référencée figure 3) d’environ -15V entre la première borne de connexion de grille glet la première électrode el, c’est-à-dire en mettant la première électrode el à un potentiel plus élevé de 15V que la première borne de connexion de grille gl.
Bien sûr de nombreuses variantes de réalisation sont possibles, par exemple en variante le transistor à effet de champ selon l’invention est à canal de type P, auquel cas les types des différentes couches doivent être inversés. Egalement d’autres types de dopant que le bore ou le phosphore sont bien sûr utilisables, et des variantes de fabrication sont utilisables, par exemple la formation de la deuxième couche semiconductrice 12 utilise un four de diffusion ou une implantation ionique.
La figure 3 illustre maintenant comment est connecté le transistor à effet de champ 100 dans un organe de coupure 200 selon l’invention. Afin de rendre l’organe de coupure 200 ouvert en l’absence de tension de commande, on connecte en série au transistor à effet de champ 100, un transistor MOSFET 110 à enrichissement, de type N dans ce mode de réalisation de l’invention, en montage cascode.
Une première borne de l’organe de coupure 200 est la première électrode el du transistor à effet de champ 100. Le drain du transistor MOSFET 110 est connecté à la deuxième électrode e2 du transistor à effet de champ 100, et la source du transistor MOSFET 110 comporte une électrode e3 formant une deuxième borne de l’organe de coupure 200.
La source du transistor MOSFET 110 est connectée à la deuxième borne de connexion de grille g2 par une résistance ou connexion résistive Rg.
Un circuit de commande 4 permet d’appliquer :
- une première tension de commande Vgl entre la première connexion de grille gl et la première électrode el,
- une deuxième tension de commande Vg2 entre la deuxième connexion de grille g2 et la deuxième électrode e2, et
- une troisième tension de commande Vg3 entre la grille du transistor MOSFET 110 et la source du transistor MOSFET 110.
Le circuit de commande 4 est apte à recevoir une mesure de tension Vc effectuée par un voltmètre 2 aux bornes de l’organe de coupure 200 c’est-à-dire entre les électrodes el et e3. Il est également apte à recevoir une mesure de courant le traversant l’organe de coupure 200.
Lorsque le transistor MOSFET 110 se bloque, la deuxième tension de commande Vg2 devient négative grâce à la connexion résistive entre la deuxième borne de connexion de grille g2 et la source du transistor MOSFET 110, bloquant le transistor à effet de champ 100 dès lors que cette deuxième tension de commande Vg2 devient inférieure à la tension de blocage du transistor à effet de champ 100.
Bien entendu d’autres variantes de connexion sont possibles pour former l’organe de coupure 200, notamment le transistor MOSFET peut être connecté par son drain ou sa source à la première électrode el suivant le rôle de celle-ci. De plus lorsque le transistor MOSFET est d’un type différent du transistor à effet de champ (par exemple respectivement P et N), les connexions sont modifiées en conséquence.
Comme représenté figure 4, dans un exemple d’utilisation de l’invention, deux organes de coupures 200 et 202 selon l’invention sont utilisés à la place de contacteurs batterie dans le circuit haute tension de la figure 1. Les connexions résistives Rg de ces organes de coupure ne sont pas représentées pour simplifier la figure 4. Notamment l’organe de coupure 200 est connecté par la première électrode el correspondant à sa première borne à une borne positive de la batterie 30, et est connecté par l’électrode e3 correspondant à sa deuxième borne, à une première borne du réseau haute tension 300.
L’organe de coupure 202 est identique à l’organe de coupure 200, notamment il comporte un transistor à effet de champ 102 identique au transistor à effet de champ 100 et connecté en série avec un transistor MOSFET 112 à enrichissement identique au transistor MOSFET 110. Les électrodes et bornes de connexion du transistor à effet de champ 102 et du transistor MOSFET 112 sont donc référencées de la même façon que les électrodes et bornes de connexion du transistor à effet de champ 100 et du transistor MOSFET 110.
L’électrode e3 de la source du transistor MOSFET 112 est connectée à une borne négative de la batterie 30, et la première électrode el du transistor à effet de champ 102 est connectée à une deuxième borne du réseau haute tension, distincte de la première borne du réseau haute tension.
