MOSFET conçu pour supporter des courants et des tensions élevés. Commutation rapide ; très utilisé dans les circuits d'alimentation.
Nom japonais: パワーMOSFET
« MOSFET de puissance » apparaît dans 16 questions d'entraînement réparties sur 6 thèmes, dont Semi-conducteurs de puissance, MOSFET, Lire une fiche technique.
Domaine: Semi-conducteurs de puissance
La plupart des MOSFET de puissance discrets sont des composants verticaux : la source et la grille sont en surface, le drain est la face arrière de la puce, et le courant traverse le canal puis descend à travers une région de dérive de type n faiblement dopée. Cette région de dérive tient la tension de blocage, et une tension nominale plus élevée exige une couche de dérive plus épaisse et plus faiblement dopée, ce qui augmente la résistance à l'état passant. De nombreuses petites cellules sont connectées en parallèle pour conduire de forts courants. Le corps (body) de type p, relié à la source, forme avec la région de dérive une jonction PN qui crée une diode de structure (body diode) intégrée, conduisant de la source vers le drain.
Totalement passant, le composant se comporte comme une résistance, RDS(on), si bien que les pertes par conduction valent I²R : 10 A dans 10 mΩ dissipent 1 W, et doubler le courant les quadruple. Dans le silicium, RDS(on) augmente avec la température à mesure que la mobilité des porteurs diminue, typiquement jusqu'à environ 1,5 à 2 fois la valeur à 25 °C lorsqu'on atteint 125 °C ; les pertes doivent donc être estimées à partir de la courbe normalisée RDS(on) en fonction de la température de la fiche technique. Ce coefficient de température positif aide les composants en parallèle à se partager le courant, puisqu'un composant plus chaud conduit moins.
Rendre le composant passant revient à charger ses capacités de grille. Pendant la transition, la tension de drain varie et le courant de commande de grille est consommé par la charge de la capacité grille-drain (Miller) Cgd ; la tension de grille stagne alors sur le plateau Miller. L'essentiel des pertes de commutation se produit dans cet intervalle, dont la durée vaut à peu près la charge grille-drain Qgd divisée par le courant de grille ; les composants à faible Qgd et les pilotes de grille puissants commutent donc plus vite. L'oxyde de grille est mince, si bien que la tension grille-source est typiquement limitée à environ ±20 V.
Dans les ponts, la diode de structure peut conduire le courant de roue libre, mais dans le silicium son recouvrement inverse lent provoque des pertes ; les conceptions ajoutent donc des diodes externes rapides ou utilisent le redressement synchrone. Interrompre une charge inductive libère une énergie ½LI², qui pousse le drain en claquage par avalanche ; la robustesse à l'avalanche, testée par commutation inductive non écrêtée (UIS), compte pour les pilotes de relais, de solénoïdes et automobiles dépourvus d'écrêtage. Le graphique d'aire de sécurité de fonctionnement (SOA) délimite les combinaisons tension-courant autorisées ; la plupart sont tracés pour un boîtier à 25 °C et des impulsions uniques et doivent donc être déclassés, surtout pour les usages en régime linéaire comme la limitation du courant d'appel.
Réponse : C. La résistance à l’état passant augmente avec la température, si bien que le courant du composant échauffé diminue naturellement et se répartit
La résistance à l’état passant d’un MOSFET augmente avec la température, car la mobilité diminue (coefficient de température positif). Si l’un des composants en parallèle s’échauffe, sa résistance augmente, son courant diminue et le courant se répartit sur les autres ; l’emballement thermique est donc peu probable et la mise en parallèle aisée. Cependant, à faible tension de grille près du seuil, le coefficient de température devient négatif ; en fonctionnement linéaire ou en commutation lente, une concentration de courant peut survenir et demande de la vigilance.
Réponse : C. Augmenter la tenue en tension tend à augmenter la résistance à l'état passant
Pour augmenter la tenue en tension, la couche de dérive qui supporte la tension doit être plus épaisse et moins dopée, ce qui accroît sa résistance. En théorie, la résistance à l'état passant d'un composant unipolaire en Si est proportionnelle à la tenue en tension à la puissance 2,5 environ : doubler la tenue en tension multiplie la résistance par environ 5,7 (limite du silicium). Pour dépasser ce compromis, on utilise la structure à superjonction ou le SiC et le GaN, dont le champ de claquage est élevé.
Utiliser P = I²·RDS(on), avec RDS(on) pris à la température de jonction prévue plutôt qu'à la valeur phare à 25 °C de la fiche technique, car elle peut être 1,5 à 2 fois plus élevée à chaud.
C'est la jonction PN parasite entre le corps p relié à la source et la région de dérive n, qui conduit de la source vers le drain. Elle peut servir de diode de roue libre, mais présente un recouvrement inverse lent dans les composants en silicium.
La partie plate de la forme d'onde de la tension de grille pendant la commutation, lorsque le courant de grille sert à charger la capacité grille-drain pendant la transition de la tension de drain.
Dans un MOSFET de puissance, une jonction PN se forme entre la région de corps de type p reliée à la source et la couche de dérive de type n ; c'est une diode parasite qui peut conduire de la source vers le drain.
Comment appelle-t-on la diode parasite formée par la struct…Les semi-conducteurs discrets (composants individuels) sont des produits fonctionnant comme un élément unique : diodes, transistors, thyristors, MOSFET de puissance, IGBT, etc.
Dans quelle catégorie classe-t-on les produits semi-conduct…La RDS(on) d'un MOSFET de puissance en silicium augmente avec la température, car la mobilité des porteurs diminue ; à 125 °C, elle vaut généralement environ 1,5 à 2 fois sa valeur à 25 °C.
Une fiche technique indique RDS(on) = 10 mΩ (Tj = 25 °C, VG…Comme l’électricité statique (quelques kV) le provoque facilement, les entrées/sorties des circuits intégrés comportent des circuits de protection ESD, et la tenue en tension de grille des MOSFET de puissance est d’environ ±20 V.
Quelle destruction peut survenir si l’on applique entre gri…Les électrons ayant une mobilité supérieure à celle des trous, un nMOS de mêmes dimensions conduit davantage, et la quasi-totalité des MOSFET de puissance sont à canal n.
Quels porteurs transportent le courant dans le canal d’un M…Résistance à l'état passant (RDS(on)) Mobilité SiC (carbure de silicium) IGBT Semi-conducteurs discrets GaN (nitrure de gallium) Bascule (flip-flop) Courant d'appel (inrush current) ESD (décharge électrostatique) TDDB (claquage diélectrique dépendant du temps)