MOSFET: méthodologie pour choix et calculs

[invite55d01f21]

Hello,

Quelle est la méthodologie de choix des Mosfet et calculs des résistances associées, dans ce schéma (emprunté sur ce forum à HULK28)?

http://forums.futura-sciences.com/attachments/electronique/327364-differences-entre-2-ne555-timer-switch-tempo..jpg


Je vais tenter de la retrouver. Merci par avance de corriger ce qui est inexact:

CHOIX DU PREMIER MOSFET:

On estime que le circuit consommera moins de 100mA.
On choisit un P-FET avec
I(D)max > 100mA
V(GS)max > 12V
R(DS)on telle que la puissance dissipée < 0.25W (cahier des charges).
Autres critères??

Choix retenu: ZXMP6A17G
https://www.abcelectronique.com/comp...mber=ZXMP6A17G

D'après datasheet, le FET commute à partir de V(GS)on = 4.5V
Il faut donc fixer V(GS) > =4.5V
On retient en outre que: plus V(GS) sera élevée, plus R(DS)on sera faible et mieux ça sera.


Lorsque le contact Reed se ferme, on a un bref courant potentiellement élevé qu'il convient de limiter avec une R.
Quels sont les critères pour définir l'intensité max SVP?

- Le courant admissible par les pistes du circuit imprimé?
- Le courant drain du second Mosfet canal N (faisant office d'automaintien)?
- Y a t il un courant I(GS)max à respecter pour le P-FET? Si oui, est-ce indiqué dans la datasheet??

Ainsi on estime qu'on veut à peu près: Ir <= 0.12A

(Pour l'instant le second Mosfet ne conduit pas).
Loi des mailles:
12-Rx0.12=0
R = 12/0.12
R = 100 ohm

Par ailleurs, on ajoute une R de 100000 pour fixer le potentiel de grille du P-FET lorsque le circuit est ouvert.
Ainsi en régime permanent, étant donné que I(G) est nulle, on obtient:
Ir = 12/100000 = 120µA


CHOIX DU SECOND MOSFET:

On choisit un N-FET compatible porte de niveau logique, soit V(GS)on = 4.5V
I(D)max > 0.12A
R(DS)on telle que la puissance dissippée < 0.25W (cahier des charges).
Autres critères???

Choix retenu: BSS123
https://www.abcelectronique.com/comp...-number=BSS123

R(DS)on = 10 ohm pour V(GS)on=4.5V et I(D)=0.17A

La puissance dissipée max est en pointe: P= RI² = 10x0.12² = 0.144W
et en régime permanent quand le P-FET est commuté: P = 10x0.00012 = 1.2mW


CE QUI ME POSE PROBLEME:

Sachant que pour que le P-FET soit "ON", il faut V(GS) > 4,5V
et que pour le N-FET, il faut V(DS)>V(GS)-V(GS)th

comment fixe-t-on à la fois la tension V(GS) du P-FET et la tension V(DS) du N-FET ???

je constate juste que d'après la loi des mailles, on a:
12 - V(GS) - R.Ir - V(DS) = 0 avec R.Ir négligeable en régime permanent
V(GS) + V(DS) = 12
mais je ne vois pas comment se répartissent ces 2 tensions...
-----

[Antoane]

Bonjour,

CHOIX DU PREMIER MOSFET:

On estime que le circuit consommera moins de 100mA.
On choisit un P-FET avec
I(D)max > 100mA
V(GS)max > 12V
R(DS)on telle que la puissance dissipée < 0.25W (cahier des charges).
Autres critères??
Choix retenu: ZXMP6A17G
https://www.abcelectronique.com/comp...mber=ZXMP6A17G

D'après datasheet, le FET commute à partir de V(GS)on = 4.5V
Il faut donc fixer V(GS) > =4.5V

Il aurait mieux fallu vérifier la compatibilité des tension de commande avant de choisir le mos : t'aurais été bien embêté s'il avait fallu 15 V.
Tension Vds max ?

On retient en outre que: plus V(GS) sera élevée, plus R(DS)on sera faible et mieux ça sera.

Oui, jusqu'à un certain point. 10 - 12 V est en général est maximum. mettre plus ne sert pas à grand chose et dégrade le mosfet (Ggs se rapproche de Vgs_max).