Ainsi le potentiel au niveau de la première électrode el du transistor à effet de champ 100,102 est toujours supérieur au potentiel au niveau de la source du transistor MOSFET 110, 112 lorsque la batterie est connectée à des consommateurs d’énergie, ce qui assure un blocage naturel des MOSFET 110, 112 lorsqu’ils ne sont pas alimentés. Le réseau 300 haute tension comporte une capacité 28 connectée entre sa première borne et sa deuxième borne, ainsi qu’un onduleur connecté en parallèle de la capacité 28, et un moteur électrique triphasé connecté en sortie de l’onduleur. La tension aux bornes du réseau 300 haute tension est notée VHT, et la tension aux bornes de la batterie 30 haute tension est notée VBATT.
Un procédé de gestion 400 selon l’invention, de la fourniture d’énergie dans le réseau 300 haute tension par la batterie 30, est maintenant décrit en relation avec la figure 5. Le procédé de gestion 400 est par exemple implémenté de manière logicielle dans un calculateur principal du véhicule équipé de la batterie 30, des organes de coupure 200, 202 et du réseau 300 haute tension. Ce calculateur est connecté via un bus CAN (d’après l’anglais « Controller Area Network ») au circuit analogique de commande 4. Préalablement à la mise en œuvre du procédé de gestion 400, le véhicule est dans un état 402 de veille, c’est-à-dire endormi, un utilisateur du véhicule ayant stationné le véhicule et en ayant verrouillé les portières. Dans cet état 402, le circuit de commande 4 n’est pas alimenté et les organes de coupure 200, 202 sont ouverts, notamment du fait qu’une tension nulle est établie naturellement entre la grille et la source de chacun des transistors MOSFET 110, 112 en l’absence de tension de commande entre cette grille et cette source. De ce fait, une tension négative apparaît entre la borne de connexion de grille g2 et la deuxième électrode e2 de chacun des transistors à effet de champ 100 et 102 ce qui a pour effet de les bloquer. C’est l’effet cascode.
Lorsque le véhicule sort du mode veille, le circuit de commande 4 est alimenté et le calculateur principal du véhicule active 404 les organes de coupure 200, 202 de sorte à permettre une fermeture rapide de ceux-ci. Cette étape d’activation 404 comporte les sous-étapes de :
- blocage 4040 de chaque transistor à effet de champ 100, 102 par application d’une tension de blocage de - 15 V entre la deuxième connexion de grille g2 du transistor à effet de champ 100, 102 et sa deuxième électrode e2 qui fonctionne comme une source du transistor à effet de champ 100, 102, et par application d’une tension de blocage de - 15V entre la première connexion de grille gl du transistor à effet de champ 100, 102 et sa première électrode el qui fonctionne comme un drain du transistor à effet de champ 100, 102,
- mise en conduction 4042 des transistors MOSFET 110, 112 par application d’une tension positive d’environ 15V entre la grille de chacun d’entre eux et la source de chacun d’entre eux, et
- attente 4044 d’une demande de fermeture des organes de coupure 200, 202.
Une fois les organes de coupure 200, 202 activés, leur fermeture ou ouverture est déclenchée uniquement par la commande des bornes de connexion de grille gl et g2 de leur transistor à effet de champ 100, 102. Les tensions de commande Vg2 et Vgl appliquées pour fermer les transistors à effet de champ 100, 102 sont chacune de 0V environ, par exemple comprises entre 0V et -IV, et les tensions de commande Vg2 et Vgl appliquées pour ouvrir les transistors à effet de champ 100, 102 sont chacune de - 15V environ, par exemple comprises entre -10V et -20V. Les transistors MOSFET 110, 112 ne servent qu’à maintenir ouvert le circuit haute tension du véhicule en l’absence d’alimentation du circuit de commande 4.
