Tester un MOSFET au multimètre : court-circuit

Un MOSFET en court-circuit se reconnaît en deux mesures, mais un MOSFET sain ne se confirme qu’en trois. La diode interne donne le sens du composant, le drain-source révèle le court-circuit, et la grille prouve que le canal obéit encore.

Ce guide vise les MOSFET de puissance des alimentations, des variateurs et des cartes de commande, en boîtier TO-220, DPAK ou SOT-23.

La méthode au multimètre est statique : elle ne remplace pas un test en charge, mais elle élimine les composants morts avant de remettre sous tension, comme le ferait le test d’une diode sur un pont redresseur.

Trois pattes, deux types de canal

Un MOSFET de puissance a trois broches : la grille (G), le drain (D) et la source (S). La grille commande, le drain collecte, la source évacue. Sur un canal N, le courant circule du drain vers la source quand la grille est positive par rapport à la source. Sur un canal P, tout s’inverse.

Le brochage ne se devine pas. Sur un TO-220 courant, l’ordre est G, D, S, pattes vers le bas, mais certains modèles placent le drain au centre et d’autres ont une patte coupée. Sur un SOT-23, la grille est souvent seule d’un côté, et le drain et la source se font face.

Je lis donc la référence gravée sur le boîtier, puis je vérifie le brochage sur la fiche du fabricant. Une erreur de broche transforme un test valide en conclusion fausse, et peut mettre le multimètre en court-circuit.

Ce que la grille commande vraiment

La grille d’un MOSFET est une électrode isolée : elle ne touche pas le canal, elle l’influence par le champ électrique. C’est pourquoi elle se comporte comme un condensateur de quelques nanofarads, et pourquoi elle garde sa charge quand on la laisse flottante.

Quand la tension de grille dépasse le seuil, un canal conducteur apparaît entre drain et source. Le composant passe alors d’un état bloqué à un état passant, avec une résistance qui descend à quelques milliohms sur les bons modèles.

Cette physique explique les deux observations du multimètre :

• une grille chargée laisse le canal passant, même sans tension de commande ;
• une grille déchargée laisse le canal bloqué, et le drain-source redevient ouvert.

Un MOSFET n’est donc jamais testé sans préciser l’état de sa grille. C’est l’erreur qui fait déclarer mort un composant parfaitement sain.

La diode interne donne le sens

Tout MOSFET de puissance contient une diode parasite entre le drain et la source. Elle vient de la structure même du composant, pas d’un ajout. Sur un canal N, son anode est la source et sa cathode le drain.

En mode diode, cordon rouge sur la source, noir sur le drain, la diode est polarisée en direct : le multimètre affiche 0,4 à 0,7 V. En inversant les cordons, il affiche OL. Sur un canal P, les deux sens sont inversés.

Cette lecture ne prouve pas que le canal fonctionne, mais elle donne deux informations précieuses :

• le sens du composant, donc le type de canal ;
• l’intégrité de la diode, souvent détruite en même temps que le canal.

La valeur de la fiche, 1,3 V à 25 A pour un IRFZ44N, n’est pas comparable à celle du multimètre : le courant de test n’a rien à voir. Je compare avec un composant identique, pas avec la fiche. Un testeur de composants affiche la même chose autrement, sans remplacer la comparaison.

Les familles de boîtiers

Le TO-220 reste le plus facile à tester : pattes accessibles, boîtier large, brochage souvent gravé. Le DPAK et le D2PAK ont une patte de drain soudée sur un plan de cuivre, qui sert aussi de dissipateur. Le SOT-23 et le SO-8 tiennent dans quelques millimètres et demandent une loupe.

Sur un SO-8, plusieurs broches sont souvent reliées au même drain pour évacuer la chaleur. Le test se fait alors entre les broches regroupées, pas entre deux pattes voisines choisies au hasard. La fiche donne le pinout exact, et c’est elle qui fait foi.

Sur un module de puissance, plusieurs MOSFET sont câblés en parallèle dans un même boîtier. Un court-circuit sur l’ensemble ne dit pas lequel est mort : il faut mesurer les canaux séparément, ou remplacer le module.

Le court-circuit drain-source

C’est la panne la plus fréquente, et la plus simple à voir. Un MOSFET qui a claqué en court-circuit affiche une résistance proche de zéro entre drain et source, dans les deux sens, grille déchargée.

Je mesure en mode résistance, sur le calibre le plus bas, ou en continuité. Une valeur de quelques dixièmes d’ohm est un court-circuit franc. Une valeur de quelques ohms peut être un composant en parallèle sur la carte, pas forcément le MOSFET.

Trois précautions :

1. Décharger la grille avant la mesure, sinon un canal partiellement ouvert fausse la lecture.
2. Isoler le composant si la carte contient plusieurs MOSFET en parallèle.
3. Comparer avec un composant identique ou avec les autres canaux d’un même module.