> Lorsque le contact Reed se ferme, on a un bref courant potentiellement élevé qu'il convient de limiter avec une R.
> Quels sont les critères pour définir l'intensité max SVP?

> - Le courant admissible par les pistes du circuit imprimé? Non, sauf cas très particulier.
> - Le courant drain du second Mosfet canal N (faisant office d'automaintien)? > non : le 2nd transistor ne sera mis en conduction qu'après que le pic de courant soit fini.
> - Y a t il un courant I(GS)max à respecter pour le P-FET? Si oui, est-ce indiqué dans la datasheet?? > sans doute, mais on ne s'en soucie pas dans la pratique (de ce que je sais), en particulier car dans les montages courants, le courant est de toute façon limité par l'impédance de grille, intrinsèque au MOSFET.

> Par ailleurs, on ajoute une R de 100000 pour fixer le potentiel de grille du P-FET lorsque le circuit est ouvert. > oui.
> Ainsi en régime permanent, étant donné que I(G) est nulle, on obtient: Ir = 12/100000 = 120µA > oui.

CHOIX DU SECOND MOSFET:

On choisit un N-FET compatible porte de niveau logique, soit V(GS)on = 4.5V
I(D)max > 0.12A
R(DS)on telle que la puissance dissippée < 0.25W (cahier des charges).
Autres critères???

Tension Vds max ?

> La puissance dissipée max est en pointe: P= RI² = 10x0.12² = 0.144W > Mouaif... Pendant le changement d'état du NMOS, il y a simultanément du courant et de la tension aux bornes du MOSFET.

Les dénominations "linéaire" et "saturé" sont inversées entre le mosfet et le transistor bipolaire. Un bipolaire qui conduit le courant avec ~0 V à ses bornes est dit "saturé". Un mosfet dans le même état est dit "en régime linéaire".
donc :
> et que pour le N-FET, il faut V(DS)>V(GS)-V(GS)th > non : il faut Vds~0 et Vgs >> Vgs_th

> je constate juste que d'après la loi des mailles, on a:
>12 - V(GS) - R.Ir - V(DS) = 0 avec R.Ir négligeable en régime permanent
> V(GS) + V(DS) = 12 > oui, mais attention aux notation : tu mélanges dans cette équation le Vgs du PMOS et le Vds du NMOS sans signe distinctif. Ca ne peut que mal finir.

[Vincent PETIT]

Salut,
Bon... soit je n'ai pas compris le montage, soit je ne comprends pas l'analyse du montage par hapto

Je crois que c'est beaucoup plus simple que ça.
On veut qu'en appuyant une fois sur REED, que le montage démarre.



Lorsqu'on appuie sur REED on voit que la grille du P-MOSFET se retrouve sur un pont diviseur formé par la 100kΩ et la 100Ω. La grille se retrouve 10mV et la source a +12V ce qui donne un V_GS de -11.9V. Lorsque REED est relâché V_GS = 0. Dans la doc du ZXMP6A17G on voit que le transistor conduit en dessous de -1V (et il explose en dessous de -20V), ici on est bon puisqu'on varie de 0V a -11.9V, de plus en appliquant une telle tension HULK28 s'assure que son transistor conduit bien. En plus ce transistor peut conduire un courant au moins deux fois supérieur a ce que peut délivrer au maximum le 7805. Pour moi c'est bien comme ça qu'il a choisit la valeurs des deux résistances, de manière a ce que le REED créait le pont diviseur qui fera varier la grille de 0V à -11.9V.

Donc a partir de là le montage a démarré. Le but est maintenant que de l'électronique simule l'appuie du REED. Pour ça il a choisi un petit N-MOSFET puisqu'il doit simplement conduire le faible courant du pont diviseur qui se trouve juste au dessus 12V/(100kΩ+100Ω) = quasi rien..... Les specs de ce petit N-MOSFET sont simples, il doit avoir un V_GS(th) plus bas que la tension de commande sur sa grille, être en capacité de laisser passer un faible courant et même si le R_DS(on) et pourri à la rigueur il participera au pont diviseur. La résistance de pulldown de 100kΩ est nécessaire pour s'assurer de décharger les capa parasites de ces genres de transistors.

