Commande de MOSFETs

[Jack]

Bonjour

La résistance placée en série avec la grille d'un mosfet lorsqu'il est utilisé en commutation est-elle indispensable?

J'ai regardé des notes d'application d'INTERNATIONAL RECTIFIER qui montrent des commandes par TTL ou C-MOS sans cette résistance.

Quel est son rôle précisément? Limiter le courant du aux charges stockées dans la grille ou limiter le dVgs/dt qui peut apparemment être destructeur?

Dans cette hypothèse, comment la calibrez-vous. Je me doute qu'on peut faire des calculs "à la louche", mais j'aimerais quelque chose d'un peu concret si vous avez.

Merci d'avance.
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[Ravaner]

Bjr. je crois que le rôle essentiel de cette résistance c'est de permettre la décharge de la capacité grille lors des commutations notamment. Les valeurs sont souvent de l'ordre de 100 ou 220 ohms.

[Jack]

merci pour ton avis

Si tu pouvais justifier celà, ce serait parfait, ou bien me citer un article traitant de la question.

Je ne te suis pas en ce qui concerne le terme de décharge de la capacité. Sans la résistance, la décharge est encore plus rapide, ce qui doit favoriser la vitesse de commutation.

Les valeurs sont souvent de l'ordre de 100 ou 220 ohms.

Il me semble que la valeur de R doit doit dépendre du type de transistor.

A+

[Ravaner]

L'espace entre la grille et l'ensemble Drain-Source est une magnifique capa avec armature souvent métallique ( MesFet ) qui se charge lorsqu'un niveau haut est appliqué sur la grille. Cette capa se retrouve en parallèle avec les autres capas de la partie commande de la grille et donc participe à un filtre passe-bas qui "ralentit" le système et notamment "arrondit" les créneaux du signal de commande. Donc ... On insère cette résistance de petite valeur afin de décharger cette capa "parasite" lorsque le signal de commande est au niveau bas. En résumé : sans cette résistance, les commutations ne seraient plus franches et on aurait un mode de fonctionnement partiellement linéaire et ... les MosFet se mettraient à chauffer sérieusement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pierrre]

bonjour
Ravaner: je ne te suis pas non plus ... plus la resistance sera petite, plus la decharge sera rapide; donc avec une resistance nulle, la decharge sera tres rapide...a condition que la commande soit capable de supporter le courant.
Je pense donc que cette resistance est la pour proteger la commande contre les pointes de courant lors des commutations; la valeur doit donc etre fonction de cette commande.

A+

Hello,

Il est important d'insérer cette résistance série afin justement de limiter le courant de sortie de l'organe de commande lors de l'établissement des fronts, particulièrement si celui-ci est de type PWM.
Un PIC par exemple peut se mettre à genoux devant un MOSFET, surtout si celui-ci a une résistance interne particulièrement faible (ceux-la ont en général une capacité de grille d'autant plus importante).
Cette résistance ne doit pas être trop importante sous peine de diminuer la tension de commande du MOSFET et donc d'obtenir une conduction imparfaite (échauffement).
Elle ne doit pas être trop faible non plus sous peine de ne pas limiter suffisemment le courant.
Comme dit Ravaner, une valeur de 100 à quelques centaines d'ohm convient.
Pour déterminer la valeur de cette résistance il faut sans doute prendre en compte la fréquence de commutation et la capa de grille du MOSFET pour éviter les pointes de courant à la résonnance.
En pratique 220 ohm conviennent pour commander un MOSFET en PWM pour commuter quelques ampères à quelques centaines d'herz avec un PIC.
En l'absence de cette résistance, j'ai vu apparaitre des phénomènes de "verrouillage thermique" : le MOSFET se met à chauffer et se bloque en conduction. l'ajout d'un radiateur retarde le problème sans le résoudre (un bon MOSFET ne doit jamais chauffer).

A+,

Bruno

[Jack]

surtout si celui-ci a une résistance interne particulièrement faible

de quelle résistance interne veux-tu parler?

Cette résistance ne doit pas être trop importante sous peine de diminuer la tension de commande du MOSFET et donc d'obtenir une conduction imparfaite

En quoi la tension de commande du MOSFET va-t-elle diminuer? Tu veux dire uniquement pendant la phase d'évacuation des charges accumulées dans la grille?

