Fonctionnement d'un transistor IRF520N

Portrait de Baboune73

Bonjour à tous.

Je suis de formation en électricité et je me suis lancé dans un petit projet.
Je souhaiterais faire éclairer des leds (5Vdc) en me servant des sorties GPIO d'un raspberry. 
Les sorties GPIO ne permettent qu'au maximum du 3.3v.
J'ai trouvé sur internet des petites cartes "relais" pour arduino qui fonctionnent parfaitement. (MOS driving module). ref chez Gotronic : VMA411

J'ai regardé de plus près comment était constitué ces cartes et de première vue il n'y a qu'un composant IRF520N et une resistance d '1Kentre le ground et le signal. 
J'ai acheté plusieurs IRF520N chez Mouser ref : 942-IRF520NPBF et en réalisant le même montage le fonctionnement diffère. Les leds ne s'allument mais que partiellement. Elles ont besoin d'un signal de 5v pour s'éclairer a fond. Dans la notice il est pourtant bien écrit "V Gate threshold Voltage Min 2v Max 4v.

Est-il possible qu'il y ait plusieurs type de composant "IRF520N" et que je n'ai pas acheté les bons ?
Avec le même montage en dessoudant le composant sur une carte arduino le fonctionnement est parfait.

Je ne suis pas très calé en électronique mais là j'en perds mon latin. 

A+

Portrait de hercule124

Bonjour,

 fait nous un schéma et quel est le type de leds utilisées.

Portrait de Louis.D

Voilà le montage que tu dois réaliser en respectant :

  • La tension VCC doit être égale ou inférieure à la tension max de la LED
  • Si cette tension est supérieure il faut une résistance de limitation.
  • Nul besoin de mettre une résistance entre la sortie du Raspberry et la grille de MOSFET
  • La diode est entre le VCC et le drain
  • La source est à la masse (GND) commune avec la masse du Raspberry .

Le courant dans la grille d'un MOSFET est nul, c'est par effet Hall ( Champ magnétique ) que les MOSFETs fonctionnent donc pas besoin de résistance de limitation entre du Raspberry et la grille de MOSFET.

                                          MONTAGE AVEC UN IRF520N
                                    

Tu peux t'amuser à faire varier la puissance lumineuse de la LED par PWM.

Si ton montage ne permet pas la luminosité max de la LED il y a de fortes probabilités que tu aies inséré la LED entre la Masse et la source du MOSFET et non entre VCC et le drain !

Portrait de Walter

Question idiote mais pourquoi la luminosité de la LED serait différent en fonction de son placement entre VCC et GND, normalement la différence de potentiel appliqué à la LED devrait être la même?

Du coup Baboune73 tes LED sont alimentées directement en 5V(-Vsd je suppose) ? 

Portrait de Louis.D

Fais le test tu veras, il faut une tension grille supérieure car la LED apporte une chute de tension !

Portrait de Walter

Je n'ai aucun doute sur ce comportement, mais j'aurais aimer avoir l'explication technique.
Pour moi c'est la différence de tension au borne et l'intensité dans la LED qui détermine la luminosité.
Je suppose que l'explication est au niveau du MOSFET, mais je n'y connais pas grand chose.

Portrait de Louis.D

Les MOSFETs ce comportent un peut comme les transistors classique tant que la tension grille n'arrive pas à une certaine valeur qui dépend de ces caractéristiques propres, au delà de cette tension ils est saturé et se comportent pratiquement comme un interrupteurà la chute de tension près. En mettant une LED entre la source et la masse, dès que la tension grille commence à monter le drain monte aussi en tension car la LED à une chutte de tension à ces bornes donc la tension entre la  grille et le drain en est diminuée. Voilà le pourquoi du comment en simplifiant les choses. Autrement dit, si la LED à 5 Volt à ses bornes il faut que la tension grille soit de plus que 5 volts par rapport à la masse donc avec 3.3 V ce n'est pas possible. En mettant la LED coté drain la tension grille est bien de 3.3 v par rapport à la masse donc par rappor à la source. As tu compris ou dois-je être plus explicite ?