Pour moi, la résistance de 100Ω n'est pas une résistance de limitation de l'appel de courant de la grille. Le courant ON de se montage est trop faible.

Mais peut être que je me goure !

[invitee05a3fcc]

Dans la doc du ZXMP6A17G on voit que le transistor conduit en dessous de -1V (et il explose en dessous de -20V),

http://pdf.datasheetcatalog.com/data...kqkeur353y.pdf
Attention, toutes mes explications sont en valeur absolue !
La tension de treshold sert à rien ... sinon que au dessus de 1V , il passe un certain courant dans le PMOS
Pour être sûr que le PMOS est bien conducteur (avec un Rds(on) plus petit que 0,125 ohm pour un courant Id plus petit que 2,2A) la tension grille-drain doit être plus grande que 10V

ici on est bon puisqu'on varie de 0V a -11.9V,

Exact

La résistance de pulldown de 100kΩ est nécessaire pour s'assurer de décharger les capa parasites de ces genres de transistors.

Quand on fait le reset du µC, la broche GP5 est une entrée (tant qu'on ne l'a mise en sortie par soft). Donc on ne peut pas prévoir la tension qu'il y a sur un condensateur déchargé par une résistance quasiment infini . La 100K sert à fixer ce potentiel à 0V .

[A voir en vidéo sur Futura]

[Vincent PETIT]

Merci pour ces précisions DAUDET78.
Je prends bonne note qu'au delà de V_GS(th) le transistor commence a conduire ce qui, en effet, est sacrément différent de ce que j'ai écrit "le transistor conduit" qui sous entends avec son plus petit R_DS(on)

Bien noté aussi pour la pulldown pour fixer une entrée en l'air le temps du démarrage du micro.
Je t'en remercie.

A+

[invite55d01f21]

C'était beaucoup plus simple en effet!
C'est très instructif, merci à tous!!!

[Vincent PETIT]

En tout cas tu te poses de vraies questions hapto et on voit que tu cherches à comprendre.

[invite55d01f21]

En tout cas tu te poses de vraies questions hapto et on voit que tu cherches à comprendre.

je suis un grand débutant et ici j'ai souvent l'impression de jouer dans la cours des grands (vu le niveau des participants du forum) en posant des questions qui peuvent paraitre naïves sinon bêbêtes aux yeux de personnes ayant suivi un cursus en electronique mais tant pis ...
c'est clair que je cherche à comprendre et que je ne veux pas laisser de zone d'ombre D'ailleurs, voir post suivant...

[invite55d01f21]

Une chose m'intrigue encore...

> "pour le N-FET, il faut V(DS)>V(GS)-V(GS)th" > non : il faut Vds~0 et Vgs >> Vgs_th

Pourtant:


Pour de la commutation, ne faut-il pas comprendre qu'il faut V(DS)>V(GS)-V(GS)th comme on peut le voir sur l'image ci-dessus représentant les caractéristiques de transfert d'un Mosfet?

mais dans l'exercice de mon topic on ne se préoccupe pas du tout de fixer la tension V(DS) du N-mosfet?

Certes on a choisi le FET en fonction du V(GS)on mais qu'est-ce qui nous dit que V(DS) sera suffisamment grand pour obtenir une bonne commutation?

[Antoane]

Bonjour,

Ce n'est pas logique : en commutation, on veut que le mosfet se comporte comme un interrupteur idéal, c'est à dire que la chute de tension à l'état passant soit quasi-nule. Il n'y a donc pas de valeur de Vds "suffisament grande" (sauf la valeur Vds_BR, au delà de laquelle le composant (lorsqu'il est ouvert) est détruit).
On veut que la Rds_on soit proche de zéro, et que la chute de tension Rds_on * Id soit proche de zéro, en conséquence.

http://forums.futura-sciences.com/at...tie-mosfet.png > on veut se placer à gauche de la parabole, dans le domaines linéaire : là où Id et Vds sont proportionnels.

