Transistors MOSFET: droite de charge?

[ZorgloubPirlouis]

Bonjour à la Communauté,

Amateur électronique, j’envisage d’utiliser des transistors MOSFET dans le cadre d’une application de commutation Tout ou Rien commandée par un PIC sortant une tension de 5V sur ses ports de sortie.

Peut-être à tort, ces MOSFET me paraissent plus prometteurs que les bipolaires (commande en tension sans sollicitation du PIC, Forts courants dus au faible Rdson, …).

Je suis donc confronté au choix de ces MOSFET et à la compréhension et l’exploitation de leurs courbes des caractéristiques.

Si vous pouviez m’éclairer, ce serait sympa

Le simple schéma du circuit est repris sur l’image reprenant les courbes du MOSFET IRL530 ci-annexé.

Il s’agit tout simplement d’une charge de 1 ohm commutée à 12V par un IRL530 (Logic level MOSFET Vgs 5V)

Mon questionnement porte principalement sur l’exploitation des courbes et le tracé de la fameuse Droite de charge permettant de se situer dans les zones de fonctionnementet les éventuelles limitations de courant.

Pour tracer cette droite de charge, j’ai vu qu’il fallait donc définir deux points ainsi :

1. Pour le transistor saturé, I=(Vcc/R)  12v/1ohm  Id =12A
2. Pour Vgs=0  Vds = Vcc = 12 V

Et je reporte cette droite sur les courbes Vds/Id du IRL530 (voir image IRL530.jpg)


Sauf erreur de lecture de ces graphiques imprécis et des échelles logarithmiques, et pour autant que ce soit bien ainsi qu’il faut tracer la droite de charge, ce MOSFET, annoncé à 15A,limiterait cependant le courant à environ 5,6A (zone ohmique) pour un Vds d’environ 0,69V !?

J’ai alors testé ce simple schéma sur un simulateur mais… les résultats sont très différents !?


J’obtiens ici un courant de 10,675 A et un Vds de 1,325V

D’où mes questionnements et mes déceptions.
En effet, voyant un MOSFET avec un Vgs = 5V annonçant 15A… c’est alléchant !

1. Est-ce la bonne manière dont j’ai utilisé les courbes et la droite de charge ?
2. Existe-t-il un ou l’autre MOSFET pour PIC 5V capable de finalement délivrer des courants d’au moins 12 ampères pour Vcc 12V, par exemple ?

Merci pour vos lumières.
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[lutshur]

Bonjour,
Vds est l'abcisse, la ligne horizontale. C'est là que tu choisis 12V. Tu remontes vers la courbe Vgs 5V. Tu pars vers ID, ça donne environ 11A.

[lutshur]

En effet, voyant un MOSFET avec un Vgs = 5V annonçant 15A… c’est alléchant

Mais 10A à passer avec 0,16 Ohms de Rdson...
Lis ce fil https://forums.futura-sciences.com/e...bascule-d.html

[ZorgloubPirlouis]

Merci lutshur

J'avais vu sur divers sites cette manière de construire cette ligne de charge "en biais" mais je m'étonnais des résultats !
J'ai corrigé sur l'image ci-jointe.

10A à passer dans 0,16 Ohms de Rdson ça fait une dissipation de RI², soit 0,16x100 = 16W
Ca me parait pas trop grave. Si ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[DAT44]

Bonjour,
16W c'est énorme !
perso, j'utiliserai un IRF1404, même si ce n'est pas vraiment une version digital, son Rds(ON) est bien meilleur ...

[Vincent PETIT]

Bonjour,

J'avais vu sur divers sites cette manière de construire cette ligne de charge "en biais" mais je m'étonnais des résultats !

Très probablement que ces sites discutaient de transistors utilisés en amplificateur (en régime linéaire). Cette droite en biais et celle qui permet de fixer le point de polarisation statique Q (point de repos), autour du quel est amplifié le signal en entrée de l'ampli.

Dans ton cas tu n'utilises pas le transistor dans ce mode de fonctionnement, toi tu l'utilises en interrupteur.

[ZorgloubPirlouis]

Merci pour vos réponses précises et rapides.
Je viens de reprendre une de mes courbes (en commutation et non plus en amplification) avec un IRL540 (Rdson = 0,077 ohm , Vgs = 5v, 28A-150W)
J'ai cependant difficile de comprendre ici l'échelle logarithmique de l'axe Id !
A combien situez-vous ma ligne bleue ? Ca me parait être à 70 A... alors que ce transistor est dit à 28A !?
En effet, elle se situe en 10^1 (=10) et 10^2 (=100).

[ZorgloubPirlouis]

Et une dernière question avant d'aller dans mes plumes:
Sur le graphique du IRL540 de ci-dessus, on voit les courbes monter au delà de 10^2 (>100A) or il est limité à 28A.
Pourquoi ces courbes vont-elles beaucoup plus haut, finalement dans des zones "impossibles" ?
Merci.