Portrait de Walter

Désolé mais je ne comprends toujours pas.
Pour toi la tension au borne de la LED n'a pas d'importance ou n'est pas la même suivant si on place la LED avant ou après la source.
Dis autrement je ne vois pas la différence pour la LED si elle est branchée entre (5V et GND+VDS) ou (5V-VDS et GND)

Je pensais qu'il y avait une relation entre Ids et Vgs et comme la LED a une tension inverse, Vgs étant plus petit avec la LED entre S et GND, cela faisait diminuer Ids, ou quelque chose de ce genre.

Portrait de Louis.D

Raisonons par l'absurde avec le schéma suivant

                            :

Tu vois bien ici que la tension X qui devrait être comprise entre 2 et 4 Volt est en réalité de - 1.7 Volt ce qui est imposible car il faut dans ce cas que la tension Grille / Source soit au moins égale à 2 Volt donc ici il faut que la tension entre la masse et la grille soit de 5 + 2 = 7 Volt !!!. Dans la réalité la tension aux bornes de la LED est donc beaucoup moindre ! Comme a dit Napoléon un bon plan vaut mieux qu'un de long discours.

As-tu pigé cette fois-ci ?

Portrait de Walter

Oui et Non, je ne comprends pas pourquoi la luminosité est plus faible.
Je comprend bien que la tension de déclenchement n'est pas correcte. 
En fait je m’attendrais plus à ce que la LED soit éteinte.

Mais là visiblement le MOSFET est passant, donc comme ton schémas l'indique  la LED est alimenté en 5V.
Donc je ne sais pas ce qui limite le courant dans la LED, pour que la luminosité soit plus faible.

Juste pour être sûr la tension en S, cela ne devrait pas être 5V - Vsd?
soit 3,3V pour le IRF520N, ce qui est très proche de la tension en G.

Dans ton dernier exemple tu ne prend pas en compte la chute de tension au borne de la LED.
Celle-ci fait bien encore chuter la tension en S ?

Portrait de Louis.D

Ecoute si tu ne comprends pas avec ce schéma je ne peux plus rien pour toi. Dès qu'une tension apparait sur la grille le MOSFET devient passant mais comme la tension grille se vois diminuée le MOSFET fonctionne comme un transistor classique donc laisse passer un rourant plus faible. 

Portrait de Walter

Ha ok, je pensais qu'il fallait que la tension entre le Drain et Source soit supérieur à 2V pour qu'il soit passant.
Je suppose que comme ce n'est pas une utilisation standard, c'est pour ça que l'on ne voit pas cette partie dans les graphiques.

Donc même avec un tension négative le MOSFET est passant ?

Merci pour toutes tes explications.
 

Portrait de Louis.D

Non il faut une tension positive entre la masse et le drain, + 2 Volt mini en dessous de 0 je ne sais pas ce qui se passe destruction ou rien du tout ...

Portrait de Baboune73

Merci Je vous tant bien que mal le plan. 
Désolé pour la qualité. 

Louis.D Si je ne mets pas la résistance entre le G et la masse, une fois activée la Led ne s'étaient plus même après avoir débranché sur le GPIO. 

Oui les Leds (ref : DEL Ultra Brillant (2x Blanc) Dimension Engineering chez Robotshop) sont alimentées depuis le Raspberry en 5v.

Portrait de hercule124

Bonjour,

charge capacitive sur la grille Imax
lors de la commutation, un MOSFET se comporte davantage comme un condensateur qui doit être chargé pour s’ouvrir et se décharger pour se fermer. La fiche technique d’un MOSFET de niveau logique IRF520NPbF montre une capacité d’entrée de 330PF et une charge totale de grille de 16,7 nC. Les coulombs sont une mesure de la capacité, du temps courant en unités d’ampères secondes. La fiche technique cite un temps de marche / montée de 23 nS avec une résistance de grille de 22 ohms, il a donc fallu une moyenne de 16,7 nC / 23nS = courant Imax de 726 mA pour charger la porte - c’est beaucoup de courant ,donc il est important de protéger le microcontrôleur avec une résistance limitant le courant.

Portrait de Baboune73

Alors voilà quelques photos pour compléter mon problème. 

https://ibb.co/KFqk798
https://ibb.co/bvTvCnZ
https://ibb.co/dQcDBQ5

La première avec le transistor dessoudé de la carte Arduino

La deuxième avec celui acheté chez Mouser

Portrait de hercule124

jl1qv.png

Portrait de Baboune73

Merci hercule124.