[invite55d01f21]

Hello,

ah ok merci, la dernière pièce du puzzle vient de trouver sa place dans mon esprit! (enfin j'espère que c'est la dernière sur ce point )

Pour conclure:

Peut-on remplacer les mosfets CMS initialement choisis par HULK28 par les mosfets traversant que voici:

Alternative au P-mosfet ZXMP6A17G: IRLU9343PBF ou NDP6020P


Alternative au N-mosfet BSS123: IRL540N


Il me semble qu'ils répondent aux critères requis par ce montage, non?
(j'ai choisi les moins chers que j'ai trouvés).

D'avance merci

[Antoane]

Bonjour,
http://www.produktinfo.conrad.com/da..._220_3_FSC.pdf > est un peu léger : 20 V de Vds max et 8 V de Vgs max.

Le http://www.produktinfo.conrad.com/da...n-IRF_540N.pdf a une grosse capa d'entré, il peut être bon de mettre une petite résistance en série avec sa grille (~220Ohm).

en posant des questions qui peuvent paraitre naïves sinon bêbêtes aux yeux de personnes ayant suivi un cursus en electronique mais tant pis ...

Je me permets de rappeler ce qui est indiqué en tête du forum (même si c'est parfoi sun peu présomptueux ) :

Électronique générale, électronique particulière, posez vos questions, débutants ou confirmés, elle y trouvera une réponse.

[invite55d01f21]

Salut,

Le http://www.produktinfo.conrad.com/da...n-IRF_540N.pdf a une grosse capa d'entré, il peut être bon de mettre une petite résistance en série avec sa grille (~220Ohm).

Sous-entends-tu qu'on peut se passer de cette R avec le mosfet initial ?

[Vincent PETIT]

Une chose m'intrigue encore...

Pour de la commutation, ne faut-il pas comprendre qu'il faut V(DS)>V(GS)-V(GS)th comme on peut le voir sur l'image ci-dessus représentant les caractéristiques de transfert d'un Mosfet?

mais dans l'exercice de mon topic on ne se préoccupe pas du tout de fixer la tension V(DS) du N-mosfet?

Certes on a choisi le FET en fonction du V(GS)on mais qu'est-ce qui nous dit que V(DS) sera suffisamment grand pour obtenir une bonne commutation?

Salut,
Juste pour consolider les explications à tes questions voici comment voir les choses avec ton graphique :




La couleur bleue correspond à la zone linéaire du MOSFET (pour un BJT cette même zone s'appelle "saturée"). On voit que pour un courant I_D fixe, plus V_GS est grand et plus V_DS est petit (simplement parce que RDS(on) est petit aussi). Si tu prends le graphique R_DS(on) en fonction de V_GS, tu retrouveras naturellement la loi d'Ohm. V_DS = I_D * R_DS(on) pour un V_GS donné.
Cette zone est en quelque sorte une résistance variable et pour faire du ON/OFF c'est parfait car le courant I_D varie avec V_DS ou vice versa.

Qu'est ce qu'on remarque ?
V_GS > V_DS + V_GS(th) ou si je retourne l'équation et que je sors V_DS à la place de V_GS alors cela donne V_DS < V_GS - V_GS(th)

Dans ton graphique on voit la limite en pointillée entre les deux zones et il est noté.
V_GS = V_DS + V_GS(th) ou encore V_DS = V_GS - V_GS(th)

Et dans la foullée, si on passe du côté saturé alors on aura :
V_DS > V_GS - V_GS(th)

[Antoane]

Bonjour,

Sous-entends-tu qu'on peut se passer de cette R avec le mosfet initial ?

Oui, c'est c'est ce qu'a fait HUlk : il n'y a pas de résistance de grille sur le petit NMOS, il y en a une sur le gros PMOS. Si tu mets un gros NMOS, il est préférable d'y mettre une résistance de grille aussi pour ne aps trop fatiguer le circuit de commande (grosse capa de grille => gros et long pic de courant lors des charges et décharge).

[invite55d01f21]

Bonjour à tous,

@Vincent: c'est ce que j'avais compris dans les grandes lignes, merci pour ces précisions d'autant plus intelligibles

Oui, c'est c'est ce qu'a fait HUlk : il n'y a pas de résistance de grille sur le petit NMOS, il y en a une sur le gros PMOS. Si tu mets un gros NMOS, il est préférable d'y mettre une résistance de grille aussi pour ne aps trop fatiguer le circuit de commande (grosse capa de grille => gros et long pic de courant lors des charges et décharge).