[Antoane]

Bonjour,

L'erreur vient du fait que tu traces la "droite de charge" dans un repère loglog, tu traces donc : log(Id) = A + B*log(Vds), soit: log(Id) = log(10^A) + log(Vds^B)
soit : Id = 10^A * Vds^B, soit, dans ton cas, une fonction donnant Id en fonction de 1/Vds.
D'ailleurs, on voit sur la courbe que le MOSFET est utilisé dans sa zone linéaire (i.e. telle que Vds/Id ~ 160 mOhm), et si la loi d'Ohm est respectée (5.6A * 0.16Ohm ~ 0.69V), la loi des mailles ne l'est pas : 5.6A * 1Ohm + 0.69V ne font pas 12 V.
Par ailleurs, note que les points que tu as marqué comme devant être (Vds, Id)=(0V; 12A) et (12V; 0A) sont en fait (0,1V; 30A) et (30V, 0,18A).

Tu travailles en commutation, donc avec une tension Vds "faible", idéalement proche de 0V. La valeur Vds = 12 V n'est pas pertinente, elle supposerait que l'essentiel de la tension d'alim est perdue aux bornes du MOSFET alors qu'elle se trouve auxbornes de la charge.


La bonne méthode de design n'utilisent pas les courbes, qui ne sont que des données typiques peu pertinentes. Il faut se baser sur la Rdson (voire sa valeur à la température de fonctionnement si le composant chauffe).

Si on veut utiliser les courbes, on peut supposer un montage bien fait, c'est à dire un montage pour lequel la tension perdue dans le mosfet est proche de zéro. On peut donc chercher la tension Vds telle que le courant vaut Id = Vcc/Rld = 12/1 = 12 A. La tension perdue dans le MOSFET est alors proche de Id*Rdson = 12*0.16 V.
Mais comme déjà dit, utiliser un MOSFET de 160 mOhm pour commuter 12A n'est pas une bonne idée. Avec ce calibre de tension, on trouve sans difficulté des MOSFET de moins de 10 mOhm.


La sepcification "28 A" du IRL540 vient du fait que c'est le courant maximum pouvant circuler dans le composant lorsque son boitier est maintenuà 25 °C et que la uce ne dépasse pas la température max (probablement 125 ou 150 °C). En impulsionnel, lorsque les contraintes thermiques disparaissent, on peut atteindre des courants bien plus importants.

[ZorgloubPirlouis]

Merci Antoane d'avoir remis à l'heure mon pendule relatif aux échelles logarithmiques

Je vais considérer avec attention tes propos concernant l'utilisation imprécise des courbes caractéristiques des datasheet des MOSFET.

Bonne journée à tous.

[Black Jack 2]

Merci lutshur

J'avais vu sur divers sites cette manière de construire cette ligne de charge "en biais" mais je m'étonnais des résultats !
J'ai corrigé sur l'image ci-jointe.

10A à passer dans 0,16 Ohms de Rdson ça fait une dissipation de RI², soit 0,16x100 = 16W
Ca me parait pas trop grave. Si ?

Bonjour,

Attention RDSon = 0,16 ohm, c'est pour une température de jonction à 25°C
Le transistor va chauffer et entraîner une augmentation de RDSon, à la température max de jonction permise (soit 175°C), RDSon = 0,16 * 2,5 = 0,4 ohm (caractéristique disponible dans la datasheet)

Avec Idrain = 10 A, le puissance dissipée dans le transistor sera 0,4 * 10² = 40 W
Sans refroidisseur le transistor va partir en fumée.

Si on veut mettre un refroidisseur, avec par exemple 35°C d'ambiance, il faudra limiter le delta température du au refroidisseur à 175 - 35 - (1,7 + 0,5)*40 = 52 °C

Il faudrait donc, pour y arriver un refroidisseur de moins de 52/40 = 1,3 °C/W (soit un ENORME refroidisseur pour un boitier TO220)

Dit autrement : Le IRL530 ne convient pas dans l'application.

Il faut choisir un autre transistor avec une RDSon beaucoup plus faible ... Et tenir compte dans les calculs de sa variation avec la température.

[ZorgloubPirlouis]

Bonjour à la Communauté.
Je dois bien avouer que, devant choisir un MOSFET pour une commutation, je finis par me perdre dans la compréhension des caractéristiques et surtout des courbes sur base des infos lues ci-dessus.

Bon, reprenons sereinement :
Disons que le but est finalement de choisir un MOSFET, piloté par un PIC (Vgs = 5v) et qui commuterait une charge alimentée sous 12v de max 5A. Ce serait, par exemple, une ampoule halogène de 60W (12V x 5A = 60W).
La valeur de Rds est importante car elle déterminera la chute de tension Vds et la puissance dissipée (Ri²).

