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Lire une fiche technique de MOSFET : Vgs(th) par rapport à la tension de grille que vous appliquez réellement

Pourquoi la valeur de seuil compte sur le banc

Vous choisissez un MOSFET pour commuter une charge à partir d'une broche de microcontrôleur ou d'une sortie logique. Le premier chiffre que la plupart des gens regardent est Vgs(th), la tension de seuil de grille. Elle semble correspondre à la tension nécessaire pour mettre le composant en conduction, mais il s'agit seulement du point où le courant de drain commence à circuler de façon mesurable.

Si vous attaquez la grille exactement à ce point, le transistor conduit à peine. Il se comporte comme une résistance de forte valeur, et tout courant qui le traverse le fera chauffer. La zone de commutation utile se situe bien au-dessus du seuil.

Ce que signifie réellement la condition de test

Les fiches techniques indiquent Vgs(th) pour un faible courant de drain de test, souvent quelques centaines de microampères, le drain étant relié à une tension donnée. Ce chiffre décrit le point où ce faible courant commence à circuler dans ces conditions, et non le comportement du composant à dix ampères.

Vgs(th) possède également une valeur typique, une valeur minimale et une valeur maximale. Des composants d'une même famille peuvent différer nettement, et le seuil diminue lorsque la température de jonction augmente. Un montage qui fonctionne sur un banc froid peut donc se comporter différemment une fois le composant échauffé.

Un exemple détaillé avec des valeurs illustratives

Supposons qu'un MOSFET à canal N compatible logique soit indiqué avec Vgs(th) typique de 1,5 V et maximum de 2,5 V. Vous attaquez sa grille avec une sortie de microcontrôleur de 3,3 V. La surattaque, c'est-à-dire la tension de grille au-dessus du seuil, vaut 3,3 V moins 1,5 V, soit 1,8 V dans le cas typique.

Dans le pire cas, la surattaque n'est que de 3,3 V moins 2,5 V, soit seulement 0,8 V. Le composant peut conduire, mais il se trouve près du bas de sa courbe. La résistance à l'état passant, Rds(on), est généralement spécifiée à une tension de grille plus élevée, par exemple 4,5 V ; avec 0,8 V de surattaque, elle peut être plusieurs fois supérieure à la valeur mise en avant. Ces milliohms supplémentaires se transforment en chaleur sous le courant de charge : un interrupteur qui paraît correct sur le papier peut donc chauffer sur le banc.

Ces chiffres ne sont qu'illustratifs. Consultez la courbe Rds(on) en fonction de Vgs de votre propre composant, qui montre directement ce compromis.

Vérifier vous-même le seuil

Une alimentation de laboratoire variable permet un test simple. Reliez le drain à une alimentation à travers une résistance modeste, mettez la source à la masse, et augmentez lentement la tension de grille tout en surveillant la tension aux bornes de la résistance de drain avec un multimètre. La tension commence à monter lorsque le courant de drain apparaît, ce qui donne une idée approximative du point où le composant se met en conduction.

Maintenez la tension grille-source dans la limite des valeurs maximales absolues, et placez une résistance en série avec la grille afin qu'une erreur ne détruise pas le composant.

Règles pratiques pour choisir et commander un MOSFET

Choisissez un composant dont Rds(on) est spécifiée à la tension de grille que vous pouvez réellement fournir, ou proche de celle-ci. Si votre logique fonctionne en 3,3 V, recherchez un composant compatible logique dont la résistance à l'état passant est indiquée à 2,5 V ou moins, et non un composant spécifié uniquement à 10 V.

N'oubliez pas qu'une petite résistance de grille aide à contrôler les fronts de commutation et les oscillations, et qu'une résistance de tirage maintient la grille dans un état défini. Enfin, considérez Vgs(th) comme le début de l'histoire, et laissez la courbe de résistance à l'état passant décider si l'interrupteur est assez bon pour votre courant.