Pour avoir remarqué que certains schémas mettent en œuvre des mosfets où il y a parfois des R de limitations sur la grille et parfois pas,
je m'étais déjà interrogé sur la nécessité de cette résistance en créant se sujet: http://forums.futura-sciences.com/el...datasheet.html

Or la réponse obtenue fut:

On ne peut pas s'en passer. Faut limiter le courant à la valeur max admissible et mieux à la valeur max spécifié garantie ( voir la datasheet mais c'est de l'ordre de 25mA et 4mA pour un PIC).

D'où mon précédent message
Du coup, je suis tenté de reposer la meme question que dans l'autre fil de discussion. A savoir:
Quand peut-on se passer de cette R de limitation? Comment le déterminer?
Car petite capa, grande capa, ok mais la frontière est floue, surtout pour un débutant.
Peut-on l'objectiver par un calcul que l'on pourrait réaliser à chaque fois que la situation se présente?
Parce que en l'état actuel, je n'ai pas les moyens par moi meme de voir que le courant aussi bref soit-il ne sera pas destructeur pour le µC...

[Vincent PETIT]

Pour avoir remarqué que certains schémas mettent en œuvre des mosfets où il y a parfois des R de limitations sur la grille et parfois pas,
je m'étais déjà interrogé sur la nécessité de cette résistance en créant se sujet: http://forums.futura-sciences.com/el...datasheet.html
Du coup, je suis tenté de reposer la meme question que dans l'autre fil de discussion. A savoir:
Quand peut-on se passer de cette R de limitation? Comment le déterminer?
Car petite capa, grande capa, ok mais la frontière est floue, surtout pour un débutant.
Peut-on l'objectiver par un calcul que l'on pourrait réaliser à chaque fois que la situation se présente?
Parce que en l'état actuel, je n'ai pas les moyens par moi meme de voir que le courant aussi bref soit-il ne sera pas destructeur pour le µC...

Nous en avions parlé dans ce sujet http://forums.futura-sciences.com/el...de-grille.html où je ne me souvenais plus comment on dimensionnait la résistance de grille.

L'appel de courant d'un condensateur déchargé lorsqu'il se prend un échelon, donc un passage de 0 à +5V par exemple, est de la forme :



Si je prends ton transistor BS170 http://www.datasheetcatalog.com/data.../7/BS170.shtml tu peux voir qu'a une température et dans une condition bien spécifiée (tableau page 3) la capacité vu de l'entrée, notée C_ISS, vaut 60pF
Si je regarde le temps de monté d'une broche de sortie d'un PIC18F2550, il lui faut 25ns pour passer de 0V à 5V.

Ce qui donne un appel de courant instantané de :





Reste a savoir si ton micro peut délivrer ce courant, si oui alors pas besoin de résistance de limitation.

Si tu mets une résistance de limitation alors attention a toujours être en mesure de charger la grille (voir le sujet pointé en haut de mon message).

Les drivers de MOSFET servent a régler tous ces problèmes lorsqu'on joue avec des gros courants.

[Antoane]

Bonjour,

Si je regarde le temps de monté d'une broche de sortie d'un PIC18F2550, il lui faut 25ns pour passer de 0V à 5V.

Ce qui donne un appel de courant instantané de :

Bien vu, j'y avais pas pensé.
Un bémol cependant : cette valeur est une valeur max ou typique, on peut tomber sur un composant plus rapide.

[Vincent PETIT]

Arf !
Tu as raison, il faudrait prendre la valeur min (et non max ou typ) du temps de montée mais je ne pense pas que ce soit dans la doc d'un micro ?

[Antoane]

Très probablement pas

[invite55d01f21]

Bonjour à tous,

Nous en avions parlé dans ce sujet http://forums.futura-sciences.com/el...de-grille.html où je ne me souvenais plus comment on dimensionnait la résistance de grille.

L'appel de courant d'un condensateur déchargé lorsqu'il se prend un échelon, donc un passage de 0 à +5V par exemple, est de la forme :



Si je prends ton transistor BS170 http://www.datasheetcatalog.com/data.../7/BS170.shtml tu peux voir qu'a une température et dans une condition bien spécifiée (tableau page 3) la capacité vu de l'entrée, notée C_ISS, vaut 60pF
Si je regarde le temps de monté d'une broche de sortie d'un PIC18F2550, il lui faut 25ns pour passer de 0V à 5V.