Sur le graphique Vds/Id, je suppose donc que je dois placer ma ligne verticale Magenta(Vds) à la valeur normalement mesurée aux bornes de Drain/Source.
Et que cette valeur devrait alors être égale à (Rds x le courant I) drainé dans le MOSFET ?
Soit Rds = 0,14V pour le IRLZ44 et 0,385V pour le IRL540.

Et ensuite recouper cette verticale sur la courbe Vgs = 5v pour obtenir « une valeur de ID ».

J’ai repris, pour documenter mes questions, les courbes d’un IRLZ44 et d’un IRL540 et pour comprendre si je pratique correctement de cette façon, et recueillir vos commentaires et avis.

Question 01 :
Si c’est juste ainsi, puis-je en déduire que le IRLZ44 pourrait délivrer jusque 11A ? (mais Rds augmenterait et modifierait le placement de ma ligne magenta !?)
Idem pour le IRL 540 qui pourrait monter jusque 8,5 A ?

Question 02 :
Sur le graphique VGS/Id en fonction de la température, pour un Vgs de 5 volts délivré par mon PIC, je ne comprends pas les hautes valeurs obtenues 100A pour le IRLZ44 et 70A pour le IRL540.

Merci d'avance.

IRL540.jpg
IRLZ44.jpg

[Black Jack 2]

Bonjour à la Communauté.
Je dois bien avouer que, devant choisir un MOSFET pour une commutation, je finis par me perdre dans la compréhension des caractéristiques et surtout des courbes sur base des infos lues ci-dessus.

Bon, reprenons sereinement :
Disons que le but est finalement de choisir un MOSFET, piloté par un PIC (Vgs = 5v) et qui commuterait une charge alimentée sous 12v de max 5A. Ce serait, par exemple, une ampoule halogène de 60W (12V x 5A = 60W).
La valeur de Rds est importante car elle déterminera la chute de tension Vds et la puissance dissipée (Ri²).

Sur le graphique Vds/Id, je suppose donc que je dois placer ma ligne verticale Magenta(Vds) à la valeur normalement mesurée aux bornes de Drain/Source.
Et que cette valeur devrait alors être égale à (Rds x le courant I) drainé dans le MOSFET ?
Soit Rds = 0,14V pour le IRLZ44 et 0,385V pour le IRL540.

Et ensuite recouper cette verticale sur la courbe Vgs = 5v pour obtenir « une valeur de ID ».

J’ai repris, pour documenter mes questions, les courbes d’un IRLZ44 et d’un IRL540 et pour comprendre si je pratique correctement de cette façon, et recueillir vos commentaires et avis.

Question 01 :
Si c’est juste ainsi, puis-je en déduire que le IRLZ44 pourrait délivrer jusque 11A ? (mais Rds augmenterait et modifierait le placement de ma ligne magenta !?)
Idem pour le IRL 540 qui pourrait monter jusque 8,5 A ?

Question 02 :
Sur le graphique VGS/Id en fonction de la température, pour un Vgs de 5 volts délivré par mon PIC, je ne comprends pas les hautes valeurs obtenues 100A pour le IRLZ44 et 70A pour le IRL540.

Merci d'avance.

Pièce jointe 455208
Pièce jointe 455209

Bonjour,

Pas besoin de tout cela.
Surtout que c'est juste pour faire du ON-OFF à basse fréquence.

On regarde le RDSon à froid (25°C) : pour le IRLZ44, la datasheet donne : 0,028 ohm

Mais le transistor va chauffer et à 175° de jonction, le RDSon va être multiplié par 2,1 par rapport au RDSon à 25°C de jonction (on voit cela sur la courbe : Normalized On-Resistance Vs Température)

Donc, à la température max de jonction, on aura un RDSon = 0,028 * 2,1 = 0,0588 ohm

Quelle intensité max pourra supporter ce transitor sans refroidisseur ... avec par exemple une température ambiante de 35°C (et ce n'est pas beaucoup) ?

La résistance thermique de ce transitor entre la jonction et l'ambiance est : 1 + 62 = 63 °C/W (c'est donné dans la datasheet)

Pdissipée = RDSon * I²
Pdissipée = 0,0588 * I²

Tjonction = Tambiante + 63 * P
175 = 35 + 63 * 0,0588 * I²
I² = 37,8
I = 6,1 A

... Et donc, à chaud avec Idrain = 6,1 A, il y aura une tension U(D-S) = 6,1 * 0,0588 = 0,36 V
Et avec une température ambiante de 35°C, la température de jonction sera de 175°C.

*****

C'est la bonne manière de procéder.
Ta méthode de lecture sur la courbe est d'abord fausse ... car tu marques 0,14 V en lisant très mal sur l'échelle logarithmique.
Et que, même cette erreur corrigée, cela n'a pas tenu compte de la variation de RDSon avec la température et la courbe est pour une température de boîtier de 25°C ...
sauf que le boîtier ne restera pas à 25°C, loin s'en faut.

