MOSFET en commutation

[said450]

salut
Ma question est très simple mais malheureusement je n'arrive pas à la résoudre.

Comment calculer la tension VGS que je dois appliquer sur la porte d'un MOSFET pour débiter un courant ID sur une charge résistive.
Le MOSFET doit fonctionner en commutation.

J'ai cherché mais la plupart des cas il est nécessaire de trouver le paramètre K que je n'arrive pas à le calculer

c’est très gentil si vous me montrez votre méthode en pratique pour fonctionner un tel MOSFET en commutation (charge résistive).

merci
-----

[Pascal071]

Bonsoir
Un peu de lecture...
https://arquidiamantina.org/fr/mosfe...e-commutateur/

Le Vgs @Id est donné dans la notice du composant (2 à 4v)
Cordialement

[Antoane]

Bonjour,

Le MOSFET doit fonctionner en commutation.

Cela signifie que le ratio entre Vds et Id, alors noté Rdson, est indépendant de Vgs. Dans ces conditions, la valeurs de Vgsne se calcule pas, elle se lit dans la datasheet du composant.
La Rdson est une characteristique intrinsèque du composant, elle ne se calcule pas, elle a une certaine valeur donnée dans la datasheet du composant.
Il existe une autre tension, spécifiée dans la datasheet, au-delà de laquelle le MOSFET est passant et se comporte comme une résistance relativement constante, de valeur Rdson, c'est celle-ci qui t'intéresse. Sur ce composant, par exemple https://www.infineon.com/dgdl/irf540...5355e39f0d19a1, il faut appliquer au moins 10 V de Vgs pour rendre le composant bien passant :


Le Vgsth (défini par la ligne suivante de la datasheet) est très souvent mal compris : pour une application en commutation (ie. le MOSFET peut seulement être passant ou bloqué), cette valeur signifie seulement que : quand Vgs < Vgsth, alors le composant est bloqué. En revanche, on ne peut pas dire que lorsque Vgs>Vgsth alors le composant est passant.


Attention :
quand on parle de transistors bipolaires (NPN et PNP) :
- "saturé" signifie que le composant est proche d'un court circuit, i.e. qu'il est üassant, ie. comme un interrupteur fermé
- "linéaire" signifie que le composant a une tension non-négligeable à ses bornes, et qu'un courant non-négligeable le traverse. C'est un état qu'on utilise pour faire par exemple des amplificateurs linéaires, mais qu'on évite e électronique de puissance.
quand on parle de MOSFETS, c'est l'inverse :
- "linéaire" signifie que le composant est assimilable à sa Rdson, i.e. proche d'un court circuit, i.e. qu'il est passant, ie. comme un interrupteur fermé
- "saturé" signifie que le composant a une tension non-négligeable à ses bornes, et qu'un courant non-négligeable le traverse. C'est un état qu'on utilise pour faire par exemple des amplificateurs linéaires, mais qu'on évite e électronique de puissance.
Il y a souvent confusion dans les termes, il faut faire attention. C'est d'ailleurs ce que fait le site donné en lien au post#2 :
- La figure "Courbes de caractéristiques du MOSFET" définit correctement la "saturation region", mais elle ne définie pas la zone linéaire, entre la courbe pointillée verte et la droite Vds = Rdson*Id
- Le début de la section 2 confond région de saturation et linéaire, qui sont deux modes de fonctionnement différents
(je n'a pas étudié en détail le reste du lien).

[said450]

re Salut
Merci pour vos réponses

Cela signifie que le ratio entre Vds et Id, alors noté Rdson, est indépendant de Vgs

j'ai mal compris celle si. par ce que en mode linière (triode) on a cette relation


on voit bien que ID est toujours dépend de VGS.
j'espère que j'ai pas une confusion jusqu'à la?

Attention :
quand on parle de transistors bipolaires (NPN et PNP) :
...............

Merci infiniment Pascal pour cette explication ça rendre plus claire les deux mode du fonctionnement du MOSFET

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

S'agit-il d'un exercice ou d'un cas pratique ?
- Dans le premier cas, peux-tu poster l'énnoncer complet ?
- Dans le second cas, peux-tu détailler le cas d'étude ?