Sur un onduleur ou un variateur, les MOSFET sont souvent montés par paires ou par six. Un seul en court-circuit suffit à mettre l’ensemble en défaut ; je teste chaque canal séparément, comme les quatre diodes d’une alimentation 12 V.

La grille : le test qui prouve que le canal commande

Un MOSFET peut avoir une diode interne saine et un drain-source qui ne réagit pas. Le test de la grille départage un composant bloqué d’un composant mort.

La méthode vient du monde des variateurs de moteur :

1. Décharger la grille en la reliant à la source.
2. Poser le noir sur la source, puis toucher la grille avec le rouge : la capacité de grille se charge.
3. Déplacer le rouge sur le drain, sans toucher la grille : le canal doit devenir passant, la lecture chute.
4. Toucher la grille et la source avec un doigt ou un fil : la grille se décharge, la lecture remonte.

Ce test fonctionne parce que le multimètre en mode diode délivre souvent 3 à 4 V à vide, assez pour dépasser le seuil de grille d’un MOSFET de puissance. Un appareil qui ne délivre que 1,5 V ne fera pas conduire un composant dont le seuil est à 2 à 4 V.

Si la lecture ne bouge pas, deux causes : la grille est morte, ou l’appareil ne délivre pas assez de tension. Je vérifie avec un second multimètre de poche avant de condamner.

Le test statique ne dit pas tout

Un MOSFET sain au multimètre peut chauffer en service et couper au bout de quelques minutes. Trois causes échappent au test statique :

• une résistance à l’état passant dégradée, qui dissipe plus que prévu ;
• une grille qui fuit, qui se décharge trop lentement ou reste à demi ouverte ;
• une diode interne lente, qui ne protège plus les commutations.

Pour pousser le contrôle, je remets le module en service avec une alimentation limitée en courant, et je mesure la chute drain-source en conduction. Une chute anormalement haute pour le courant demandé trahit un Rds on dégradé, même si le composant « sonne bon » au multimètre.

Un MOSFET qui coupe au bout de quelques minutes et repart après refroidissement n’est pas forcément mort : le driver, le radiateur ou le dimensionnement sont en cause. Je mesure la température du boîtier et je compare avec la fiche avant de remplacer.

Sur une carte de commande, le driver et la résistance de grille font partie du diagnostic. Un driver fatigué ouvre mal le MOSFET, qui chauffe et finit par claquer. Remplacer le MOSFET sans contrôler le driver revient à recommencer.

Les pièges du test

La grille flottante. Une grille non reliée garde sa charge et le composant reste passant. Je la décharge systématiquement avant chaque mesure, sinon je mesure l’état précédent.

La capacité de grille. Le multimètre charge la grille lentement : la lecture peut mettre une seconde à se stabiliser. Ce n’est pas une panne, c’est le temps de charge.

Les composants en parallèle. Sur une carte, la grille est reliée à une résistance et à un driver. Le drain et la source sont reliés au circuit de puissance. Toutes ces liaisons faussent la lecture.

Le court-circuit grille-drain. C’est un mode de destruction courant : le drain renvoie sa tension sur la grille et détruit le driver. Si le MOSFET est mort, je vérifie le driver avant de remonter un neuf.

Les contrefaçons. Un MOSFET vendu à un prix anormal peut avoir un die plus petit et claquer à la première charge.

Je préfère un composant de distributeur connu pour une réparation sérieuse, surtout quand la carte porte un condensateur électrolytique qui a déjà souffert de la chaleur.

Le test à chaud. Un composant qui fuit à chaud peut afficher des valeurs normales à froid. Si le symptôme est thermique, je chauffe légèrement le boîtier ou je remplace.

Les pannes typiques

Quatre modes de défaillance expliquent la majorité des MOSFET morts :

1. Court-circuit drain-source. Avalanche ou surcharge : le composant conduit en permanence, l’alimentation se met en protection ou le fusible saute.
2. Grille ouverte. La commande ne passe plus : le MOSFET reste bloqué, le circuit ne démarre pas, sans court-circuit visible.
3. Court-circuit grille-source. La commande est écrasée : le driver chauffe, le composant reste bloqué ou passant selon le montage.
4. Court-circuit grille-drain. Le drain renvoie sa tension dans la commande et détruit le driver, parfois plusieurs étages.

Le premier mode est le plus facile à voir, le quatrième le plus destructeur. Quand je trouve un MOSFET mort, je remonte toujours la chaîne de commande avant de remettre sous tension.

ESD : la grille meurt avant de chauffer

La grille d’un MOSFET est une couche d’oxyde très fine, quelques dizaines de nanomètres.

