Qu’est-ce qu’un circuit intégré de puissance ?
Circuit intégré de puissance est un terme générique désignant les circuits intégrés (CI) contenant des semi-conducteurs de puissance utilisés dans les circuits de haute puissance.
Les semi-conducteurs de puissance comprennent les transistors de puissance, les MOSFET de puissance et les IGBT. Parmi les matériaux semi-conducteurs, les composants électroniques qui contrôlent des courants élevés supérieurs à 1 A sont appelés semi-conducteurs de puissance. Les semi-conducteurs de puissance comprennent également des composants électroniques tels que les transistors et les thyristors.
Utilisations des circuits intégrés de puissance
Les circuits intégrés de puissance sont largement utilisés dans les applications industrielles.
Les utilisations des circuits intégrés de puissance sont les suivantes :
- Modules de commande de cellules solaires
- Circuits d’éclairage pour l’éclairage LED
- Unités de contrôle pour les véhicules électriques
- Unités d’inversion pour les climatiseurs à inverseur
Le marché des circuits intégrés de puissance devrait se développer à l’avenir, notamment en raison de l’augmentation considérable de la demande d’unités embarquées dans les véhicules.
Principe des circuits intégrés de puissance
Les circuits intégrés de puissance contrôlent la tension pour entraîner les moteurs et charger les batteries d’accumulateurs. Ce sont les semi-conducteurs centraux qui contrôlent l’alimentation et la puissance, et ils sont destinés à la conversion CA/CC et à l’augmentation de la tension des alimentations en courant continu
Fondamentalement, l’action de redressement des éléments semi-conducteurs et les caractéristiques des condensateurs sont utilisées dans de nombreux cas. Les alimentations sont contrôlées en utilisant des éléments semi-conducteurs pour une commutation rapide de l’alimentation et en l’amplifiant et en la lissant avec des condensateurs.
Autres informations sur les circuits intégrés de puissance
1. Semi-conducteurs contrôlés par les circuits intégrés de puissance
Les semi-conducteurs intégrés dans les circuits intégrés de puissance comprennent les éléments suivants :
Diodes :
- Diodes de redressement générales
- Diodes à récupération rapide
- Diodes à barrière Schottky
diodes Zener - Transistors
Transistors bipolaires :
- MOSFETs
- IGBT
Plus récemment, le carbure de silicium (SiC), qui a une tension de tenue élevée et est excellent pour la commutation rapide, a également été utilisé. Il existe également des modules de puissance intelligents (IPM) qui intègrent des transistors, des pilotes haute tension et d’autres circuits intégrés dans un seul boîtier.
2. Perspectives d’avenir du marché des circuits intégrés de puissance
Le 20 juillet 2020, Yano Research Institute Ltd a publié ses prévisions concernant le marché mondial des semi-conducteurs de puissance. Sur la base d’entretiens avec des fabricants de semi-conducteurs et autres, et d’une étude documentaire menée entre janvier et juin 2020, l’entreprise prévoit que le marché atteindra 24 351 millions de dollars d’ici 2025.
La demande de semi-conducteurs de puissance est divisée en quatre secteurs : information et communications, consommation, industrie et automobile. Dans le secteur de l’information en particulier, les investissements dans les équipements d’infrastructure tels que les stations de base 5G devraient progresser.
De plus, les semi-conducteurs de puissance sont désavantagés en termes de coûts par rapport aux semi-conducteurs conventionnels. Dans le secteur automobile, où la concurrence sur les coûts est rude, ils n’ont été utilisés que dans des domaines limités. Ces dernières années, les circuits intégrés de puissance ont été utilisés dans les onduleurs des moteurs de certains véhicules électriques. En conséquence, la taille du secteur automobile a presque doublé en 2019 par rapport à 2018.
Dans les secteurs de la consommation et de l’industrie, le marché s’est également remis du ralentissement provoqué par la catastrophe de Covid-19 pour atteindre la même taille de marché qu’auparavant en 2022. Il devrait donc renouer avec la croissance d’ici 2023.
3. Le SiC en tant que matériau pour les circuits intégrés de puissance
Le SiC (carbure de silicium) est un semi-conducteur composé de silicium et de carbone.
Il possède un champ de rupture diélectrique environ 10 fois supérieur à celui du Si et une bande interdite environ trois fois supérieure à celle du Si, et devrait devenir un matériau semi-conducteur de puissance de la prochaine génération. Cela signifie que pour une même tension de tenue, la couche semi-conductrice peut être 10 fois plus fine que le Si. Les couches plus minces réduisent la résistance et permettent de fonctionner avec une consommation d’énergie plus faible.
En d’autres termes, en utilisant le SiC comme matériau pour les circuits intégrés de puissance, il est possible de créer des circuits intégrés avec une consommation d’énergie plus faible et une tension de claquage plus élevée que par le passé. Le GaN (nitrure de gallium) et le Ga2O3 devraient également être utilisés comme autres matériaux semi-conducteurs de puissance.