Le comportement est identique. Le transistor dessoudé fonctionne mais pas le nouveau.

Portrait de Louis.D

Je n'ai jamais utilisé des MOSFETs sur Raspberry pas contre j'ai réalisé moult projets avec des MOSFETs sur des sorties Arduino UNO, MEGA, Wemos D1 Mini avec des vingtaines de LEDs en parallèles aucun soucis et cela fonctionne tous les jours.

Portrait de hercule124

il y'a sûrement un pb sur les mosfets achetés, c'est pour ca que j'ai acheté un atlas dca75 pro afin de tester les transistors surtout ceux qui arrivent de chine .

Portrait de Louis.D

hercule124  Tu crois que les autres arrivent de quel pays ?

Portrait de Louis.D

Baboune73 tous tes MOSFETs se comportent de la même manière ? (Je ne parle pas de celui que tu as déssoudé ) Pour ma part j'acheté 50 MOSFETs chez Aliexpress et aucun ne m'a posé de problème jusqu'à présent. Pour faire plus chinois que Aliexpress ...

Portrait de Baboune73

Oui tous les nouveaux se comportent pareil.

J'en attends d'autre d'une autre provenance aujourd'hui ou demain. 

Portrait de Baboune73

J'ai reçu des nouveaux mosfets d'une autre provenance et pas de miracle, celà ne marche pas mieux. 

J'ai réalisé quelques mesures :
- Entre le G et la masse : 3.3v

- Aux bornes de la Led 2.5v

Entre le + de la led et la masse 5v.

Donc j'en viens a conclure qu'il ya plusieurs type de IRF520N et que je ne source pas le bon.

 

Portrait de Louis.D

S'il y a 5 volts aux bornes de la LED tu ne peux pas avoir plus puisque ton alimentation fait 5 Volts ?????

Ote moi d'un gros doute :

le fil orange/rouge est au milieu ou à gauche du MOSFET ?

Portrait de Baboune73

Non justement aux bornes de la Led il n'y a que 2.5v et j'ai Vds 5v. 

Portrait de Louis.D

Tu n'as pas répondu à ma question :

Le fil orange/rouge est au milieu ou à gauche du MOSFET ? C'est bien le + 5V ?

S'il est à gauche comme sur la photo je ne suis pas étonné que cela ne fonctionne pas. Et le MOSFET que tu as desoudé est en mauvais état et j'ai peur pour ton Raspberry !!!!

Les références de semi-conducteurs sont uniques pour un même composant quelque soit la marque !

                                              INFINEON

                                             

Voilà le bon cablage !!

Portrait de Baboune73

Le fil orange est bien à gauche, mais en sortie du GPIO il n'y a que 3.3v. 

Le fil blanc au centre va sur le - de la led et le fil bleu est le Gnd.

Le fil jaune est un +5v du raspberry.

Portrait de Louis.D

Tu devrais utiliser les couleurs conventionnelles :

- Rouge + Alim
- Vert ou noir Masse ou GND ou 0 Volt
- Les autres couleurs à la demande !

Portrait de Louis.D

Merci pour ton message mais comme je suis tombé sur ton répondeur je te laisse me rappeler, je n'ai pas pu t'appeler avant la tondeuse avait besoin de bras :o)

Portrait de hercule124

Bonsoir ,

avec 3.3v sur la grille tu ne vas pas obtenir 5v sur ta led c'est normal.

ton mosfet commence a conduire avec un vgs(th) min de 2v et 4v max

si tu veux 5 volt sur ta led il faut une tension qui se rapproche de 5 volts. 

Portrait de hercule124

Bonjour,

tu n'as pas choisi le bon mosfet pour ton projet.

utilise un IRLZ44N avec  un vgs(th) min de 1v et 2v max et tout va rentrer dans l'ordre ca va fonctionner.

utilise  mon schéma ci -dessus pour éviter d'autre pb.