Cette méthode est à mettre à la poubelle.
**********
Quant au "GROS" courant annoncé dans les datasheets (par exemple 100 A pour le IRLZ44)

Ce sont des courants dans des conditions spécifiques qui ne correspondent pas à ton application.

Ce sont des courants impulsionnels (de très courte durée) tels que le boîtier n'a pas le temps (inertie thermique) de chauffer (en fait presque pas) et reste à 25°C (condition de l'essai)

Par inertie thermique, la jonction prend aussi "un certain temps" pour monter en température et la jonction atteint juste sa température maximale quand l'impulsion de courant (très courte) cesse.

On se sert des courbes "Maximum Effective Transient Thermal Impedance, Junction-to-Case" des datasheets pour calculer ces cas.

[Antoane]

Bonjour,

Commencons en négligeant les aspects thermiques, supposant que la température est de 25 °C.
Ton analyse:
- La Rdson spécifiée est une valeur max.
- Les courbes sont des valeurs typiques.
Si tu avais pris pour ton calcul de Vds une valeur de Rdson typique plutot que max, alors le courant obtenu à partir des courbes, aurait été le même que celui utilisé au départ (5 A).
Tu peux le vérifier avec ce composant par exemple : https://www.st.com/en/power-transist...b100n10f7.html (puisque la Rdson typique est donnée dans les tables).

Avec ton analyse, tu as cherché quel serait le typique mesuré si le composant avait une Rdson de valeur typique, et que la chute de tension à ses bornes était celle mesurée si le composant avait une résistance maximle... Cela n'a pas de sens


Analyse complète :
La charge a une résistance de Rld = 12/5=2,4 Ohm
Ici, on travaille en commutation, donc la relation Vds = Rdson * Id est respectée, Rdson vaut la valeur définie dans la datasheet. Pour faire un bon design, on évitera d'utiliser les valeurs typique et on leur préferera les valeurs "pire-cas".
Ici, avec le IRL540, par exemple, la Rdson en pire-cas @Vgs = 5 V et Tj = 25 °C est de 110 mOhm.
La résistance totale du circuit vaut donc Rdson + Rld = 0,11 + 2,4 ~ 2,5 Ohm.
Le courant vaut donc : Id = 12/2,5 = 4,8 A, la tension aux bornes du transistor vaut Vds = Rdson * Id = 4,8*0,11 ~ 0.52 V et la puissance dissipée par le transistor vaut Pd = Vds * Id ~ 2,5 W.

Analyse simplifiée:
En géneral, on s'arrangera pour que les pertes dans le transistor soient négligeables, et on négligera l'impact de la Rdson sur le courant. Ainsi :
La charge a une résistance de Rld = 12/5=2,4 Ohm
Ici, on travaille en commutation, donc la relation Vds = Rdson * Id est respectée, Rdson vaut la valeur définie dans la datasheet. Pour faire un bon design, on évitera d'utiliser les valeurs typique et on leur préferera les valeurs "pire-cas".
Ici, avec le IRL540, par exemple, la Rdson en pire-cas @Vgs = 5 V et Tj = 25 °C est de 110 mOhm.
On supposera que la résistance totale du circuit vaut donc Rld = 2,4 Ohm.
Le courant vaut donc : Id = 12/2,4 = 5 A, la tension aux bornes du transistor vaut Vds = Rdson * Id = 5*0,11 ~ 0,55 V et la puissance dissipée par le transistor vaut Pd = Vds * Id ~ 2,6 W.

On voit que les courants sont relativement proches dans les deux analyses (complète vs. simplifiée). Ici, le transistor est mal choisi, on devrait prendre un composant avec une Rdson 10 fois plus faible... La différence serait alors nègligeable.


Analyse thermique :
Pour prendre la température en compte, on peut, au choix:
- calculer le radiateur pour permettre un bon fonctionnement dans les pires conditions,
- ou utiliser le modèle thermique du composant et de son radiateur, et itérativement :
1. calculer la puissance dissipée,
2. calculer l'élévation de température associtée,
3. estimer la Rdson à cette température
4. calculer la puissance dissipée étant donnée cette nouvelle température,
5. goto 2 et itère jusqu`à convergence.

Ceci dit, souvent, un mosfet aillant besoin d'un radiateur est un MOSFET mal choisi

Sur le graphique VGS/Id en fonction de la température, pour un Vgs de 5 volts délivré par mon PIC, je ne comprends pas les hautes valeurs obtenues 100A pour le IRLZ44 et 70A pour le IRL540.

Il faut lire les petites lignes sur le graphique du IRL540, par exemple, cette valeur de courant est obtenue pour Vds = 50 V... c'est à dire lorsque le composant est en court-circuit. Il dissipera alors une puissance de Vds * Id ~ 50 * 70 ~ 3 kW... Autant dire qu'il ne survivra pas longtemps.

[ZorgloubPirlouis]

Merci pour ces précisions.