Pour résumer, chaque transistor à effet de champ 100, 102 est :
- équivalent à un circuit ouvert lorsque ses tensions de commande Vgl et Vg2 sont égales à la tension de blocage du transistor à effet de champ 100, 102,
- équivalent à un circuit fermé lorsque ses tensions de commande Vgl et Vg2 sont quasi nulles,
- équivalent à une diode passante dans le sens de la deuxième électrode e2 à la première électrode el lorsque la tension de commande Vgl est quasi nulle tandis que la tension de commande Vg2 est égale à la tension de blocage du transistor à effet de champ 100, 102, et
- équivalent à une diode passante dans le sens de la première électrode el à la deuxième électrode e2 lorsque la tension de commande Vg2 est quasi nulle tandis que la tension de commande Vgl est égale à la tension de blocage du transistor à effet de champ 100, 102.
Bien que dans ce mode de réalisation du procédé de gestion 400 selon l’invention, on n’utilise pas le mode de fonctionnement des transistors à effet de champ 100, 102 correspondant à des diodes, une telle utilisation est envisageable en variante de réalisation.
Lorsque le calculateur principal du véhicule reçoit une demande de fermeture des organes de coupure 202, 204, par exemple suite à une demande de démarrage du moteur électrique véhicule, il met en œuvre une étape de précharge 406 de la capacité 28.
L’étape de précharge 406 comporte une première sous-étape d’envoi d’impulsions 4060 de courant sur le réseau 300 haute tension, réalisées par des fermetures 24 et ouvertures successives des organes de coupure 200, 202, comme représenté sur la figure 6. Bien sûr en variante l’un des organes de coupure 200, 202 peut être maintenu fermé tandis que l’autre organe de coupure 202, 200 réalise les fermetures 24 et ouvertures successives. Dans ce cas l’organe de coupure réalisant les impulsions de courant alterne avec l’autre organe de coupure, par exemple à chaque étape différente de précharge 406 ou sur une même étape de précharge 406 pour symétriser leur usure et/ ou limiter leur échauffement.
Chaque ouverture suivant une fermeture 24 est déclenchée dès l’atteinte d’un seuil haut iMax du courant Ibatt traversant la batterie, ce seuil haut IMax étant par exemple fixé à 200 A, et étant compris préférentiellement entre 50 et 500 A.
La durée des fermetures 24 successives est de quelques centaines de microsecondes chacune et augmente au fur et à mesure que la tension VHT aux bornes du réseau 300 haute tension s’accroît, car le temps t que prend le courant Ibatt pour atteindre le seuil haut IMax s’allonge aussi au fur et à mesure, la tension Vc aux bornes de l’organe de coupure 200 étant (VBATT - VHT). Chaque fermeture 24 se fait par un front raide de tension Vg2, Vgl de -15V à 0V, tandis que chaque ouverture suivant une fermeture 24 est contrôlée de façon à limiter la surtension sur l’organe de coupure 200, 202.
Ces fermetures 24 et ouvertures successives permettent de charger progressivement la capacité 28 donc d’augmenter progressivement la tension VH aux bornes du réseau 300 haute tension.
Lorsque la tension VHT aux bornes du réseau 300 haute tension atteint un seuil haut de tension, fixé par exemple à 70% de la tension VBATT de la batterie 30, le calculateur principal du véhicule met en œuvre, dans cette étape de précharge 406, une deuxième sous-étape de limitation du courant 4062 traversant les organes de coupure 200, 202. Dans cette sous-étape de limitation du courant 4062, une augmentation progressive (continue) 26 des tensions de commande Vg2, Vgl fait passer celles-ci de -15V environ à 0V environ.
En variante, l’étape de précharge 406 se fait uniquement par une commande d’augmentation progressive des tensions Vg2, Vgl jusqu’à une valeur proche de 0V, ou bien uniquement par l’envoi d’impulsions de courant de durées de plus en plus longues. Une fois que la tension VHT aux bornes du réseau 300 haute tension atteint quasiment la tension VBATT aux bornes de la batterie 30 haute tension, les tensions de commande Vgl, Vg2 sont maintenues à la valeur proche de zéro et la batterie 30 haute tension fonctionne en décharge lors d’une étape 410 d’alimentation des équipements haute tension du véhicule.
Alternativement, lorsqu’on fait la batterie 30 haute tension est connectée par l’intermédiaire des organes de coupure 200, 202 à une borne de charge, l’étape de précharge 406 ayant servi à charger une capacité d’entrée de la borne de charge, alors le procédé de gestion 400 met en œuvre une étape de charge 408 de la batterie 30 haute tension.
