Transistor en parallèle et résistance

Transistor en parallèle et résistance

Pour augmenter le courant et la puissance d'un montage à transistor, on peut en monter plusieurs en parallèle, mais à condition d'ajouter une résistance à chaque transistor. Le but est de répartir la puissance totale à dissiper de façon équitable entre chaque transistor.

 

transistor en parallele et resistance 0

 

Pourquoi monter des transistors en parallèle ?

 

Si par exemple, on souhaite faire passe 20 Ampères et qu'on ne dispose que de transistors de 15A, il faudra en mettre deux en parallèle. Pour les amplis audio de puissance, les transistors sont montés en parallèle aussi pour répartir la dissipation de chaleur.

 

Transistor en parallèle : dangers

 

- Dispersion des gains en courant

 

Si on monte 2 transistors en parallèle pour disposer d'un plus grand courant, on pourrait penser qu'ils partageront le courant total en faisant "moitié-moitié" mais il n'en est rien ! Leur gain en courant (hfe) va du simple au double d'un transistor à l'autre. Les datasheet des fabricants ne garantissent pas de précision plus grande !

 


transistor en parallele et resistance 1

Extrait du datasheet du 2SC5200 (230V, 15A, 150W)

 

Note : le 2SC5200 est très utilisé dans les amplis audio. Une paire de 2SC5200/2SA1943 convient à un ampli de 100W efficaces.

 

Selon le groupe de transistors (marquage "R" ou marquage "O"), le gain hfe va de 55 à 110 ou de 80 à 160.

 

La répartition des courants ne peut pas se baser sur l'égalité des gains en courant ! Il n'est pas simple de choisir dans un lot 2 transistors dont le gain est proche. Cela suppose d'acheter un lot entier, puis de trier pour obtenir la plus petite différence.

 

Nous allons voir plus bas que l'ajout d'une résistance compense ce problème...

 

- Dérive thermique

 

Deux transistors de puissance en parallèle peuvent avoir des températures différentes à cause de leur montage, de la forme du radiateur où ils sont fixés, etc.

Pour un courant de base donné, la tension Vbe diminue de 2mV par degré. Par exemple, dans un circuit donné où on mesure Vbe = 0.6v à 25°C, on aura Vbe = 0.598V à 26°C ... et vbe = 0.4V environ à 125°C.

 

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Courant collecteur en fonction de la tension base-émetteur pour 100°C, 25°C et -25°C

 

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Mauvais montage de transistors en parallèle

 

Dans ce mauvais montage, la tension Vbe est forcément identique pour les 2 transistors. Le transistor le plus chaud des deux laisse passer un courant collecteur (beaucoup) plus important, sa dissipation est donc proportionnellement plus grande, il s'échauffe ainsi davantage. La dérive thermique est un cercle vicieux. Il y a dérive thermique jusqu'à ce qu'un transistor dissipe 100% de la puissance totale... si il ne grille pas avant ! Cette situation instable est à éviter

 

Transistors en parallèle : la bonne solution

 

Pour utiliser des transistors en parallèle, il faut ajouter une résistance à chaque émetteur (résistance ballast). Si le transistor le plus chaud (ou dont la tension Vbe est plus faible pour un même courant collecteur) laisse passer un plus grand courant, la tension aux bornes de la résistance de son émetteur augmente, la tension Vbe diminue et le courant diminue. Il y a ainsi une rétroaction négative qui évite l'emballement.

 

transistor en parallele et resistance 4

Bon montage de transistors en parallèle

 

Choix de la valeur de la résistance d'émetteur

 

Il s'agit d'un compromis entre répartition des courants et pertes. Si la valeur est trop petite, l'équilibrage des courant est mauvais. Si la valeur est trop grande, une grande puissance est dissipée dans les résistances d'émetteur. Un compromis est trouvé lorsque la tension aux bornes de ces résistances est de l'ordre de Vbe (0.6V à 1V) quand le plus grand courant circule.

