Contribution à l'intégration monolithique de protections contre les surtensions :<br />application aux convertisseurs de puissance haute tension

A new over-voltage protection circuit has been developed. In this protection circuit, the dissipative part ismonolithically integrated in the same protected power module chip with almost no additional technologicprocess or modifications. This monolithic integration takes advantage of main switch cooling system to extractover heating. At the same time it minimizes interconnections between the protected transistor and its protectionsystem. This gives high performance results in term of over voltage protection time response and thermal powerremoval capabilities. In addition to that, the design of this protection circuit enables to adjust the protectionvoltage threshold. This is useful for series transistor in high voltage applications. The design aims to improvethe performance and to reduce the cost and the volume of the protection circuit.A model of the BJT as a protection transistor is established. This model is distinguished from the existingmodels because of taking into account that the BJT is used in linear mode. A thermal model of the whole of theintegrated transistors evaluates the behavior of these transistors in spite of the difference between the operatingmode. This model gives the better distribution of the protection transistor cells in the chip. Practical resultsstarting from the auto protected MOSFETs components that we manufactured validates the solution suggested.A demonstrator of a buck converter using two auto protected MOSFETs in series shows the effectiveness of oursolution.Un nouveau circuit de protection contre les surtensions a été développé. Dans ce circuit de protection, la partiedissipative est monolithiquement intégrée dans la même puce du transistor à protéger avec aucune modificationtechnologique additionnelle. Cette intégration monolithique tire profit du système de refroidissement dutransistor à protéger pour le refroidissement de la partie intégrée. En même temps, elle réduit au minimum lesproblèmes de connections entre le transistor à protéger et son système de protection. En plus, la conception dece circuit de protection permet d'ajuster le seuil de tension de protection. C'est utile pour la mise en série destransistors pour des applications à haute tension. Un modèle du BJT comme transistor de protection est établi.Ce modèle se distingue des modèles existants car il prend en compte que le BJT fonctionne en mode linéaire.Un modèle thermique de l'ensemble des transistors intégrés évalue le comportement de ces transistors malgré ladifférence entre leur mode de fonctionnement. Ce modèle donne une meilleure distribution des cellules dutransistor de protection dans la puce. Des résultats pratiques à partir des composants MOSFETs autoprotégésque nous avons fabriqués valident la solution proposée. Un démonstrateur de hacheur série utilisant deuxMOSFETs autoprotégés en série montre l'efficacité de notre solution