En l'absence de cette résistance, j'ai vu apparaitre des phénomènes de "verrouillage thermique" : le MOSFET se met à chauffer et se bloque en conduction

Je crois que c'est un phénomène de latch-up. Je l'ai relevé dans certains articles.

un bon MOSFET ne doit jamais chauffer

???? Celà voudrait dire que les mosfets pourraient tous être encapsulés en CMS

En attendant, merci encore à vous et A+

de quelle résistance interne veux-tu parler?

RdsOn

En quoi la tension de commande du MOSFET va-t-elle diminuer? Tu veux dire uniquement pendant la phase d'évacuation des charges accumulées dans la grille?

Non, si la résistance est trop grande, la capacité interne de gate du MOSFET ne se chargera pas assez rapidement et la tension de commande ne sera jamais atteinte lors d'un front montant d'une commande PWM. il s'agit d'un circuit RC classique.

Je crois que c'est un phénomène de latch-up. Je l'ai relevé dans certains articles.

oui et moi... sur mes doigts

???? Celà voudrait dire que les mosfets pourraient tous être encapsulés en CMS

ne le sont-ils pas pour la plupart ?

A+,

Bruno

[Jack]

Non, si la résistance est trop grande, la capacité interne de gate du MOSFET ne se chargera pas assez rapidement et la tension de commande ne sera jamais atteinte lors d'un front montant d'une commande PWM. il s'agit d'un circuit RC classique.

Je me doute bien qu'on ne va pas mettre 100k.

Mais finalement, pourquoi mettre une résistance entre le mosfet et la sortie d'un (ou plusieurs en //) 4049 par exemple. Par exemple, au blocage du MOSFET, dès que le courant augmente un peu, la tension va remonter. Le courant ne pourra de toutes manières dépasser 10 à 20mA.

oui et moi... sur mes doigts

Désolé pour eux

A+

[Jack]

???? Celà voudrait dire que les mosfets pourraient tous être encapsulés en CMS


ne le sont-ils pas pour la plupart ?

Non, il en existe de nombreux en boitier métal pour dissipateur thermique.

A+

Mais finalement, pourquoi mettre une résistance entre le mosfet et la sortie d'un (ou plusieurs en //) 4049 par exemple. Par exemple, au blocage du MOSFET, dès que le courant augmente un peu, la tension va remonter. Le courant ne pourra de toutes manières dépasser 10 à 20mA.

je ne pense pas que mettre en parallèles plusieurs portes soit utile pour commander une porte de MOSFET, qui justement travaille en tension et non pas en courant.

un front descendant sans protection de courant reviendrait à court-circuiter une capacité chargée, ce qui violerait dans un premier temps l'étage de commande, et dans second temps le premier commandement de ce forum :
http://forums.futura-sciences.com/post339359-15.html

A+,

Bruno

[Jack]

je ne pense pas que mettre en parallèles plusieurs portes soit utile pour commander une porte de MOSFET, qui justement travaille en tension et non pas en courant.

C'est très classique pourtant, on augmente ainsi le courant de sortie.

un front descendant sans protection de courant reviendrait à court-circuiter une capacité chargée, ce qui violerait dans un premier temps l'étage de commande, et dans second temps le premier commandement de ce forum

Plus sérieusement, est-ce que tu considères que l'impédance de sortie d'une porte C-MOS est assimilable à une source parfaite? J'ai dit dans mon précédent post que les niveaux s'effondraient dès une dizaine de mA.

D'où l'intérêt de les mettre en parallèle. Q=I.T, la charge Q étant donnée, pour diminuer T, il faut augmenter I.

A+

Le seul intérêt de mettre en parallèle plusieurs portes pour commander un MOSFET serait non pas d'améliorer sa commutation, mais de répartir le courant inverse de la capa de grille dans plusieurs... fusibles.

A+,

Bruno

[monnoliv]

et dans second temps le premier commandement de ce forum :
http://forums.futura-sciences.com/post339359-15.html