Bon, je retire évidemment comme conclusion que de toute façon pour une utilisation en « simple » commutation commandée par un PIC (Vgs = 5v) il faut choisir un MOSFET au Rds le plus faible possible et donné pour un Vgs de 5V.
La gamme des « L » semble la plus appropriée (Logic MOSFET).
(Si vous avez un ou l’autre à me proposer, je suis preneur sur base de vos expériences).

1_MAIS une dernière question cruciale cependant demeure en suspens dans mon esprit et c’est finalement le but de mes élucubrations pour enfin trouver la quiétude !

Au vu des caractéristiques des MOSFET données dans leur datasheet, quelles courbes ou quelles formules faut-il finalement utiliser pour savoir immédiatement si le transistor choisi est capable de délivrer, ou non, le courant nécessaire lorsqu’il est commandé par un Vgs de 5volts?

-->Bref, comment finalement connaître le courant maximal que pourra fournir tel ou tel MOSFET lorsqu’il est activé par un Vgs de 5 volts ?

Sachant qu’on connait évidemment la résistance de la charge et la tension d’alimentation de celle-ci.

Le dernier "calcul thermique" de Black Jack semble être une première piste intéressante : il aboutit à 6,1 A max sans dissipateur pour un IRLZ44.
Est-ce la seule manière de déterminer ce courant maximal ?

Par contre, dans les développements de Antoane je ne vois pas cette valeur maximale apparaître.
J’y vois bien le courant de 4,8A mais sans certitude que tel ou tel transistor pourra les fournir (et dans ce cas, ma lampe ne s'allumera pas complètement à cause de la perte de tension Vds.. qui semble inévitable et relatif à la valeur de Rds).

2_Enfin, il est normal que cette jonction monte à de telles températures ? Black Jack parle de 175C ! Ca fait « peur »

Merci pour votre disponibilité.

[Antoane]

Bonjour,

Le dernier "calcul thermique" de Black Jack semble être une première piste intéressante : il aboutit à 6,1 A max sans dissipateur pour un IRLZ44.
Est-ce la seule manière de déterminer ce courant maximal ?

Par contre, dans les développements de Antoane je ne vois pas cette valeur maximale apparaître.

C'est parce que mon développement, comme indiqué en début de message, suppose que tout est à 25 °C... ce qui n'est pas réalist en pratique, mais nécessaire pour expliquer ce que tu as fait au post #12.

-->Bref, comment finalement connaître le courant maximal que pourra fournir tel ou tel MOSFET lorsqu’il est activé par un Vgs de 5 volts ?

Tu prends la résistance thermique du composant entre puce et air dans la datasheet : R_th.
Tu choisis une température ma de puce (inférieure à la température max spécifiée dans la datasheet) et une température "ambiante" : T_J,max et T_a
Tu calcules la puissance maximale dissipable par le composant pour éviter sa surchauffe : P_d = (T_J,max - T_a) / R_th
Tu extrait la résistance à l´état passant du composant à la température T_J,max. Pour cela, il faut en général regarder dans les courbe celle donnant l'évolution de Rdson en fonction de Tj, et multiplier le facteur d'augmentation par la résistance R_{ds,on, max, 25°C} spécifiée dans les tables de la datasheet. Cela donne R_{ds,on, Tjmax}.
On en déduit le courant max admissible : I_d,max = sqrt(P_d / R_{ds,on, Tjmax}).

Exemple avec le SIR426 https://www.vishay.com/docs/65162/sir426dp.pdf :
R_th = 26 K/W
Je choisis T_J,max = 80 °C (qui est inférieur à la température max fixée par la datasheet : 150 °C) et suppose : T_a = 40 °C
On en déduit : P_d = (T_J,max - T_a) / R_th =(80-40) / 26 = 1,5 W
La figure en bas de page 3 montre que la résistance à T_J,max = 80 °C est environ 30 % plus élevée qu'à 25 °C, qui elle-même vaut au maximum R_{ds,on, max, 25°C} = 12,5 mOhm (la valeur n'est pas donnée pour 5V, mais pour Vgs = 4,5 V, la résistance est donc lègèrement sur-estimée). On en déduit : R_{ds,on, Tjmax} = 1,3 * 12,5 = 16,25 mOhm.
On en déduit le courant max admissible : I_d,max = sqrt(P_d / R_{ds,on, Tjmax}) = sqrt(1,5 / 0.016) = 9,7 A

[ZorgloubPirlouis]

Bien le Bonjour Antoane.
Déjà merci pour ta réponse rapide.

Je suis allé voir les spécifications du SIR426, repris dans ton exemple, et repris tes équations et explications pour suivre le raisonnement.

Il y a cependant une chose qui m’échappe :

_ Sur la graphique T°Jonction/Rds(on), quelle sont les valeurs de l’axe RDson ?
Tu dis qu’à 25°C, Rds(on) est de 12,5 mOhm. Moi il me semble lire 1 mOhm ? (lignes orange)

Où est mon erreur ?

