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Caractéristiques du MOS
Régime statique
on donne ci-dessous le réseau de caractéristiques du MOS
on règle E = 5 V , R = 10 W et R' = 1 W
Quelle est la tension de seuil Vgth ? Pour Vgs < 5 V le MOS est bloqué donc Vgth = 5 V
Pour V > Vgth, quel est l'état du MOS ? on a Ig = 0 donc Vgs = V
E = Vds + R.Id soit Id = 5 - Vds
Les points de fonctionnement possibles sont donc sur la droite de charge d'équation
Id = 5 - Vds. Cette droite se situe dans la zone de fonctionnement linéaire
Tracer Vds(ID) pour Vds variant de 5 à 15 V. Que peut-on en conclure ? tracer la droite de charge E = Vds + R.Id soit ID = 5 - Vds
pour chaque valeur de Vgs, relever les coordonnées du point d'intersection de la droite de charge avec la caractéristique du MOS
on reste bien dans le domaine linéaire
Dans les conditions du 3°, quelle est la puissance maximale que doit pouvoir dissiper le transistor ?
Pmax = 2,7 W
on étudie la commutation de fermeture
Cliquez ci-contre pour observer les formes d'ondes :
Quelles sont les valeurs de E et I ? Quand le MOS est bloqué Vds = E donc E = 50 V
quand le MOS est saturé ID = I donc I = 8 A
quelle est la valeur approximative de la résistance Rg ? A la fermeture du MOS la capacité Cgs est déchargée, le courant de grille en t = 0+ est Eg/Rg = 10/0,5 = 20 W
Déterminer le temps de fermeture C'est le temps mis par ID pour atteindre 90 % de sa valeur de saturation, l'origine des temps étant le passage à l'état haut de eg :
ton = 15 ns
Évaluer l'énergie perdue durant la commutation Assimiler les graphes à des droites :
dW = Vds.Id.dt
De 0 à 10 NS ID = 0 donc W1 = 0
De 10 à 15 NS : Vds = 50 V et ID varie linéairement
W2 = 20ƒId.dt, l'intégrale est la surface du triangle limitépar ID soit 8*5ns/2 = 20 n soit W2 = 400 nJ
De 15 à 50 NS : Ids = 8 A et vds diminue linéairement
W3 = 8ƒVds.dt, l'intégrale est la surface du triangle limitépar Vds soit 50*35ns/2 =875 n soit W3 = 7 000 nJ
Won = 7 400 nJ = 7,4 µJ
onétudie la commutation d'ouverture
Cliquez ci-contre pour observer les formes d'ondes :
Quel est le temps de retard au blocage ? c'est le temps entre l'instant de passage de la commande au niveau bas et l'instant où Ids = 90 % de I t = 51 nS
Quel est le temps d'ouverture ? c'est le temps entre l'instant de passage de la commande au niveau bas et l'instant où Ids = 10 % de I
toff = 57 nS
A quel phénomène est dû le palier horizontal que l'on constante sur Vfs et Ig ? Lorsque le MOS devient conducteur, Vds remonte; il faut alors charger
la capacité parasite Cgd alors que l'on continue à décharger Cgs
La capacité vue par la source est alors variable
Évaluer l'énergie perdue durant les commutations on utilise la méthode du 4°
De 0 à 15 NS Vds = 0 donc W'1 = 0
De 15à 50 NS : ID = 8 A et Vds varie linéairement
W'2 = 8ƒVds.dt, l'intégrale est la surface du triangle limitépar Vds soit 50*35ns/2 = 875 n soit W2 = 7 000 nJ
De 50 à 58 NS : Vds = 50 V et ID diminue linéairement
W'3 = 50ƒId.dt, l'intégrale est la surface du triangle limitépar ID soit 8*8ns/2 =32 n soit W'3 = 1 600 nJ
Woff = 8 600 nJ = 8,6 µJ
Calculer l'énergie perdue durant la conduction du MOS sachant que Rdson = 0,1 W La puissance moyenne perdue est Rdson.I² /2 puisque le transistor conduit la moitié du temps
Pcond = 3,2 W
Calculer la puissance que doit dissiper le MOS. Les pertes de commutation sont : f.(Won+Woff) = 1,6 W
En ajourant les pertes de conduction on a P = 4,8 W
La résistance thermique jonction - ambiant est de 50 °C/W et la température maximale de la jonction est de 125 °C; A température ambiante de 25 °C, doit-on équiper le transistor d'un radiateur. Pmax = (qj - qa)/Rth = 100 /50 = 2 W
Comme on doit dissiper 4,8 W, il faudra un radiateur
A quoi est due la surintensité dans le transistor ? Quel est le temps de fermeture ? c'est le temps mis par ic pour atteindre 90 % de sa valeur de saturation, l'origine des temps étant le passage à l'état haut de eg : ton = 32 nS
on constate que l'ouverture se fait en deux temps : chute rapide du courant ic jusqu'à 10 A puis décroissance lente de ic jusqu'à 0. Expliquer ces phénomènes Dans l'IGBT, on a un MOS en cascade avec un bipolaire.
Le courant ic se répartit entre ces deux interrupteurs.
L'ouverture du MOS est très rapide; un fois le MOS ouvert, on a piégé des porteurs dans le bipolaire ce qui explique la décroissance lente du courant conduit par ce transistor (queue de courant)
Quel est le temps d'ouverture ? c'est le temps entre l'instant de passage de la commande au niveau bas et l'instant où Ids = 10 % de I ; toff = 800 nS
Évaluer l'énergie perdue durant les commutations Graphes simplifiés en commutation :
Fermeture : Won = 60 µJde 0 à 30 nS W1 = 0 ;
de 30 à 33 NS W2 = E.I.3n/2 = 12 µJ
de 33 à 45 nS : W3 = E.I.12 n /2 = 48 µJOuverture : Woff = 1,8 mJ
de 0 à 100 nS : W'1 = E.I.100 n /2 = 400 µJ
de 100 à 800 nS : W'2 = E.(I/2). 700 n /2 = 1 400 µJ