Humm, tu as de bonnes sources d'informations
Sérieusement,
Le dipôle G-S d'un MOSFET est un condensateur. On attaque ce condensateur avec une tension carrée (commutation), on doit forcément placer une résistance entre l'appareillage qui produit la tension carrée et le MOSFET. La valeur de la résistance est conditionnée par plusieurs éléments, sans entrer dans les détails, on a:
1. Ne jamais dépasser le courant maximum admissible Imax par l'appareillage qui produit la tension carrée, donc si Vout correspond à l'état conducteur (supposons que l'état non conducteur est à 0[V]), on a la valeur minimale: R=Vout/Imax.
2. La valeur de la résistance joue sur la rapidité des commutations, les EMC et l'échauffement du MOSFET:
Une faible résistance accélère les commutations mais provoque plus d'échauffement et d'EMC.
Une résistance plus grande ralentit les commutations mais diminue l'échauffement et les EMC.
Il y a des circuits spécialisés pour commander les MOSFET, ces circuits sont dimensionnés pour tenir de forts courants de pointes (alors que le courant moyen est bien inférieur). Ex, le MAX4426 (DIP8 ou SOI8) contient deux "drivers" pouvant supporter chacun 5[A] pointe.

Concernant des circuits soi-disant sans résistance, en fait, on se sert de l'impédance de sortie du circuit de commande comme résistance!

[Jack]

Le seul intérêt de mettre en parallèle plusieurs portes pour commander un MOSFET serait non pas d'améliorer sa commutation, mais de répartir le courant inverse de la capa de grille dans plusieurs... fusibles.

ce qui revient au même

Heu ..., pourquoi le terme "fusibles"?

2. La valeur de la résistance joue sur la rapidité des commutations, les EMC et l'échauffement du MOSFET:

Pourquoi une commutation plus rapide augmente-t-elle l'échauffement du transistor?.

A+

Heu ..., pourquoi le terme "fusibles"?

A+

Car le courant de décharge de la capa pourra se répartir non pas dans la résistance interne d'une seul porte, mais de plusieurs.
Ceci limite le courant dans la résistance interne de chaque porte, qui ne se privera pas de claquer de toutes façons comme un fusible si il excède ses tolérances.

A+,

Bruno

[Jack]

Ceci limite le courant dans la résistance interne de chaque porte, qui ne se privera pas de claquer de toutes façons comme un fusible si il excède ses tolérances.

Je ne vois pas pourquoi la porte lâcherait

A+

Je ne vois pas pourquoi la porte lâcherait

A+

Sur un front descendant très raide, la porte va (essayer de) se comporter comme un interrupteur qui court-circuite une capacité chargée (celle de la grille du MOSFET). L'intensité de la décharge de la capa pourra alors largement dépasser la tolérance de la porte pour la raison qui est exprimée dans le commandement N°1.

A+,

Bruno

[Jack]

prends, un driver type 4050 par exemple. Comme je l'ai dit précédemment, tu ne pourras jamais tirer plus de 10 à 20mA (si elle est alimentée en 5V).

Il n'est donc pas possible de la détruire.

A+

[invitef87b7d1f]

Salut,
N'y a-t-il pas une annalogie avec les circuits driver des IGBT de puissance ?
Il me semble que cette partie est particulièrement bien soignée dans les variateurs de fréquence ( IGBT de 75 à 600 A ! )
@+

prends, un driver type 4050 par exemple. Comme je l'ai dit précédemment, tu ne pourras jamais tirer plus de 10 à 20mA (si elle est alimentée en 5V).

Il n'est donc pas possible de la détruire.

A+

il ne s'agit pas de faire débiter la porte (source) mais de lui faire absorber du courant (sink). en général les portes peuvent absorber à peu près la même chose que ce qu'elle peuvent débiter.

pour faire une analogie, et toutes proportions gardées, c'est comme pour une batterie de voiture. tu mets du temps à la charger avec peu d'intensité, par contre si tu la met en court-circuit tu peux faire fondre une clef à molette, car étant donné que la tension à ses bornes est constante, toute l'énergie stockée sera libérée sous forme de courant.

quand à savoir si l'on peut détruire une porte en essayant d'en tirer plus de courant que le constructeur n'autorise, ça dépend si la porte est protégée en court-circuit, mais en dehors de ça je ne compterais pas sur sa résistance interne pour servir de limiteur

A+,

Bruno

[Jack]

Je sais tout çà.

Peut-être me suis-je mal fait comprendre.

Explique-moi comment le courant pourra dépasser 20mA dans un 4049 alimenté en 5V. Je t'ai extrait la caractéristique de sortie du 4049.

A+

Peut-être me suis-je mal fait comprendre.

je pense oui, et c'est toujours le cas.

je passe le relais à qui en veut, car je ne vois pas ni sur quoi tu bloque ni ou tu veux en venir.
si tu n'avais pas une étiquette de modérateur je t'aurais pris pour un troll.