Ce qui donne un appel de courant instantané de :





Reste a savoir si ton micro peut délivrer ce courant, si oui alors pas besoin de résistance de limitation.

Si tu mets une résistance de limitation alors attention a toujours être en mesure de charger la grille (voir le sujet pointé en haut de mon message).

Les drivers de MOSFET servent a régler tous ces problèmes lorsqu'on joue avec des gros courants.

Merci, c'est exactement ce que je cherchais à savoir
J'avais déjà jeté un coup d'œil à ton autre sujet il y a qques jours avant de me poser cette question ci ...mais le niveau des points abordés m'avait fait fuir

Bon il me faudrait trouver le temps de montée d'une broche de sortie d'un picaxe 14M2
sauf que je ne sais pas où c'est documenté (je n'ai rien vu dans les manuels picaxe)...

Un bémol cependant : cette valeur est une valeur max ou typique, on peut tomber sur un composant plus rapide.

Bon au final, il est tout de meme plus prudent de prévoir une R de limitation, meme quand la capa du mosfet est petite...

[Vincent PETIT]

Salut,
Hier j'ai lu une doc de chez TI (une différente de celle que Antoane m'avait conseillé dans l'autre sujet) et qui traite de tout ça.

Je t'en ferai une synthèse ce soir mais TI part aussi de la formule du dessus, c'est à dire la formule du courant dans un condensateur. Toutefois, comme le dit Antoane il faut connaître le temps minimum de monté du signal et ça les fabricants ne le donnent pas souvent. Ils donnent plutôt le temps maximum.

Ce document de TI va très loin sur certaines questions j'espère que quelqu'un nous aidera à comprendre en vulgarisant ce qui se passe (moi je re-debute dans l'électronique... J'ai un BTS dans cette spécialité, j'ai une Licence en informatique embarqués et j'ai bossé 6 ans dans un labo de R&D à faire du développement.... Et bien tu me croira si tu veux mais en ne pratiquant plus du tout depuis 7 ans, car je bosse chez ERDF, bah j'ai pratiquement tout oublié. Et je suis obligé de poser des questions de débutants et je suis obligé de demander à ce qu'on me vulgarise les choses pour recomprendre ce qui se passe).

Pour en revenir à ta question, on peut voir le problème autrement et au lieu de calculer le courant d'appel pour dimensionner la résistance de limitation, on peut dimensionner la résistance avec le maximum de courant que le micro peut sortir.

A toute à l'heure.

[invite55d01f21]

Salut,

Ce document de TI va très loin sur certaines questions j'espère que quelqu'un nous aidera à comprendre en vulgarisant ce qui se passe

oui j'espère aussi

(moi je re-debute dans l'électronique... J'ai un BTS dans cette spécialité, j'ai une Licence en informatique embarqués et j'ai bossé 6 ans dans un labo de R&D à faire du développement.... Et bien tu me croira si tu veux mais en ne pratiquant plus du tout depuis 7 ans, car je bosse chez ERDF, bah j'ai pratiquement tout oublié. Et je suis obligé de poser des questions de débutants et je suis obligé de demander à ce qu'on me vulgarise les choses pour recomprendre ce qui se passe).

on oublie vite ce qu'on ne pratique pas... mais tu re-débutes quand meme un bon cran (euphémisme) au dessus d'un vrai débutant comme moi à en juger par l'approfondissement technique dans lequel tu entres rapidemment... heureusement tout de meme

Pour en revenir à ta question, on peut voir le problème autrement et au lieu de calculer le courant d'appel pour dimensionner la résistance de limitation, on peut dimensionner la résistance avec le maximum de courant que le micro peut sortir.

A toute à l'heure.

Tout à fait, je calcule la R de limitation en fonction de ce que le µC peut sortir.
Il ne reste plus qu'à trouver les infos pour pouvoir appliquer la formule que tu as rappelée pour déterminer quand on peut se passer de cette R ...
ça, ça sera la cerise sur le gateau

A+