Comment un MOSFET a-t-il une consommation d’énergie de pertes de conduction inférieure à celle d’un BJT dans les applications de commutation ?

Un MOSFET (transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur) présente généralement des pertes de conduction et une consommation d’énergie inférieures à celles d’un BJT (transistor à jonction bipolaire) dans les applications de commutation en raison de son principe de fonctionnement inhérent. Les MOSFET fonctionnent en contrôlant la conductivité d’un canal entre les bornes de source et de drain à l’aide d’un champ électrique appliqué à la borne de grille. Dans les applications de commutation, les MOSFET ont une impédance d’entrée très élevée, ce qui signifie qu’ils nécessitent un courant minimal pour contrôler l’état de commutation. Cela entraîne des pertes de conduction plus faibles, car le MOSFET dissipe moins de puissance lorsqu’il est complètement activé (saturation), par rapport aux BJT, qui présentent des chutes de tension à l’état passant plus élevées et, par conséquent, des pertes de conduction plus élevées.

Les MOSFET consomment moins d’énergie que les BJT, principalement en raison de leur fonctionnement contrôlé en tension et de leur impédance d’entrée élevée. La grille d’un MOSFET agit comme un condensateur et nécessite un courant négligeable pour changer d’état, conduisant à un contrôle efficace avec une dissipation de puissance minimale. En revanche, les BJT sont des dispositifs contrôlés en courant qui nécessitent un courant de base important pour entrer en mode saturation, ce qui entraîne une consommation d’énergie plus élevée en raison des exigences de base du variateur et des chutes de tension à l’état passant plus élevées.

Lorsque l’on compare les MOSFET et les BJT en termes de pertes de commutation et de conduction, les MOSFET présentent généralement des pertes globalement plus faibles. Les pertes de commutation dans les MOSFET sont généralement inférieures car ils ont des vitesses de commutation plus rapides et des capacités inférieures à celles des BJT. Cela se traduit par une dissipation d’énergie réduite pendant les transitions de commutation. Les pertes de conduction dans les MOSFET sont également plus faibles en raison de leur plus faible résistance à l’état passant (Rds(on)) lorsqu’ils sont complètement allumés, alors que les BJT présentent une chute de tension (Vce(sat)) à leurs bornes même en saturation, ce qui entraîne des pertes de conduction plus élevées.

Les MOSFET ont tendance à présenter des pertes de conduction élevées, principalement lorsqu’ils ne sont pas complètement activés (dans la région linéaire) ou lorsqu’ils fonctionnent à des courants élevés où leur résistance à l’état passant (Rds(on)) devient importante. Dans ces conditions, les MOSFET peuvent dissiper plus de puissance sous forme de chaleur en raison de la chute de tension qui les traverse. Cependant, les conceptions et technologies MOSFET modernes visent à minimiser Rds(on) pour réduire ces pertes, ce qui les rend très efficaces dans de nombreuses applications de commutation.

Les MOSFET sont préférés aux BJT en tant qu’élément de commutation dans les convertisseurs et autres applications d’électronique de puissance pour plusieurs raisons. Premièrement, les MOSFET offrent des vitesses de commutation plus rapides et des pertes de commutation plus faibles grâce à leur contrôle de grille capacitif et à leurs exigences minimales en matière de commande de grille. Deuxièmement, ils présentent des pertes de conduction inférieures lorsqu’ils sont pleinement activés, grâce à leur plus faible résistance à l’état passant. Troisièmement, les MOSFET peuvent fonctionner à des fréquences plus élevées et gérer des densités de courant plus élevées, ce qui les rend adaptés à la conversion et au contrôle de puissance à haut rendement. Dans l’ensemble, les MOSFET offrent des performances supérieures en termes d’efficacité, de fiabilité et de gestion thermique par rapport aux BJT, d’où leur adoption généralisée dans l’électronique de puissance moderne.

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