Contrôle de Moteur via MOSFET

Contrôle de Moteur via MOSFET

Comprendre le Contrôle de Moteur via MOSFET

Vous êtes ingénieur(e) en conception de circuits électroniques et vous travaillez sur un projet de développement d’un circuit de commande pour un moteur.

Votre tâche consiste à concevoir un circuit utilisant un MOSFET pour activer ou désactiver le moteur. Le moteur fonctionne sous 12V avec un courant nominal de 3A.

Données de l’Exercice:

  • Alimentation du moteur : 12V
  • Courant nominal du moteur : 3A
  • Spécifications du MOSFET :
    • Tension maximale Vds (tension drain-source) : 20V
    • Courant maximal Id : 5A
    • Tension de seuil Vgs(th) (tension grille-source pour laquelle le MOSFET commence à conduire) : 2V
    • Résistance à l’état passant Rds(on) : 0.1 Ω (quand entièrement activé)
  • Tension de commande pour la grille : 5V (provenant d’un microcontrôleur)

Consignes de l’Exercice:

  1. Calculer la tension Vgs :
    • Assurez-vous que la tension appliquée à la grille est suffisante pour que le MOSFET fonctionne en mode saturation (entièrement activé).
  2. Calculer la chute de tension à travers le MOSFET :
    • Utilisez la résistance à l’état passant Rds(on) pour calculer la chute de tension à travers le MOSFET lorsque le moteur consomme son courant nominal.
  3. Calculer la puissance dissipée par le MOSFET :
    • Utilisez la chute de tension et le courant pour calculer la puissance dissipée par le MOSFET.
  4. Déterminer si un dissipateur thermique est nécessaire :
    • Estimez si le MOSFET nécessite un dissipateur thermique. Vous pouvez considérer que sans dissipateur, le MOSFET ne peut pas dissiper plus de 1W sans surchauffer.
  5. Question de réflexion :
    • Discutez de la manière dont les caractéristiques du MOSFET influencent le choix du composant pour des applications de commutation de puissance. Quels sont les critères essentiels à considérer ?

Correction : Contrôle de Moteur via MOSFET

1. Calcul de la Tension \(V_{gs}\)

  • La tension de commande appliquée à la grille est \(V_{gs} = 5 \text{ V}\).
  • La tension de seuil du MOSFET est \(V_{gs(th)} = 2 \text{ V}\).

Analyse :

\(V_{gs}\) est bien supérieure à \(V_{gs(th)}\), donc le MOSFET sera dans la région de saturation et entièrement activé.

2. Calcul de la Chute de Tension à travers le MOSFET

La chute de tension à travers le MOSFET, \(V_{ds}\), est donnée par la formule :

\[ V_{ds} = I_{moteur} \times R_{ds(on)} \]

Substituons les valeurs :

\[ V_{ds} = 3 \, \text{A} \times 0.1 \, \Omega \] \[ V_{ds} = 0.3 \, \text{V} \]

3. Calcul de la Puissance Dissipée par le MOSFET

La puissance dissipée par le MOSFET, \(P_{MOSFET}\), est calculée avec :

\[ P_{MOSFET} = V_{ds} \times I_{moteur} \]

Substituons les valeurs :

\[ P_{MOSFET} = 0.3 \, \text{V} \times 3 \, \text{A} \] \[ P_{MOSFET} = 0.9 \, \text{W} \]

4. Nécessité d’un Dissipateur Thermique

La puissance dissipée est de 0.9 W, qui est en dessous de la limite de 1W sans dissipateur thermique.

Analyse : Il semble que le MOSFET puisse fonctionner sans dissipateur thermique sous ces conditions de charge. Toutefois, il serait prudent de surveiller la température du MOSFET en conditions réelles ou d’envisager un dissipateur si le circuit est dans un environnement chaud ou confiné.

5. Question de Réflexion

Les caractéristiques importantes du MOSFET pour les applications de commutation de puissance incluent :

  • \(V_{ds(max)}\) et \(I_{d(max)}\): Assurent que le MOSFET peut gérer les tensions et courants maximaux sans dommage.
  • \(R_{ds(on)}\): Affecte directement la puissance dissipée (chaleur) et l’efficacité du circuit.
  • \(V_{gs(th)}\): Important pour s’assurer que le transistor peut être correctement activé par les tensions disponibles dans le circuit.

Conclusion :

Lors du choix d’un MOSFET, il est crucial de considérer non seulement les spécifications électriques mais aussi les conditions environnementales et la manière dont le MOSFET est intégré dans le circuit global pour optimiser performance et fiabilité.

Contrôle de Moteur via MOSFET

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