Suivant le contexte, la réponse, et surtout son explication et les hypothèses, ne seront pas les mêmes.

[said450]

Re Antoane
c'est le second cas! cas pratique.
voila, je viens d'étudier le Timer NE555P en monostable alimenter en 5V. j'ai branché une LED et une résistance sur sa sortie 3. et tous a fonctionné très bien.
maintenant je veux replacer la LED par une lampe (12V, 1A). alors il me faut un composant capable de fournir la puissance nécessaire pour allumer la lampe. puisque le NE555 n'est pas capable de fournir cette puissance.
il y a plusieurs choix comme un transistor + relais ou Darlington ou transistor de puissance mais mois je veux utiliser un MOSFET.
c'est très facile de monter un BJT en commutation on choisissons IC<<<Bêta*IB
mais vraiment j'ai pas trouvé la méthode pour fonctionner le MOSFET en commutation charge résistive

[paulfjujo]

bonsoir,



ce montage devrait fonctionner ...
attention à l'ordre des pins 1 2 3 gate Drain Source

signal sur gate
Source au 0V
Drain vers la lampe

[lutshur]

Bonjour,
L'IRF540 a un Vgsth compris entre 2V et 4V.
La sortie du NE555 ne monte pas à plus de 4V si alimenté en 5V. Ca risque bien de ne pas fonctionner.

[antek]

Et la R_DSon est donnée pour une V_GS de 10 V, c'est un signe !

[DAT44]

Bonjour,
plutôt ça :

[lutshur]

Même pas certain.
En monostable, DISCH et THRES sont reliés. THRES va déclencher DISCH lorsque sa tension sera de 5*2/3 =3.33V.
Si l'IRF av une Vgsth de 2V, il sera encore conducteur.

Oups, si l'IRF a une Vgsth de 4V, c'est encore mort.

[antek]

Si une source 12 V est disponible autant l'utiliser.

[antek]

Si une source 12 V est disponible autant l'utiliser.

. . . pour alimenter le 555.

[Antoane]

Bonsoir,

Bonjour,
plutôt ça :

Pièce jointe 474895

Malheuresement non : le 555 a des diodes de clamp internes, et en particuler une entre sont entrée 7 et son Vcc (pin 8), avec la cathode au Vcc.
Avec ce montage, la diode limitera le Vgs à ~ 5,8 V.

Il faut passer en 12 V l'alimentation du 555 (cf. messages d'antek), ou ajouter un transistor.

Nota : pour rendre rail-to-rail la sortie du 555 (du moins en ne sourcant aucun courant), on peut mettre la pull-up sur la sortie 3 : ainsi l'étage de sortie du 555 est actif lorsque Vout < Vcc - 1.5 V (environ) et la pull-up prend le relais si Vout > Vcc - 1.5V

[Bitrode]

pour rendre rail-to-rail la sortie du 555

Tu peux aussi te simplifier la vie en prenant un 7555, la version Cmos du 555.
ICM7555 General purpose CMOS timer (nxp.com)

[said450]

Bonjour à tous

si on applique une tension suffisamment grande sur la porte du MOSFET. par exemple VGS = 10V pour le IRF540
dans ce cas on peut modéliser le MOSFET par une résistance de petite valeur
mosfet01.png
Par conséquent le courant ID sera limiter seulement par le circuit extérieur (les deux résistance + Vcc)
Equation-2.png

dans ce cas ID est indépendant de VGS comme tu as dis Antoane.

En générale est ce que cette méthode est juste pour fonctionner un tel MOSFET en commutation (on choisissant VGS suffisamment grande)
merci

[Antoane]

Bonjour,

Validité de la formule : :
Cette formule est une formule découlant d'un modèle simplifié de MOSFET, elle ne prend en compte qu'une partie des phénomènes en jeu et en particulier elle "oublie" la résistance de drift ou celle du substrat (https://www.microcontrollertips.com/...-is-rdson-faq/) qui sont des constantes (ie indépendantes de Vgs). Par conséquent, cette formule est surtout valide tant que Vds/Id ne se rapproche pas trop de la Rdson spécifiée dans la datasheet. Cela explique aussi pourquoi cette formule ne montre pas la limite Vds -> Id * Rdson, attendue en pratique lorsque Vgs augmente.
https://www.microcontrollertips.com/...-is-rdson-faq/

Ton raisonnement du post 16 est bon, mais même si il ne prend pas en compte la résistance de drift et celle du substrat, qui font partie de la Rdson et s'ajoute à celle obtenue par la formule ci-dessus. Par ailleurs, on cherchera à minimiser le Vds à l'état ON pas seulement pour que le courant dans la charge soit indépendant de Rdson mais aussi (voire surtout) pour limiter les pertes dans le MOSFET.