Une fois l’étape de charge 408 ou d’alimentation 410 du réseau haute tension terminée, le calculateur principal du véhicule commande l’ouverture des organes de coupure 200, 202. On se place à titre d’exemple dans le cas où une décharge 410 vient de se terminer.
Lors d’une étape 414 suivant immédiatement cette commande d’ouverture, si le courant le traversant les organes de coupure 200, 202 est nul ou quasi nul (branche Y du test 412 sur la figure 5), le véhicule étant par exemple arrêté et aucun équipement haute tension du véhicule en marche, alors l’étape d’ouverture 414 des organes de coupure 200, 202 comporte les sous-étapes de :
- blocage 4140 des transistors à effet de champ 100, 102 par application de tensions de commande Vg2, Vgl de -15V entre la deuxième borne de connexion de grille g2 et la deuxième électrode e2 de chaque transistor à effet de champ 100, 102 et respectivement entre la première borne de connexion de grille gl et la première électrode el de chaque transistor à effet de champ 100, 102, puis
- blocage 4142 des transistors MOSFET 110, 112 par application d’une tension nulle entre leurs grilles et leurs sources respectives, puis
- coupure 4144 de l’alimentation du circuit de commande 4.
Le véhicule peut ainsi retourner en mode veille, avec une consommation minimale d’énergie par le réseau de bord 14V du véhicule pour permettre notamment un réveil ultérieur du calculateur principal.
Dans un cas d’utilisation de l’invention où un défaut apparaît dans le réseau 300 haute tension ou dans la batterie 30 haute tension (branche N du test 412 sur la figure 5), générant un courant anormalement haut, le calculateur principal du véhicule met en œuvre une étape 416 d’ouverture des organes de coupure 200, 202 sous courant. L’étape d’ouverture 416 comporte une première sous-étape 4160 de limitation du courant de défaut, représentée figure 7. Lorsque le courant de défaut atteint un seuil ISM haut, par exemple de 500A, le courant le traversant les organes de coupure 200, 202 (égal au courant Ibatt traversant la batterie 30 haute tension) est limité de façon à limiter l’énergie à dissiper lors de l’ouverture qui suivra, ainsi que le stress thermique des câbles et connecteurs qui subissent le courant de défaut.
Pour réaliser cette limitation de courant 4160, on diminue la tension Vg2 de commande de grille de chaque transistor à effet de champ 100, 102 et la tension Vgl de commande de grille de chaque transistor à effet de champ 100,102 jusqu’à atteindre un seuil bas Isc de courant à partir duquel on bloque 4612 les transistors à effet de champ 100, 102 lors d’une deuxième sous-étape. Le seuil bas Isc est par exemple de 100 mA. En effet c’est la variation de courant die/ dt qui crée de la surtension sur le transistor à effet de champ 100, 102 à limiter par les commandes de grilles. Cette limitation peut se faire jusqu’à annulation complète du courant le.
La diminution des tensions Vg2, Vgl de commande de grille des transistors à effet de champ 100, 102 permettant au courant Ibatt d’atteindre un seuil bas Isc de courant, résulte d’un asservissement de ces tensions Vg2, Vgl de commande de grille en fonction de la tension Vc mesurée aux bornes de l’organe de coupure 200, c’est-à-dire que les tensions Vg2, Vgl de commande de grille sont ajustées de sorte à ce que la tension Vc mesurée aux bornes de l’organe de coupure ne dépasse pas un seuil critique de tenue en tension des transistors à effet de champ 100, 102, minoré d’une marge de sécurité par exemple d’une vingtaine de volts.
En variante, les tensions Vg2, Vgl de commande de grille sont asservies en fonction de la mesure du courant le traversant l’organe de coupure 200 et plus précisément en fonction de la variation die/ dt de ce courant en fonction du temps. Ainsi les tensions Vg2, Vgl de commande de grille sont ajustées de sorte à ce que cette variation ne dépasse pas un seuil prédéterminé de variation maximale du courant.
Dans une autre variante, les tensions Vg2, Vgl de commande de grille sont asservies à la fois en fonction de la mesure du courant le traversant l’organe de coupure 200 et en fonction de la tension Vc mesurée aux bornes de l’organe de coupure 200, de sorte que ni le seuil critique de tenue en tension des transistors à effet de champ 100, 102, minoré de la marge de sécurité, ni le seuil prédéterminé de variation maximale de courant, ne soient atteints.