 

Un exemple numérique détaillé est présenté ci dessous.

 

Imaginons 2 transistors : un est à 25°C et l'autre à 100°C. Cela correspond aussi approximativement à 0.1V de différence de Vbe pour le même courant (voir la courbe Ic - Vbe plus haut). C'est un ordre de grandeur à titre d'exemple seulement.

 

Pas de résistance d'émetteur

 

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Transistors en parallèle : R = 0.0 Ohm

 

Résistance d'émetteur : 0.1 Ohm

 

transistor en parallele et resistance 6

Transistors en parallèle : R = 0.1 Ohm

 

Ici, la répartition des courants et des puissances est 60% / 40%.

 

Résistance d'émetteur : 0.2 Ohm

 

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Transistors en parallèle : R = 0.2 Ohm

 

Résistance d'émetteur : 0.5 Ohm

 

transistor en parallele et resistance 8

Transistors en parallèle : R = 0.5 Ohm

 

Ici, la répartition des courants et des puissances est 52% / 48%.

 

La puissance dissipée est de 1.3Vx2.6A = 3.4W. Ca commence à faire beaucoup...

 

R = 0.2 Ohm est un bon compromis (la tension à ses bornes de l'ordre de Vbe).

 

Transistors en parallèle : analogie mécanique avec une table bancale

 

Les pieds d'une table bancale ne se répartissent pas le poids de la table de façon équi...table !

 

transistor en parallele et resistance 9

 

Pour pallier ce problème, on peut placer un ressort sous chaque pied de la table bancale.

transistor en parallele et resistance 10

Pieds de la table en "parallèle" : répartition du poids total de la table sur chaque pied

 

Chaque ressort est à comparer à la résistance d'émetteur :

 

- Longueur du ressort (longueur au repos + élongation (x)) : tension aux bornes de la résistance (U)

- Force (F) sur le ressort (et sur le pied) : courant (I) dans chaque résistance (et chaque transistor)

- Raideur (k) du ressort : inverse de la résistance (R)

 

F = k . x correspond à I = 1/R . U

 

transistor en parallele et resistance 11

Résistance d'émetteur de valeur faible

transistor en parallele et resistance 12

Résistance d'émetteur de valeur plus élevée

 

Transistors en parallèle : 2, 3, et plus

 

On peut mettre plus de 2 transistors en parallèle sans problème. Chaque transistor doit avoir sa résistance ballast placée à son émetteur.

 

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4 transistors en parallèle

 

Pour réduire l'écart de température entre 2 transistors en parallèle, on a intérêt à fixer les transistors sur le même radiateur. Les amplis audio de forte puissance utilisent cette méthode.

 

Voyons comment sont montés des transistors d'amplis audio commercialisés, donc testés et éprouvés.

 

transistor en parallele et resistance 14 

Etage de sortie d'ampli audio

 

transistor en parallele et resistance 15

Etage de sortie d'ampli audio (un autre)

 

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Etage de sortie d'ampli audio (un dernier)

 

Conclusion sur les transistors en parallèle

 

L'utilisation de transistors en parallèle est tout à fait possible à condition de placer une résistance d'émetteur de valeur adéquate, résultant d'un compromis. En pratique, la valeur varie de 0.1 à 0.5 Ohm. Les transistors en parallèle doivent être montés sur le même radiateur pour éviter la dérive thermique.

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  Transistor en parallèle et résistance, publié par nina67 le 5 Septembre 2011
Les 10 outils indispensables pour l'électronique
Nina67
11 COMMENTAIRES
Vince

Bravo pour ces explications claires, je me demandais â quoi servaient ces resistances sur une alim de puissance. Merci!