[Antoane]

Sur la figure, on donne la résistance normalisée, c'est à dire A = R_ds,on(T) / R_ds,on(T=25 °C). Pour T=80°C, A = 1,3.
R_ds,on(T=25 °C) est donné en haut de page 2 : R_ds,on(T=25 °C) = 12.5 mOhm max

On en déduit donc la résistance à la température T : R_ds,on(T) = R_ds,on(T=25 °C) * A = 12.5 * 1,3 = 16,25 mOhm

[Black Jack 2]

Merci pour ces précisions.

Bon, je retire évidemment comme conclusion que de toute façon pour une utilisation en « simple » commutation commandée par un PIC (Vgs = 5v) il faut choisir un MOSFET au Rds le plus faible possible et donné pour un Vgs de 5V.
La gamme des « L » semble la plus appropriée (Logic MOSFET).
(Si vous avez un ou l’autre à me proposer, je suis preneur sur base de vos expériences).

1_MAIS une dernière question cruciale cependant demeure en suspens dans mon esprit et c’est finalement le but de mes élucubrations pour enfin trouver la quiétude !

Au vu des caractéristiques des MOSFET données dans leur datasheet, quelles courbes ou quelles formules faut-il finalement utiliser pour savoir immédiatement si le transistor choisi est capable de délivrer, ou non, le courant nécessaire lorsqu’il est commandé par un Vgs de 5volts?

-->Bref, comment finalement connaître le courant maximal que pourra fournir tel ou tel MOSFET lorsqu’il est activé par un Vgs de 5 volts ?

Sachant qu’on connait évidemment la résistance de la charge et la tension d’alimentation de celle-ci.

Le dernier "calcul thermique" de Black Jack semble être une première piste intéressante : il aboutit à 6,1 A max sans dissipateur pour un IRLZ44.
Est-ce la seule manière de déterminer ce courant maximal ?

Par contre, dans les développements de Antoane je ne vois pas cette valeur maximale apparaître.
J’y vois bien le courant de 4,8A mais sans certitude que tel ou tel transistor pourra les fournir (et dans ce cas, ma lampe ne s'allumera pas complètement à cause de la perte de tension Vds.. qui semble inévitable et relatif à la valeur de Rds).

2_Enfin, il est normal que cette jonction monte à de telles températures ? Black Jack parle de 175C ! Ca fait « peur »

Merci pour votre disponibilité.

Bonjour,

Si on veut estimer le courant permanent maximum admissible par le transistor ... c'est forcément pour la température maximale de la jonction permise.

Ici, Tjmax permis est 175 °C (c'est explicitement noté dans la datasheet)

Mais, il faut aussi connaître les conditions d'utilisation, par exemple la température ambiante maximale en cours d'utilisation.

Si cette température est 35°C (et c'est dans beaucoup de situations bien trop peu), alors on peut se permettre une différence de température entre la jonction et l'ambiance de 175 - 35 = 140 °C

Pour un IRLZ44 :

Comme la résistance thermique (J-A) de ce transistor est de 62+1 = 63 °C/W (indiqués explicitement dans la datysheet) ... le transistor peut au max dissiper une puissance P = 140/63 = 2,22 W

Si on veut utiliser les courbes que tu t'obstines à utiliser, il FAUT utiliser celle avec Tc = 175°C et pas celle à 25 °C ... car ces courbes sont données pour des impulsions de courant très courte (20 µs) qui font que la température de jonction reste très proche de celle du boîtier (soit 175 °C ... en prenant la courbe adéquate)

On cherche alors sur la courbe VGS = 5 volts le point pour lequel on a V(ds) * Id = 2,22 W ...

Et par lecture sur la courbe, on trouve ID = 6,7 A et VDS = 0,33 V

Donc IDmax = 6,7 A, soit un peu plus que par mon calcul précédent (sans utiliser les courbes), qui donne IDmax = 6,1 A

Pourquoi cette petite différence ? Quel est la meilleur valeur à considérer ?

Cette différence est due à 2 causes :

- Les courbes sont pour des transistors "typical", elles ne tiennent donc pas compte de la dispersion qu'il peut y avoir pour certains transistors (par exemple sur le RDSon) qui sont quand même considérés comme bons et vendus.
- Les courbes sont données pour des impulsions courtes (20 µs) qui fait que le delta température boitier-jonction est quasi nul ... mais, en pratique pour des durée de passage de courant plus long, la température de jonction monte au dessus de celle du cas avec une Rth = 1°C/W (c'est écrit dans les datasheets)
Donc ici, par cet effet, la jonction en temps long avec ID = 6,7 A grimpera à 175 + 1 * 2,2 = 177,2 °C ... donc plus haut que la température max permise pour la jonction.

Conclusion :
Le 6,7 A trouvé est trop haut pour des temps long et de plus "oublie" de tenir compte des dispersion sur les transistors qui sont cependant commercialisé.