Une fois le seuil bas Isc de courant atteint, l’ouverture des organes de coupure s’effectue par :
- la deuxième sous-étape 4162 de blocage des transistors à effet de champ 100, 102, en appliquant des tensions de commande Vg2, Vgl de -15V entre la deuxième borne de connexion de grille g2 et la deuxième électrode e2 de chaque transistor à effet de champ 100, 102 et respectivement entre la première borne de connexion de grille gl et la première électrode el de chaque transistor à effet de champ 100, 102, suivie
- par une troisième sous-étape de blocage 4164 des transistors MOSFET 110, 112 par application d’une tension nulle entre leurs grilles et leurs sources respectives, suivie
- par une quatrième sous-étape de coupure 4166 de l’alimentation du circuit de commande 4.
L’étape 416 d’ouverture sous courant est réalisée de manière à ne pas détériorer les organes de coupure 200, 202, et peut donc être répétée de très nombreuses fois sans avoir besoin de remplacer ces organes de coupure 200, 202, préférentiellement intégrés dans le pack batterie pour garantir une absence de tension sur les connecteurs du pack batterie. L’invention permet donc de réaliser des économies par rapport à un système classique de contacteurs, qui nécessite un système de précharge dédié, et permet de préserver les câbles et connecteurs du réseau 300 haute tension du véhicule grâce à la fonction de limitation de courant réalisée par les organes de coupure 200, 202.
De plus, bien que les organes de coupure 200, 202 nécessitent un refroidissement, et que le circuit de commande 4 nécessite une alimentation, cette alimentation et ce refroidissement sont éventuellement mis en œuvre par des équipements intégrés au pack batterie et non spécifiques aux organes de coupure 200, 202. Par exemple l’alimentation du circuit d’alimentation 4 est partagée avec celle du réseau de bord du véhicule, tandis que le refroidissement des organes de coupure 200, 202 réutilisent par exemple un système de refroidissement des cellules de la batterie. Il est à noter que l’invention n’est pas limitée à une application dans un véhicule automobile, mais peut trouver d’autres applications notamment dans tout système comportant une batterie haute tension qui doit être déconnectée de ses consommateurs lors de phases d’arrêt ou de maintenance. Par exemple l’organe de coupure selon l’invention peut être utilisé dans un système de stockage d’énergie utilisant un générateur photovoltaïque, et dans divers systèmes équipés de batterie haute tension comme des engins de chantier.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Notamment les caractéristiques des différentes variantes de réalisation de l’invention envisagées dans cette demande, peuvent être combinées pour réaliser l’invention, dans la mesure où ces variantes ne sont pas incompatibles entre elles.

Claims

REVENDICATIONS
1- Transistor à effet de champ (100, 102) à jonction et à structure latérale, comportant :
- au moins une couche support (10) d’un premier type de conductivité,
- au moins une couche semiconductrice (14) d’un second type de conductivité superposée à la couche support (10) et apte à former un canal entre une source et un drain,
- une première électrode (el) implantée sur la couche semiconductrice (14) et apte à former la source ou le drain,
- une deuxième électrode (e2) implantée sur la couche semiconductrice (14) et apte à former le drain ou la source,
- une zone (18) dopée selon le premier type de conductivité en contact d’une part avec la couche semiconductrice (14) et d’autre part avec une borne de connexion de grille (gl) située entre les première et deuxième électrodes (el, e2) et isolée électriquement des première et deuxième électrodes (el, e2), le transistor à effet de champ (100, 102) étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre une zone supplémentaire (20) dopée selon le premier type de conductivité, en contact avec d’une part la couche semiconductrice (14) et d’autre part avec une autre borne de connexion de grille (g2) située entre la borne de connexion de grille (gl) et la deuxième électrode (e2), et isolée électriquement de la borne de connexion de grille (gl) et de la deuxième électrode (e2).
2- Organe de coupure (200, 202) comportant un transistor à effet de champ (100, 102) selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins un transistor MOSFET (110, 112) à enrichissement, connecté en série avec le transistor à effet de champ (100) selon un montage cascode.