Choix de Vgs pour rendre "bien passant" un MOSFET :
Cette valeur est à lire dans la datsheet du composant choisi.
Si on prend la datsheet de l'IRF540 (un composant que mon gand père, dèjà, utilisait à la pelle), on trouve :

La ligne spécifiant que la Rdson vaut au max 44 mOhm, lorsque le Vgs est égal à 10 V. C'est donc la tension de commande recommandée pour le composant.
Prendre une valeur supérieur est inutile : les figures 1 et 2 montrent que les performances statiques sont très similaires entre 10 e 15 V. En revanche, choisir une tensionde commande supérieure consomme de l'énergie, demande des efforts (circuit de commande designé pour une plus haute tension), et affecte (relativement marginalement en dessous de 15-20 V) la fiabilitité du composant.

Note que le Vth doit être compris comme la tension de commande en deca de laquelle le MOSFET sera bloqué. En effet, la datasheet assure que si Vgs < 2 V alors le courant de fuite sera inférieur à 250 uA (supposant que le potentiel sur le drain est égal à celui sur la grille).

[said450]

Re salut
j'attendais ton retour avec toute patience mon prof Antoane. Vous expliquez d'une manière simple et efficace. merci à vous et à tous ceux qui ont répondu.

j'ai une autre question. sur le schéma ci dessous
mosfet02.png
je penses que la résistance de rappel n'est pas nécessaire parce que la sortie 3 est capable d'absorber le courant quand elle sera sur état bas.
alors le NE555 va bloquer le MOSFET.
mais il faut mettre une résistance série pour limiter le courant de charge du capacité parasite sur 16 ou 20mA.

Par contre sur le schéma ci-dessous je penses que pas besoin de mettre aucune résistance entre les deux transistors . tous va fonctionner normalement.
mosfet03.png
merci

[antek]

La résistance de rappel au 0 V sert à garantir un potentiel nul sur la grille du mosfet.

[Bitrode]

La raison est que la grille est structurellement en haute impédance et, lorsqu'elle est laissée flottante, peut prendre des valeurs de tensions pouvant détruire la grille.
La résistance diminue fortement l'impédance d'entrée et permet une forte immunité aux bruits.

[said450]

Re Salut

La résistance de rappel au 0 V sert à garantir un potentiel nul sur la grille du mosfet.

La raison est que la grille est structurellement en haute impédance et, lorsqu'elle est laissée flottante, peut prendre des valeurs de tensions pouvant détruire la grille.
La résistance diminue fortement l'impédance d'entrée et permet une forte immunité aux bruits.

Si j'ai bien compris, quand la sortie 3 est sur l'état bas, le NE555 n'est pas capable de maintenir le blocage du MOSFET!
si oui il faut mettre la résistance de rappel pour s’assurer le blocage du MOSFET .

[antek]

Le NE555 est capable de décharger la grille, à quelle vitesse on ne sait pas mais ce n'est pas le sujet.
La résistance est utile lorsque les potentiels ne sont pas bien définis, pendant les phases marche/arrêt du circuit et hors alimentation, et bien sûr l'immunité au bruit comme dit plus haut.

[said450]

salut

La résistance est utile lorsque les potentiels ne sont pas bien définis, pendant les phases marche/arrêt du circuit et hors alimentation

Je n'aurais jamais pensé à ces choses. Je ne nie pas que je trouve actuellement des difficultés à utiliser le MOSFET, mais je ferai de mon mieux pour comprendre son comportement. Mais pour l'instant, je vais suivre tous les conseils que vous m'avez donnés.
Merci