Vincelx

Bonjour, En étudiant une alim pour CB (13,8V 10A), j'ai vu qu'il y avait pour l'étage de puissance 2 transistors 2N3055 montés comme suit: - emetteurs: soudés ensemble - collecteurs: soudés ensemble - bases: chacune reliées à une resistance de 1,5 ohms, et ensuite l'autre extremité de ces resistances soudées ensemble. On pourrait croire qu'il va y avoir un desequilibre du courant entre les 2 T, pourtant on a: VBE1+IB1xR=VBE2+IB2xR si IE1 augmente, IB1 augmente, donc VBE1 va diminuer, et T1 sera moins passant; ou si on considere VBE1constant, sur l'autre T on a VBE2 qui augmente, donc augmentation du courant IE2. On a donc une regulation, sans resistances d'emetteur? Qu'en pensez-vous?

Nina67

Bonjour, La méthode semble intéressante parce que les résistances sont traversées par un courant faible (Ib) donc la dissipation est réduite. En fait, cette méthode offre un équilibre entre les courants de base. Vous voyez que votre égalité porte sur Ib et Vbe et non sur Ic ou Ie. Or, les gains en courant peuvent varier du simple au triple d'un transistor à l'autre. C'est à dire que pour un même Ib (Ib1=Ib2), on peut avoir Ic1 qui vaut le triple de Ic2. Ca fait 75% et 25% pour Ic, donc aussi pour la dissipation (laissez moi négliger la dissipation dans la base), ce qui est loin d'être idéal. Votre méthode peut s'appliquer si les transistors ont des gains très proches. Par ailleurs, il y a peut être un long fil qui relie chaque émetteur à la sortie. Ce fil peut constituer une résistance d'émetteur de fortune (exemple : alim stabilisée proposée dans une revue Elektor d'après mes souvenirs^^) Cordialement

davidlm

Bonjour Nina67 Merci beaucoup pour cette explication très intéressante ! Où peut on trouver (ou calculer) les valeurs des tensions base-émetteur dans les exemples que vous citez ? (ces valeurs sont à 0,7 et 0,8 quelle que soit la valeur de la résistance d'émetteur et ne varient pas). Je ne les retrouve pas sur les caractéristiques Ic/Vbe que vous avez publiées. Merci pour votre aide. Cordialement David

davidlm

Bonjour Nina67 Merci beaucoup pour cette explication très intéressante ! Où peut on trouver (ou calculer) les valeurs des tensions base-émetteur dans les exemples que vous citez ? (ces valeurs sont à 0,7 et 0,8 quelle que soit la valeur de la résistance d'émetteur et ne varient pas). Je ne les retrouve pas sur les caractéristiques Ic/Vbe que vous avez publiées. Merci pour votre aide. Cordialement David

Nina67

Bonjour davidlm, la caractéristique Ic Vbe ressemble à celle d'une diode. La courbe présentée dans l'article vient du datasheet du transistor 2SC5200 de Toshiba. C'est un exemple de transistor de puissance pour amplis audio. Cordialement

Massa

a quoi sert le resistance 22 ohm ou 10 ohm sur la base du transistor

nina67

Bonjour Massa, ces résistances servent à jouer un peu le même rôle mais aussi et surtout à éviter d'éventuelles oscillations haute fréquence issues de la partie commande ? En tous cas, avec les Mosfet, il est vivement recommandé de mettre une résistance de grille pour limiter les pics de courant dans la grille et créer un filtre RC naturel (résistance série et capa de grille). Cordialement

Polo21320

Je voudrais savoir ce que signifie +Vcc

nina67

Bonjour Polo21320, +Vcc signifie dans un montage l'alimentation positive. Cela peut être l'alimentation d'un ampli, d'un circuit intégré, d'un montage à transistors, etc. Lorsqu'il s'agit de transistors Mosfet, on appelle l'alimentation positive plutôt Vdd. Sans doute le "c" est il dû au collecteur du transistor et le "d" au drain du transistor Mosfet....

bernadette

pour brevet vehihybsimpl

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