Qu’est-ce qu’un transistor de puissance ?
Les transistors de puissance sont des transistors dont la puissance autorisée est égale ou supérieure à 1 W lorsqu’ils fonctionnent.
Ils sont utilisés dans les équipements électriques alimentés par des courants importants. Les principaux rôles des transistors de puissance sont l’amplification du courant, la commutation et le redressement du courant alternatif.
En raison des courants importants qu’ils traitent, ils génèrent beaucoup de chaleur pendant leur fonctionnement. Certains produits ont des boîtiers en métal résistant à la chaleur ou sont dotés d’ailettes pour la dissipation de la chaleur. Il existe plusieurs types de transistors de puissance, dont les transistors de puissance bipolaires, les MOSFET et les IGBT sont des exemples typiques.
Utilisations des transistors de puissance
Les transistors de puissance sont utilisés pour des utilisations telles que la commutation et l’amplification du courant dans les équipements électriques qui nécessitent un courant important pour fonctionner. Les utilisations typiques comprennent les appareils ménagers tels que les climatiseurs, les réfrigérateurs et les machines à laver, la production d’énergie solaire et les véhicules électriques.
Selon l’utilisation, il faut tenir compte du courant et de la tension admissibles, de la chaleur générée pendant le fonctionnement et de la taille. Si l’utilisation prévue concerne des produits devant fonctionner avec une grande précision, la vitesse de commutation et d’autres facteurs doivent également être pris en compte, tels que la vitesse de commutation du courant circulant dans le circuit et l’amplification du courant.
Principe des transistors de puissance
Le principe de fonctionnement des transistors de puissance dépend du type, par exemple les transistors bipolaires, les MOSFET et les IGBT.
1. Transistor bipolaire
Un transistor bipolaire est un transistor dont la structure est constituée de trois couches de semi-conducteurs de type N et P assemblées. Les semi-conducteurs qui composent le transistor bipolaire ont des bornes qui sortent de chaque semi-conducteur, appelées base, émetteur et collecteur.
Lorsqu’une tension est appliquée à l’émetteur et au collecteur, un courant important circule entre l’émetteur et le collecteur lorsqu’un courant circule dans la base.
2. MOSFET
Un MOSFET est un transistor dont la structure est similaire à celle d’un transistor bipolaire. Les bornes sont appelées source, drain et grille.
Lorsqu’une tension est appliquée à la grille, un courant circule entre la source et le drain. En raison de leur capacité de commutation à grande vitesse, ces transistors sont utilisés dans les produits qui nécessitent un contrôle rapide.
3. IGBT
Les IGBT sont des transistors dont la structure est similaire à celle des deux transistors précédents. Les bornes sont appelées grille, émetteur et collecteur.
La structure est une combinaison de l’émetteur et du collecteur d’un transistor bipolaire et de la grille d’un MOSFET. Il s’agit d’un type de transistor flexible qui combine les avantages des deux transistors susmentionnés.
Types de transistors de puissance
Il existe deux principaux types de transistors de puissance : les transistors bipolaires et les transistors à effet électrolytique. Il est à noter que le terme “transistor” désigne généralement les transistors bipolaires.
1. Transistor bipolaire
Les transistors bipolaires sont des dispositifs contrôlés par le courant. Il existe des types NPN et PNP, en fonction de la façon dont les semi-conducteurs sont empilés. Ils ont généralement trois bornes, deux voies pour le courant de sortie (entrée et sortie) et une entrée qui contrôle le courant de sortie.
Les circuits à émetteur mis à la terre sont couramment utilisés, avec le signal d’entrée à la base (B), l’alimentation + au collecteur (C) et l’émetteur (E) mis à la terre. Le facteur d’amplification du courant continu des transistors bipolaires est exprimé par β ou hFE et varie de quelques dizaines à 200. Il existe également des transistors de Puissance à structure Darlington qui permettent de gagner des β (ici β est compris entre des centaines et des milliers).
2. Transistors à effet de champ
Les transistors à effet de champ, quant à eux, sont des dispositifs contrôlés par la tension ; ils se présentent sous la forme de structures à canal N ou P. Ils sont généralement dotés de trois bornes, de deux chemins d’accès et de deux canaux.
Ils ont généralement trois bornes, deux voies pour la tension de sortie (entrée et sortie) et une entrée qui contrôle la tension de sortie. Un circuit source-masse est couramment utilisé, avec le signal d’entrée sur la grille (G), l’alimentation + sur le drain (D) et la source (S) mise à la terre.
Le facteur d’amplification de la tension continue d’un transistor à effet électrolytique est exprimé en termes de conductance mutuelle (gm). En termes de caractéristiques de commutation, il est supérieur au transistor de puissance et est un dispositif de commutation souvent utilisé dans les alimentations à découpage.
Autres informations sur les transistors de puissance
Identification des transistors NPN et PNP
La défaillance d’un transistor, souvent utilisé dans les sections de sortie et d’alimentation, peut entraîner la perte ou l’instabilité de la sortie du circuit. Il est donc important de vérifier si le transistor est défaillant.
1. Transistor NPN
Pour les transistors NPN (2SC ou 2SD), vérifiez les points suivants :
- Base (B) positive, continuité avec le collecteur (C), non conducteur dans le sens inverse.
- Base (B) positive, continuité jusqu’à l’émetteur (E) et pas de continuité dans le sens inverse.
- Collecteur (C) – émetteur (E) non conducteur dans les deux sens.
Si les trois conditions sont remplies, le transistor est en bon état.
2. Transistors PNP
Dans le cas d’un transistor PNP (2SA ou 2SB), le sens inverse est vrai, vérifiez les points suivants :
- Collecteur (C) positif, conducteur à la base (B) et non conducteur dans le sens inverse.
- Émetteur (E) positif, conducteur à la base (B), non conducteur dans le sens inverse.
- Collecteur (C) – émetteur (E) non conducteur dans les deux sens.
Si ces trois conditions sont réunies, le transistor est en bon état. Notez que ce test ne peut pas être utilisé pour les transistors Darlington.
Lorsque le testeur est utilisé dans la plage de continuité, le côté rouge est négatif et le côté noir est positif. Faites attention à la polarité de la tension de test sur les fils du testeur. De plus, il faut toujours déconnecter l’alimentation, les fils d’entrée et de sortie des objets non testés avant de procéder au test.