Technologies MOSFET et IGBT

MOSFET vs bipolaire

Avantages MOSFET

• Absence de gainPour passer de quelques V et µA à quelques dizaines de Volts et centaines d'Ampères en technologie bipolaire, il fallait 'empiler' des transistors à la queue leu-leu afin d'obtenir le gain final requis. En MOSFET, la tension de commande n'est pas liée à l'intensité de charge.
  Avec un MOSFET on n'utilise généralement qu'un transistor de puissance et un (puissant) driver de commande., simplification du montage
• Commande en tensionPas de gain, pas de β, simplement une tension de pincement que l'on verra plus loin, pas de calculs complexes
• Chute de tension en conductionRdsON × Ids facile à calculer
• Mise en // aisée : pas d'emballement thermiqueLorsque l'on met en // 2 MOSFET ou plus, il convient de les appairer comme pour les diodes.
  Toutefois contrairement aux bipolaires dont le gain augmente quand il chauffe ce qui le rend plus conducteur et augmente son intensité et donc son réchauffement et sa destruction par effet 'boule de neige'. A l'inverse le MOSFET voit son RdsON augmenter quand sa température augmente ce qui limite I équilibrant ainsi la répartition 'automatiquement' !

Inconvénients MOSFET

• Sensibilité aux surtensions
• Coût encore élevé en forte puissance
• Type P là aussi plus rare et de performances inférieures

Les MOSFET partagent les mêmes boîtiers que les bipolaires et les thyristors et triacs que nous verrons plus bas.

Pour les plus fortes puissances, il existe des modules à visser sur dissipateur.

La gate du transistor MOSFET se pilote en tension, comme vu en vidéo et la zone de transition est comprise entre 3 et 5 Volts.
Avant 3 Volts aucune conduction, après 5 Volts et plus : RdsON.

Plus intéressant encore, la capacité de quelques nF formée entre la grille et la source est capable de stocker la dernière valeur. Ces différentes particularités rendent obligatoire le référencement de la gate en l'absence de commande. Ainsi on ne doit jamais laisser la gate 'en l'air'Gate : porte ou grille en français
!

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Le transistor comporte 3 bornes : drain, gate (grille) et source.
Le canal N offre un sens du courant entre drain et source lorsqu’une tension positive Vgs est appliquée entre source et gate ; l'inverse pour le canal P.

Enfin, si la très grande majorité des transistors MOSFET sont des modèles à enrichissement
(Si Vgs = 0, Ids = 0),
il existe des modèles à déplétion ou appauvrissement
Par défaut, drain et source sont reliés avec pour seule résistance : RdsON.

Dès que la tension Vgs atteint la valeur limite, le transistor à déplétion devient isolant.

Il est l'inverse du modèle à enrichissement !
qui conduisent en l’absence de tension gate et s'ouvrent dès que Vds atteint le valeur critique (mêmes valeurs de Vgs).

La tension de début de conduction, appelée aussi tension de pincement, disponible sur le datasheet IRF540, fourni en exemple, fait chuter la résistance Rds de l'infini à RdsON (voir datasheet IRF540) en toute fin de conduction.

Critères de choix :
Tension Vds maxi, intensité IdsIntensité nominale en conduction, puissance maximum et aussi RdsONPlus cette résistance est faible, plus les pertes par conduction sont faibles (Ids × Rds : voir Conseils+ en fin du cours) et la capacité CissCapacité de gate / grille : voir le datasheet pour ex. de valeur.
Cette capacité est primordiale à prendre en compte pour des applications à haute fréquence : Zc = 1 / (C × ω) !

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Voici schématisé l'équivalent d'un MOSFET : RdsON en rouge qui est la résistance minimaleDans le datasheet vous n'aurez que RdsON maximal garanti, le composant sera forcément meilleur !
Ex dans la vidéo : 25 mΩ au lieu de 44 mΩ entre drain et source.
En noir la résistance variable en fonction de la tension Vgs aux bornes du C entre gate et source : R noir de ∞ à 0.

Cette capacité intervient aussi notamment à haute fréquence dans le choix du mode de pilotage du transistor (afin de diminuer le temps de transitionEn rouge les pertes lors des transitions, on retrouve la charge décharge RC du condensateur...

Notons que plus la fréquence est basse, en bas, moins ce temps fixe n'a d'importance face au rendement et à l'échauffement global. dû à la charge du condensateur).
N'oubliez pas que ce temps de transition engendre les pertes vues en Conseil+ Pertes en commutation et conduction !

Il s'agît d'un hybride, combinant un MOSFET chargé de piloter un bipolaire.
Actuellement l'industrie électronique ne sais concevoir des MOSFET capables de commuter une tension élevée et une intensité élevée simultanément ; autrement dit : opposant une résistance RdsON (très) faible.

Avantages IGBT vs MOSFET :

• Intensités, tensions et donc puissances disponibles plus élevées (applications variateurs convertisseur de puissance...)
• Chute de tension passant plus faible que le MOSFET en forte puissance 

Inconvénients :

• Plus lent : fréquence exploitable < à 1 MHz contre F > à 10 MHz pour le MOSFET
• Plus onéreux en faible puissance