... Donc, l'approche sans les courbes (qui donne 6,1 A) est celle qu'il faut utiliser si on veut de la fiabilité.

[ZorgloubPirlouis]

Merci Antoane et Black Jak.
J'ai repris toutes vos informations pour le IRLZ44.
Vos formules sont identiques.
Evidemment, je vois que le choix de la température de jonction Max influe sur le résultat final.
Antoane choisi une marge de sécurité tandis que Black Jak prend la température maximale admissible.

1_ Connaissant le courant qui traversera le transistor (I= Vcc/R.charge) peut-on connaître la température que prendra finalement la jonction ?
2_ Avec le calcul de Black Jak, peut-on utiliser une telle température de jonction max sans mettre de radiateur ?

Merci encore !

[Antoane]

Bonjour,

Une manière de faire d'un seul coup :

(il suffit d'appliquer la formule donnant la vakeur de Tj, après le "finalement").

Sinon, on peut procéder de manière itérative, comme brièvement expliqué à la fin de mon post #14... mais ce n'est guère plus facile tout en étant plus long, et sans apporter de prècision si la characteristique Rdson vs. Tj est relativement linéaire.


Les formules que tu montres au post #20 sont aussi valides avec un radiateur, il suffit de prendre la bonne valeur pour Rth : celle considérant la somme des résistances thermiques entre la puce et l'ambiant (puce-boitier donnée par la datasheet + boitier-ambiant donnée pour le radiateur + la résistance thermique de l'interfaces entre le boitier et le radiateur s'il y a lieu).

[ZorgloubPirlouis]

Merci Antoane pour ces dernières formules.
Je les ai encodées et ça confirme bien l'ensemble des développements qui se recoupent ainsi.

_ A partir de quelle température faut-il envisager un radiateur ?
En effet, ces 80°C (à 175°C) me paraissent énormes pour un courant de 4A !

[Black Jack 2]

Merci Antoane pour ces dernières formules.
Je les ai encodées et ça confirme bien l'ensemble des développements qui se recoupent ainsi.

_ A partir de quelle température faut-il envisager un radiateur ?
En effet, ces 80°C (à 175°C) me paraissent énormes pour un courant de 4A !

Pièce jointe 455287

Bonjour,

Tu as de drôles de questions ... par exemple :

"A partir de quelle température faut-il envisager un radiateur ?
En effet, ces 80°C (à 175°C) me paraissent énormes pour un courant de 4A !"

Il faut mettre un radiateur si, sans ce radiateur, la température de la jonction calculée, compte tenu des conditions d'utilisation (température ambiante maximale, courant de drain (et dans les applications où c'est nécessaire, les pertes par commutation.)), dépasse la température maximale permise de la jonction indiquée dans la datasheet. (soit ici 175°C)

Je ne vois pas en quoi, non plus pourquoi tu considères que "ces 80°C" avec un courant de 4 A permanent et une température ambiante de 40 °C et sans refroidisseur sont "énormes"... C'est la température qu'atteindra la jonction dans ce cas d'application ... et le boîtier du transistor ne sera que presque rien plus bas en température.

Pareil pour une ambiance de 35°C et un courant permanent de 6,1 A, sans refroidisseur qui font grimper la température de jonction à son maximum (175°C) permis dans la datasheet.

[ZorgloubPirlouis]

Merci Black Jack pour ton intervention.
Je t’explique pourquoi cette « drôle de question » m’est venue à l’esprit :

J’avais bien lu à ton Post #13 « Quelle intensité max pourra supporter ce transistor sans refroidisseur… » et tu établissais alors ton calcul sur base d’une température de jonction qui atteignait 175°C… sans toutefois nécessiter de radiateur !

Restant dans l’idée qu’un MOSFET a un bon rendement à cause de son faible Rds(on), et donc d’une très faible déperdition calorifique (!), je m’étonnais de cette « haute température de 175°C » et me demandais ce qu’elle pouvait représenter finalement en terme d’échauffement du boîtier TO220 tout entier.
En effet, dans mon esprit, sans refroidisseur, si le boîtier arrivait finalement à atteindre aussi cette température de 175°C, le manque de refroidisseur m’interpelait et je me disais qu’il ne fallait pas approcher les doigts !

Mais j’imagine alors plus justement (je suppose) que cette jonction (ne représentant que « quelques grains de silicium ») est infime par rapport à l’ensemble du corps du TO220 qui, lui, ne s’échauffe pratiquement pas malgré les 175°C de cette petite jonction.

Je pourrais peut-être finalement comparer (en terme thermique) cette jonction, au filament d’une petite ampoule de 2W qui, lui, peut atteindre de très très haute température alors que l’ampoule elle-même ne s’échauffe pratiquement pas.
Juste ainsi ?

