Une broche de microcontrôleur fournit un signal de commande, pas une sortie de puissance générale. Vérifiez toujours les limites dans les fiches techniques de la carte et du microcontrôleur. Un moteur, un relais, un solénoïde ou un ruban LED nécessite généralement un composant de commutation : souvent un transistor bipolaire (BJT) ou un MOSFET.
Les deux peuvent utiliser un petit signal de commande pour commuter une charge plus importante, mais le bon choix dépend de la charge, de la commande, de la topologie, de la fréquence de commutation et du refroidissement.
Le transistor bipolaire : dimensionner correctement le courant de base
Un transistor NPN comme le BC547BTA est commandé par un courant de base. Dimensionnez la résistance de base pour le courant collecteur et la saturation souhaités, sans dépasser la limite de la sortie de commande. Ne vous fiez pas uniquement à un gain en courant (hFE) typique.
Un BJT peut être pratique pour les petites charges et les montages simples. Tenez compte du courant de base, de la tension collecteur-émetteur en conduction et de la dissipation qui en résulte.
Le MOSFET : vérifier la tension de grille réelle
Un MOSFET est commandé par la tension appliquée à la grille. La grille ne consomme pratiquement aucun courant en régime statique, mais elle doit être chargée et déchargée pendant les commutations. La charge de grille, la fréquence, la résistance de grille, une résistance de rappel et un éventuel driver influencent donc la fiabilité et le rendement.
L'IRLZ44NPBF est un MOSFET canal N de 55 V. Infineon spécifie un RDS(on) maximal de 22 mΩ avec 10 V de grille et de 35 mΩ à 4,5 V. La fiche technique ne garantit pas de RDS(on) à 3,3 V. La seule mention logic level ne prouve donc pas qu'un MOSFET est complètement commandé à votre tension de grille.
Le courant maximal indiqué en première page n'est pas un courant de projet directement utilisable. Vérifiez la tension, le courant normal, le courant d'appel ou de blocage, la zone de fonctionnement sûre (SOA), la durée d'impulsion, le rapport cyclique, la température, le circuit imprimé et le câblage, le montage et le refroidissement.
Le piège de VGS(th)
VGS(th), la tension de seuil de grille, indique seulement le début de conduction. Ce n'est pas la tension à laquelle le MOSFET est complètement passant. Choisissez à partir du RDS(on) garanti à la tension de grille réellement disponible.
Vérifier le montage réel
- Déterminez la tension de charge, le courant normal, le courant d'appel ou de blocage et le caractère inductif de la charge.
- Choisissez la topologie. Un MOSFET canal N ou un transistor NPN en commutation côté masse n'est pas équivalent à une commutation côté positif ou isolée galvaniquement.
- Pour un BJT, dimensionnez le courant et la résistance de base pour la saturation. Pour un MOSFET, vérifiez le RDS(on) à la tension de grille réelle.
- Vérifiez l'échauffement et la SOA selon la tension, la température, la durée d'impulsion, le rapport cyclique, le montage et le refroidissement.
- Assurez un état bloqué fiable avec une résistance grille-source si nécessaire et déterminez si une résistance de grille ou un driver est requis.
- Protégez une charge inductive avec une diode ou un réseau d'écrêtage adapté au courant, à la tension inverse, à l'énergie stockée, à la fréquence et au temps de recouvrement. La 1N4007G est une diode standard de 1 A, pas une solution PWM universelle.
- Vérifiez le brochage, la masse commune ou l'isolation nécessaire et le comportement lorsqu'une alimentation est coupée avant de connecter le montage.
En résumé
Un BJT convient souvent aux petites charges simples ; un MOSFET peut être avantageux pour une commutation efficace, des courants plus élevés ou le PWM. Ne choisissez pas selon un seul courant maximal, VGS(th) ou la mention logic level : vérifiez les valeurs garanties de la fiche technique pour l'ensemble du montage.