Portrait de Louis.D

J'utilise des IRF3205N qui ont des caractéristiques proche des IRF520N Tension Grille Source  2 V mini 4 V max. J'ai fait un montage avec une Wemos D1 Mini dont la tension des sorties est de 3.3 V et cela fonctionne parfaitement. Voilà le code utilisé :

int X, Y = 0;

void setup() {
  pinMode(D1, OUTPUT);
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  for (Y = 0; Y < 5; Y++) {
    for (X = 0 ; X < 255; X++) {
      analogWrite(D1, X);
      Serial.println("PWM = " + String(X));
      delay(1);
    }
    for (X = 255 ; X >= 0; X--) {
      analogWrite(D1, X);
      Serial.println("PWM = " + String(X));
      delay(1);
    }
    digitalWrite(D1, LOW);
    delay(1000);
  }
  for (Y = 0; Y < 15; Y++) {
    digitalWrite(D1, !digitalRead(D1));

    delay(50);
  }
  delay(100);
  Serial.println("Tension LED = " + String((1023 - analogRead(A0))*5.0/1023)+" volts");
  delay(2000);
   digitalWrite(D1,LOW);
}

La tension mesurée aux bornes de la LED est de 4.85 V pour une alimentation sous  5 V.

La preuve en vidéo !

Et en suite pourquoi le MOSFET désoudé par Baboune73   donne de bons résultats ?

Je lui envoie d'ailleurs 2 IRF3205N (achetés chez Aliexpress)  identiques à ma platine de test pour qu'il puisse expérimenter ces composants chinois !

Pour la petite histoire j'ai passé plus de 8000 euros de commande de matériel chez Aliexpress sans avoir eu le moindre soucis sauf une commande qui n'est jamais arrivée !

Portrait de hercule124

tu n'as rien compris a ce que j'ai écris.

le vgs(th) est la tolérance du constructeur 2v min et 4v max pour qu'il puisse commencé a conduire.

le transistor irf520n acheté de baboune73 a un vgs(on) de 2.997v. je le sais car j'ai exactement les memes.

celui qui la dessouder a un vgs(on) baucoup plus faible sûrement de 2v plus ou moins c'est pour ca qu'il fonctionne sur son projet .

3.3v est suffisant pour le rendre passant mais pas celui qu'il a acheter .

c'est une tolérance acceptée on ne peut rien y changé.

c'est pour cela que je lui préconise un IRLZ44N avec un vgs(th) de 1v min et 2v max ca fonctionne a coup sur avec un une tension de 3.3v.

en ce qui concerne aliexpress moi aussi j'achete beaucoup et j'ai une belle collection de composants qui me permettent de verifier ce que je dis.

tout n'est pas rose dernièrement j'ai recu des faux lm35z (capteur de temperature)  ce sont de vulgaire transistors et je te parle pas des faux relais bistable (3 commandes differentes et pas un seul bistable).

ce n'est pas la fabrication chinoise qui est mauvaise, ce sont les vendeurs peu scrupuleux qui maquillent les composants avec de fausses références.

Portrait de Louis.D

Si 4 volts suffisent pourquoi préconises tu d'appliquer 5 volts ? Deplus 4 volts c'est la saturation pas la zone triode ! Donc à 0.7 volt de l'état saturé il devrait y avoir plus de 2 volts et des brouettes.

Portrait de Baboune73

Effectivement hercule124 c est la conclusion que j ai eu après avoir échangé avec Louis.

le tension de seuil n était pas bonne.

J en ai commandé que je testerai avec ceux de Louis en début de semaine.

Portrait de hercule124

les irf3205 ont un vgs(th) de 2v min et 4v max, c 'est risqué mais tu as de la chance le vgs(on) est de 2 volts plus ou moins  sur ceux que je possède , il devrait faire l'affaire .

mais c'est prendre des risques pour rien un vgs(th) max de 2v aurait ete preferable on ne peu pas se trompe avec la tolérance fabriquant.

Portrait de Baboune73

Merci pour vos aides précieuses. 
J'ai recu et testé des IRLZ34N avec succès. Merci hercule124.

Malheureusement Louis.D comme je te l'ai dit en off les tiens ont fugué durant le transport donc je ne peux pas comparé. Aucune importance, l'essentiel étant que mon système fonctionne.

Merci à tous les deux. 

PS: il me restera toujours une petite question en suspend, comme les industriels peuvent intégrer sans risque les IRF520N, si tout est question de tolérance ?