[Black Jack 2]

Merci Black Jack pour ton intervention.
Je t’explique pourquoi cette « drôle de question » m’est venue à l’esprit :

J’avais bien lu à ton Post #13 « Quelle intensité max pourra supporter ce transistor sans refroidisseur… » et tu établissais alors ton calcul sur base d’une température de jonction qui atteignait 175°C… sans toutefois nécessiter de radiateur !

Restant dans l’idée qu’un MOSFET a un bon rendement à cause de son faible Rds(on), et donc d’une très faible déperdition calorifique (!), je m’étonnais de cette « haute température de 175°C » et me demandais ce qu’elle pouvait représenter finalement en terme d’échauffement du boîtier TO220 tout entier.
En effet, dans mon esprit, sans refroidisseur, si le boîtier arrivait finalement à atteindre aussi cette température de 175°C, le manque de refroidisseur m’interpelait et je me disais qu’il ne fallait pas approcher les doigts !

Mais j’imagine alors plus justement (je suppose) que cette jonction (ne représentant que « quelques grains de silicium ») est infime par rapport à l’ensemble du corps du TO220 qui, lui, ne s’échauffe pratiquement pas malgré les 175°C de cette petite jonction.

Je pourrais peut-être finalement comparer (en terme thermique) cette jonction, au filament d’une petite ampoule de 2W qui, lui, peut atteindre de très très haute température alors que l’ampoule elle-même ne s’échauffe pratiquement pas.
Juste ainsi ?

Bonjour,

Mais que nenni,

La résistance thermique entre le boîtier et la jonction est, pour ce transistor, de 1 °C/W
Alors que la résistance thermique entre le boîtier et l'ambiance est de 62 °C/W

Et donc, le "gros" du delta température, en temps long, est entre l'ambiance et le boîtier --> le boitier (en temps long) est presque à la même température que la jonction (juste un poil plus bas)

Par exemple, avec 6,1 A de ID et 35 °C d'ambiance, la jonction se stabilise vers 175 °C, le boîtier sera lui à environ 175 - (175-35)*1/62 = 173 °C (arrondi)

[ZorgloubPirlouis]

Oufff chaud devant ! !
Et donc OK, c'est aussi presque juste la température que peut supporter la jonction.
Et on estime qu'il ne faut pas de refroidisseur sur un boîtier qui monte à 173°C ???
Tu comprends mon étonnement ?

[Black Jack 2]

Oufff chaud devant ! !
Et donc OK, c'est aussi presque juste la température que peut supporter la jonction.
Et on estime qu'il ne faut pas de refroidisseur sur un boîtier qui monte à 173°C ???
Tu comprends mon étonnement ?

Ben non.

Pour que le transistor soit OK, il faut que sa jonction reste en dessous de 175°C.
Si, dans les conditions de travail, c'est le cas sans refroidisseur, on se passe de refroidisseur.
Sinon, soit on met un refroidisseur correctement dimensionné pour que ce soit le cas
... ou bien on choisit un autre transistor pour lequel la température de jonction, dans les conditions d'utilisation ne dépassera pas le max permis.

On peut, pour des raisons autres que la "survie" du transistor, vouloir que la température de boîtier reste bien inférieure à 175°C (par exemple protéger un circuit imprimé de qualité médiocre, ou éviter les risques de brûlure par contact accidentel, ou ...), cela peut être légitime, mais n'a rien à voir avec la protection du transistor lui-même.

[ZorgloubPirlouis]

OK.
Bon, ben alors je vais essayer de trouver un MOSFET qui chauffe pas autant (!) pour piloter, avec mon PIC Vgs5v, ma stupide lampe de 60W sous 12v (5A) !
J'avais beaucoup d'espoirs, déçus, en voulant utiliser un MOSFET plutôt qu'un bipolaire, mais là, visiblement je me plante

[Antoane]

Bonjour,

5 A sous 12 V, pour un fonctionnement ON/OFF... même un MOSFET de mon grand papa ferait le travail en restant froid !

Ici, il suffit de choisir un MOSFET avec une Rdson < 10 mOhm.
Pour cela, pendre le catalogue d'un revendeur et utiliser les filtres :
Vds > 24 V, Ron < 10 mOhm @Vgs = 5V, et boitier acceptable.

On trouve par exemple :
https://eu.mouser.com/datasheet/2/19...-en-522853.pdf
ou https://www.infineon.com/dgdl/Infine...58fed0ddc3062d

[ZorgloubPirlouis]

Merci pour votre patience et disponibilité !
Grâce à ce suivi bien documenté j'ai mieux compris les diverses courbes caractéristiques et autres formules des MOSFET.
Et en effet, les formules sont plus précises que l'utilisation des graphiques.
J'ai repris dans mon fichier calcul les caractéristiques du IRL40S212 que tu me proposais.
Il peut répondre à mes besoins exprimés dès le début de cet échange. (échauffement réduit pour l'intensité demandée, notamment grâce à un Rds très petit).
Je vais "encoder" d'autres transistors pour comparer...
Merci encore à vous tous.