A+,

Bruno

[Jack]

marrant çà.

La dernière question était précise pourtant.

Donc pour toi, lorsque la sortie du 4049 est à l'état bas, il peut circuler plus de 20mA?

A+

[Jack]

j'en conclus donc que tu ne sais pas.

[monnoliv]

Pourquoi une commutation plus rapide augmente-t-elle l'échauffement du transistor?.

Mouais bon, en fait faut lire le contraire, je recommence (sorry)

...

2. La valeur de la résistance joue sur la rapidité des commutations, les EMC et l'échauffement du MOSFET:
Une faible résistance accélère les commutations, diminue l'échauffement mais provoque plus d'EMC.
Une résistance plus grande ralentit les commutations, diminue les EMC mais augmente l'échauffement.

...

N'y a-t-il pas une annalogie avec les circuits driver des IGBT de puissance ?

Tout à fait, un IGBT se commande exactement comme un MOSFET, il y a juste, le cas échéant, le circuit de protection qui change.

je passe le relais à qui en veut, car je ne vois pas ni sur quoi tu bloque ni ou tu veux en venir.
si tu n'avais pas une étiquette de modérateur je t'aurais pris pour un troll.

Ce n'est pas parce que tu n'as pas d'explication claire qu'il faut devenir agressif et injurieux.

Explique-moi comment le courant pourra dépasser 20mA dans un 4049 alimenté en 5V. Je t'ai extrait la caractéristique de sortie du 4049.

20[mA] peut être suffisant pour les petits MOSFETs (ceux dont la capa grille-source est petite), la grille sera chargée assez vite.
Je pense que le problème n°1 de la mise en oeuvre des MOSFET c'est la commande, on trouve de tout, la conséquence directe c'est la question "mais pourquoi ce composant chauffe t'il si fort?"

Ce n'est pas parce que tu n'as pas d'explication claire qu'il faut devenir agressif et injurieux.

Hello,

je vais encore passer pour un vilain petit canard, mais les provocations de Franck ne semblent pas te déranger.
ça ne semble déranger personne non plus d'entendre que la sortie d'une porte 4049 a une régulation interne de courant et est indestructible.

Explique-moi comment le courant pourra dépasser 20mA dans un 4049 alimenté en 5V. Je t'ai extrait la caractéristique de sortie du 4049.

OUTPUT LOW SINK CURRENT
il s'agit du courant que l'on peut peut faire drainer par la sortie sans endommager le composant, c'est une limite que l'utilisateur doit respecter, et non pas une régulation interne réalisée par le composant.

Donc pour toi, lorsque la sortie du 4049 est à l'état bas, il peut circuler plus de 20mA?

Oui et la porte claque.

Sinon cela aurait des applications intéressantes, comme par exemple alimenter avec la porte une LED en courant constant de 2 à 5V sans résistance de limitation ...

A+,

Bruno

[Jack]

OUTPUT LOW SINK CURRENT
il s'agit du courant que l'on peut peut faire drainer par la sortie sans endommager le composant, c'est une limite que l'utilisateur doit respecter, et non pas une régulation interne réalisée par le composant.

Hé ben non. cette caractéristique est une caractéristique typique.

De plus je n'ai jamais parlé de régulation.

Il s'avère tout simplement que, comme dans tous les mosfets, le courant de drain est paramétré par Vgs. Bref, pour un Vgs donné, Id ne pourra pas dépasser une certaine valeur. C'est comme ça, et tu pourras le constater en regardant n'importe quelle caractéristique de transistor MOSFET.
Et comme un 4049 n'est composé que de mosfets ....

Le seul problème pouvant poser problème, c'est le Isink max qui est de 10mA. Mais il s'agit d'une valeur moyenne.
Je reste persuadé qu'il est capable d'encaisser ces peites pointes de 20mA (si on arrive à 20mA).

Sinon cela aurait des applications intéressantes, comme par exemple alimenter avec la porte une LED en courant constant de 2 à 5V sans résistance de limitation ...

Je n'ai pas essayé avec un 4049 car je n'en ai pas sous la main, mais avec un 4011 par exemple, alimenté en 5V, tu peux brancher tranquillement une led entre la sortie et le Vcc sans résistance.

Dès que j'ai un peu de temps devant moi, je ferai les mesures.

Tu remarqueras que je suis resté poli. Je préfère rester constructif.

A+

[invite03481543]

Salut à tous,

je vois que le sujet est chaud!