3- Procédé de gestion (400) de la fourniture d’énergie dans un réseau (300) haute tension connecté à une batterie (30) haute tension par l’intermédiaire d’au moins un organe de coupure (200) selon la revendication 2, le procédé de gestion (400) étant caractérisé en ce qu’il comporte une étape d’activation (404) de l’organe de coupure (200) comportant des sous-étapes de : - blocage (4040) du transistor à effet de champ (100) par application d’une tension de blocage entre une des bornes de connexion de grille (g2) et celle de la première ou de la deuxième électrode (e2) utilisée comme source du transistor à effet de champ (100)
- mise en conduction (4042) du transistor MOSFET (110), et
- attente (4044) d’une demande de fermeture de l’organe de coupure (200).
4- Procédé de gestion (400) de la fourniture d’énergie dans un réseau (300) haute tension selon la revendication 3, comportant une étape de précharge d’au moins une capacité (28) connectée au réseau (300) haute tension, l’étape de précharge comportant une limitation du courant (le) traversant l’organe de coupure (200) par une variation progressive de la tension (Vg2) entre ladite une des bornes de connexion de grille (g2) et celle de la première ou de la deuxième électrode (e2) utilisée comme source du transistor à effet de champ (100).
5- Procédé de gestion (400) de la fourniture d’énergie dans un réseau (300) haute tension selon la revendication 3, comportant une étape de précharge d’au moins une capacité (28) connectée au réseau (300) haute tension, l’étape de précharge comportant l’envoi d’impulsions de courant sur le réseau (300) haute tension, réalisées par des fermetures et ouvertures successives de l’organe de coupure (200).
6- Procédé de gestion (400) de la fourniture d’énergie dans un réseau (300) haute tension selon la revendication 3, comportant une étape de précharge (406) d’au moins une capacité (28) connectée au réseau (300) haute tension, l’étape de précharge (406) comportant :
-une sous-étape d’envoi d’impulsions (4060) de courant sur le réseau haute tension, réalisées par des fermetures et ouvertures successives de l’organe de coupure (200), suivie
- d’une sous-étape de limitation du courant (4062) traversant l’organe de coupure (200) par une variation progressive de la tension (Vg2) entre ladite une des bornes de connexion de grille (g2) et celle de la première ou de la deuxième électrode (e2) utilisée comme source du transistor à effet de champ (100).
7- Procédé de gestion (400) de la fourniture d’énergie dans un réseau (300) haute tension selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, comportant une étape d’ouverture (416) de l’organe de coupure (200) alors que celui-ci est traversé par un courant (le) non nul, l’étape d’ouverture (416) comportant un asservissement de la tension entre ladite une des bornes de connexion de grille (g2) et celle de la première ou de la deuxième électrode (e2) utilisée comme source du transistor à effet de champ (100) en fonction de la tension (Vc) aux bornes de l’organe de coupure (200) et/ou en fonction d’une variation du courant (le) traversant l’organe de coupure (200) en fonction du temps (t).
8- Procédé de gestion (400) de la fourniture d’énergie dans un réseau (300) haute tension selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, comportant une étape d’ouverture (414) de l’organe de coupure (200), celui-ci étant traversé par un courant (le) nul, l’étape d’ouverture (414) comportant les sous-étapes de :
- blocage (4140) du transistor à effet de champ (100) par application d’une tension de blocage entre ladite une des bornes de connexion de grille (g2) et celle de la première ou de la deuxième électrode (e2) utilisée comme source du transistor à effet de champ (100),
- blocage (4142) du transistor MOSFET (110),
- coupure (4144) d’une alimentation d’un circuit de commande (4) de l’organe de coupure (200).
9- Procédé de gestion (400) de la fourniture d’énergie dans un réseau (300) haute tension selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans laquelle l’étape de précharge (406) est suivie d’une étape de recharge (408) de la batterie (30) haute tension par une borne de charge.
10- Véhicule comportant une batterie (30) haute tension et un réseau (300) haute tension, chacune des bornes de la batterie (30) haute tension étant connectée au réseau (300) haute tension par l’intermédiaire d’un organe de coupure (200, 202) selon la revendication 2.
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