Un MOSFET utilisé comme interrupteur contrôle le flux de courant en modifiant la tension de grille. Il est utilisé car il commute rapidement, nécessite très peu de courant d’entrée et peut fonctionner efficacement sur de nombreux circuits.
Fonctionnement de commutation d’un MOSFET
Un MOSFET utilisé comme interrupteur est un dispositif semi-conducteur qui contrôle le flux de courant entre la pression et la source en appliquant une tension de grille. La grille détermine si le chemin entre le drain et la source reste éteint ou s’allume. Comme la grille a une impédance d’entrée très élevée, elle nécessite très peu de courant d’entrée pour contrôler la commutation. Cela rend le MOSFET utile dans les circuits nécessitant une commutation rapide et efficace.
Processus de commutation des MOSFET
L’action de commutation d’un MOSFET dépend de la tension porte-source, ou VGS. Lorsque la tension de grille reste en dessous du seuil nécessaire pour former un canal conducteur, le MOSFET reste éteint et le courant ne circule pas dans le chemin drain-source. Lorsque la tension de grille atteint le niveau requis, le canal se forme et le MOSFET s’active, permettant le courant de circuler.
États MOSFET ON et OFF
Un commutateur MOSFET comporte deux états principaux de fonctionnement : OFF et ON.
• En état OFF, la tension de la grille-source est trop basse pour former un canal, de sorte que le courant ne peut pas circuler entre la décharge et la source. Dans cet état, le MOSFET bloque le flux de courant.
• Dans l’état ON, la tension de la porte à la source est suffisamment élevée pour former un canal conducteur. Le courant peut alors circuler entre le drain et la source, et le MOSFET a une faible résistance d’allumage.
Types et configurations de commutateurs MOSFET
MOSFET N-Channel
Un MOSFET à canal N est courant dans les circuits de commutation car il présente une résistance d’allumage plus faible. Il s’active lorsque la tension de la grille dépasse la tension de la source.
MOSFET à canal P
Un MOSFET à canal P s’active lorsque la tension de grille est inférieure à la tension de la source. Il est souvent utilisé lorsque l’interrupteur est placé du côté alimentation du circuit.
Commutation du côté bas
Dans la commutation à bas niveau, le MOSFET est placé entre la charge et la masse. Cette configuration est utilisée avec les MOSFET N-canaux.
Commutation du côté haut
Dans la commutation high-side, le MOSFET est placé entre l’alimentation et la charge. Cette configuration est utilisée lorsque la charge reste connectée à la terre.
Paramètres principaux du commutateur MOSFET
• La tension drain-source nominale est la tension maximale que le MOSFET peut supporter entre la décharge et la source.
• La classification de courant indique la quantité de courant que le MOSFET peut transporter dans des conditions spécifiées.
• RDS(on) est la résistance source de drain lorsque le MOSFET est activé. Elle influence la chute de tension et la perte de conduction.
• La tension seuil de porte est la tension de la porte à la source à laquelle le MOSFET commence à conduire. Il montre le début de la formation du canal, pas la performance complète de commutation.
• La charge de la grille est la quantité de charge nécessaire pour modifier la tension de la grille lors de la commutation. Cela affecte le comportement de commutation.
Perte d’énergie et protection des MOSFET
Un MOSFET utilisé comme interrupteur subit une certaine perte de puissance. Lorsqu’il est allumé, la perte de conduction se produit parce que l’appareil a encore une faible résistance d’allumage. Lors de l’allumage et de l’extinction, une perte de commutation survient également car tension et courant se chevauchent brièvement lorsque le MOSFET change d’état.
Dans les circuits réels, la commutation peut aussi soumettre le MOSFET à des contraintes électriques. Les charges inductives peuvent créer des pics de tension lorsque le courant est soudainement interrompu. Ces effets peuvent affecter le fonctionnement et les besoins de protection de l’appareil.
Applications du MOSFET comme commutateur
• Utilisé dans les circuits d’alimentation pour la commutation lors de la conversion de tension
• Appliqué dans les circuits de commande des moteurs pour commuter la puissance afin de contrôler la vitesse et la direction
• Utilisé dans les circuits LED pour commuter les charges d’éclairage
• Courant dans les appareils alimentés par batterie pour un contrôle efficace de l’alimentation
• Appliqué dans les circuits numériques et de contrôle comme interrupteurs électroniques
Comparaison : MOSFET en tant que Switch vs BJT en tant que Switch
| Aspect | MOSFET comme interrupteur | BJT en tant que Switch |
|---|---|---|
| Méthode de contrôle | Contrôlé par la tension de grille | Contrôlé par le courant de base |
| Exigence d’entrée | Nécessite très peu de courant d’entrée | Nécessite un courant de base continu |
| Impédance d’entrée | Très haut | Plus bas que MOSFET |
| Vitesse de commutation | Commutation plus rapide | Commutation plus lente |
| Perte de puissance | Perte ON-State plus faible dans de nombreux cas | Pertes plus élevées dues à la chute de tension |
| Circuit de transmission | Simple entraînement de tension | Nécessite un disque actuel |
| Efficacité | Généralement plus haut | Généralement plus bas |
| Production de chaleur | Plus bas dans de nombreuses applications de commutation | Plus élevé dans de nombreuses applications de commutation |
| Adéquation à la commutation haute fréquence | Plus adapté | Moins adapté |
| Sensibilité | Plus sensible à l’électricité statique | Moins sensible à l’électricité statique |
| Comportement de contrôle actuel | Mieux pour une commutation électronique efficace | Mieux adapté au fonctionnement contrôlé par courant |
| Utilisation typique de commutation | Courant dans les circuits de commutation rapides et efficaces | Courant dans les circuits de commutation simples et à faible coût |
Conclusion
Un MOSFET fonctionne comme un interrupteur en contrôlant le chemin entre le drain et la source avec la tension de la grille. Ses performances dépendent d’un bon entraînement de grille, de classifications correctes des dispositifs, ainsi que du contrôle de la chaleur, des pertes et des contraintes de tension. L’article présente ses principaux types, le comportement de commutation, les paramètres, les applications, ainsi que la comparaison avec la commutation BJT. Comprendre ces points aide à comprendre comment l’appareil fonctionne en toute sécurité dans de vrais circuits.
Foire aux questions [FAQ]
Que fait une résistance de grille dans un circuit MOSFET ?
Une résistance de grille aide à contrôler la vitesse de commutation et à réduire le bruit.
La tension seuil de porte signifie-t-elle que le MOSFET est complètement activé ?
Non. Cela signifie seulement que le MOSFET commence à diriger.
Pourquoi utiliser un MOSFET de niveau logique ?
Il peut s’allumer correctement avec une faible tension de grille.
Pourquoi les charges inductives sont-elles risquées pour un MOSFET ?
Ils peuvent créer des pics de tension qui peuvent endommager le MOSFET.
10,5 La température affecte-t-elle les performances des MOSFET ?
Oui. Des températures plus élevées peuvent augmenter la résistance et la chaleur.
Peut-on tester un MOSFET avant utilisation ?
Oui. Un multimètre peut vérifier les défauts de base.