Un mos à une capacité de grille bien définie dans les datasheet selon le modèle choisit et dès lors selon la fréquence avec laquelle on décide de faire fonctionner le transistor, on doit déterminer les caractéristiques du générateur de tension qui va permettre une mise en conduction avec le minimum de pertes.

Si la fréquence est très élevée, il sera même nécessaire d'opter pour une source de courant.

Pourquoi?
Parceque la capacité de grille nécessite d'être chargée le plus rapidemment possible et qu'à hautes fréquences la puissance à l'entrée valant: Pe=Qg*Vgs*f devient non négligeable.
Avec une source de tension on va obtenir une charge de la capacité qui va démarrer par une pointe de courant (mauvais pour l'EMC) et finir par une décroissance de celui-ci, ce qui va donner un temps de charge plus long que dans le cas d'une charge à courant constant qui va permettre en plus de limiter l'EMC.

Donc connaissant la capacité de grille, la fréquence de commutation désirée, on va agir sur Qg seul paramètre permettant d'agir efficacement sur la puissance d'entrée.
En déterminant le courant de charge et le temps pour effectuer cette charge, on agit directement sur le temps de mise en conduction, donc sur le temps des pertes également.

Pour revenir sur la question de Jack, la résistance sur la grille est indispensable dans le cas d'une commande par source de tension, puisqu'elle détermine le courant max qui sera appliquée à la capa tout en garantissant une tension Vgs la plus stable possible.

Il faut également tenir compte de la décharge de la capacité qui doit être rapide également, et on adjoint en pratique une diode à faible temps de recouvrement en anti-parallèle sur la résistance de gate pour accélérer sa décharge vers la source.
Pour des fréquences < 100KHz on opte pour des portes CMOS 4049/4050 montées en //, et pour des fréquences supérieures on utilise un étage push-pull à Mos bien plus efficace.
Une dernière chose à ne pas négliger, c'est l'influence des inductances de fuites qui doivent être limitées au maximum en réduisant au mieux la distance entre la commande et la grille.
Cet aspect est souvent la cause de suroscillations qui à hautes fréquences peuvent provoquées également des échauffements.

J'espère vous avoir apporté quelques éléments de réponses.

Hé ben non. cette caractéristique est une caractéristique typique.

De plus je n'ai jamais parlé de régulation.

Il s'avère tout simplement que, comme dans tous les mosfets, le courant de drain est paramétré par Vgs. Bref, pour un Vgs donné, Id ne pourra pas dépasser une certaine valeur. C'est comme ça, et tu pourras le constater en regardant n'importe quelle caractéristique de transistor MOSFET.
Et comme un 4049 n'est composé que de mosfets ....

Le seul problème pouvant poser problème, c'est le Isink max qui est de 10mA. Mais il s'agit d'une valeur moyenne.
Je reste persuadé qu'il est capable d'encaisser ces peites pointes de 20mA (si on arrive à 20mA).

Je n'ai pas essayé avec un 4049 car je n'en ai pas sous la main, mais avec un 4011 par exemple, alimenté en 5V, tu peux brancher tranquillement une led entre la sortie et le Vcc sans résistance.

Dès que j'ai un peu de temps devant moi, je ferai les mesures.

Tu remarqueras que je suis resté poli. Je préfère rester constructif.

A+

Bien joué ,
c'est vrai tu as raison, tu pourras aussi mesurer le même courant de sortie de la porte sans la LED. Ton effet de manche a bien marché, il aurait été cependant plus constructif de rappeller la propriété tout de suite plutôt que laisser trainer le topic sur une fausse piste, et la politesse c'est aussi de laisser les gens aller manger sans les relancer

Du coup on a perdu de vue le topic d'origine je pense qu'une des notes dont tu parle est celle-la :
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-937.pdf
sur laquelle on voit même une résistance de limitation avec une diode de roue libre en parallèle

la protection du dispositif de commande du mosfet n'est donc pas un luxe mais une obligation. on retrouve les mêmes contraintes avec les bus à haute vitesse : une résistance de 100 ou 220 ohms est parfois insérée en série dans la ligne afin de limiter le courant qui lors des commutations peut provoquer des pics de tensions en dessous ou au dessus des tolérances d'entrée des portes. par contre c'est pareil, il n'y a pas de justification formelle du calcul de la résistance de limitation, juste une préconisation constructeur.

A+,

Bruno