Une tension de quelques dizaines de volts peut la percer, sans odeur et sans trace. Le composant devient inutilisable, parfois avec une lecture qui semble normale. Les familles de composants ne se manipulent pas toutes avec la même précaution.

La norme IEC 61340-5-1 encadre la protection contre les décharges électrostatiques, y compris pour les composants sensibles à partir de 100 V en modèle corps humain. Un simple frottement de pull peut dépasser cette valeur.

Quatre gestes suffisent à l’atelier :

• un bracelet ESD relié à la terre, ou une surface dissipative ;
• un fer à panne reliée à la terre, avec une station prévue pour ;
• pas de vêtement synthétique au-dessus d’une carte ouverte ;
• stockage en sachet antistatique ou en mousse conductrice.

Tester un MOSFET en circuit

En circuit, le test statique reste utile mais incomplet. La grille est chargée par le driver, le drain est relié à la charge, la source à la masse. Une lecture de zéro ohm entre drain et source reste parlante : le composant est en court-circuit, ou la charge l’est.

Pour trancher, je dessoude une patte au minimum, ou le composant entier si le doute persiste. Sur un boîtier DPAK, la patte de drain est aussi le plan de masse : la dépose à l’air chaud est souvent la seule option propre.

Sur une carte de commande, un MOSFET mort a souvent emporté sa résistance de grille et son driver. Je contrôle ces composants avant de remonter, sinon le neuf meurt à la première impulsion.

Remplacer sans abîmer la carte

La dépose d’un TO-220 se fait au fer, avec une pompe ou de la tresse. Celle d’un DPAK demande de l’air chaud : la patte de drain est soudée sur une grande surface de cuivre, et un fer unique n’y suffit pas.

Je chauffe progressivement, je soulève le composant quand la soudure est franchement fondue, et je nettoie les pastilles à la tresse avant de poser le neuf. Un plan de masse mal nettoyé laisse un vide sous le boîtier : le composant chauffe et claque.

Le neuf se pose avec un fer propre, une panne large et un temps court.

La grille se soude en dernier, ou avec une protection, pour éviter de la charger à travers le fer. La visserie et le radiateur se remontent avec la même pression : un MOSFET mal plaqué chauffe et meurt. Les buses et les températures d’air chaud sont détaillées dans le guide des stations de soudage.

Plusieurs MOSFET en parallèle

Sur un module de puissance, deux à six MOSFET partagent le courant. Leur grille est commune, leur drain est commun, seule la source peut être individualisée, seule la source peut être individualisée par une résistance. Un court-circuit sur l’un d’eux met tout le module en défaut.

Pour trouver le coupable, je mesure chaque drain-source séparément, puis je compare. Une branche à zéro ohm désigne le composant mort ; les autres restent peut-être sains. Sur un module moulé, la comparaison entre canaux est la seule information disponible.

Un MOSFET en parallèle qui a perdu sa résistance de source déséquilibre le partage du courant. Les autres chauffent, puis claquent à leur tour. Après un remplacement, je vérifie ces résistances avant la remise sous tension.

Combien de temps y consacrer

Le test complet d’un MOSFET prend deux à trois minutes : une minute pour identifier les broches, une pour la diode interne et le court-circuit, une pour la grille. C’est moins que le temps de dépose d’un boîtier CMS.

Sur une carte à dix MOSFET, je commence par les drain-source : un court-circuit se voit sans dessouder et élimine rapidement les suspects. Le test de grille vient ensuite, sur les composants qui semblent sains mais ne commutent pas.

Quand le composant est soudé sur un plan de masse et que le doute persiste, je le remplace plutôt que de passer trente minutes à le tester en circuit. Le prix d’un MOSFET de puissance reste modeste face au temps d’atelier.

Choisir le remplacement

Le remplacement se choisit sur cinq lignes :

• la tension drain-source supportée, jamais inférieure ;
• le courant admissible, avec une marge ;
• la résistance à l’état passant (Rds on), proche ou inférieure ;
• le seuil de grille, compatible avec la commande, souvent 4 à 10 V ;
• le boîtier et le brochage, identiques.

Un MOSFET logic level ne se remplace pas par un modèle standard dans un montage commandé en 3,3 V : le seuil trop haut empêche l’ouverture complète, et le composant chauffe. À l’inverse, un modèle à faible Rds on améliore le rendement, à condition que la commande suive.

Ce que je retiens

Le diagnostic tient en trois lectures : la diode interne donne le sens, le drain-source révèle le court-circuit, la grille prouve que le canal commande. Une seule de ces lectures ne suffit jamais.

La grille est la partie fragile : elle se décharge avant chaque mesure et se protège des décharges électrostatiques. Un composant neuf mal manipulé est déjà un composant mort.

Article : https://www.sparx-elec.fr/tester-mosfet-multimetre-court-circuit/
Édition : FR — Français
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