L'impact des pics et surtensions de tension transitoires sur les circuits électroniques varie, allant de petites défaillances gênantes à des conséquences catastrophiques pouvant endommager les composants du circuit.Les causes de ces phénomènes transitoires sont diverses., y compris la foudre, l'électricité statique et la décharge induite (figure 1).
Figure 1: Les décharges transitoires peuvent être causées par la foudre, l'électricité statique ou la décharge induite, ce qui peut causer de graves dommages aux appareils électroniques non protégés. (Source d'image: Littelfuse Inc.)
Ces transitoires peuvent générer des impulsions avec des tensions de pointe allant de centaines de volts à des dizaines de milliers de volts et des courants atteignant des niveaux de kiloampères,avec une durée allant de centaines de nanosecondes à des millisecondes.
La miniaturisation des circuits intégrés et des processeurs, ainsi que la diminution de la tension d'alimentation, les rendent plus sensibles aux transitoires électriques.Ceci est particulièrement vrai pour les véhicules contrôlés par plusieurs systèmes électroniques., y compris le moteur, la direction, le freinage, la climatisation et le divertissement.
Afin de protéger les circuits sensibles, diverses stratégies de conception ont été développées, y compris des câbles blindés, des filtres, une suppression d'arc et des dispositifs de serrage.Le blindage et le filtrage adoptent une conception passive, tandis que la suppression d'arc et la protection des pinces adoptent des mécanismes actifs.et autres dispositifs d'extinction d'arc détournent les courants transitoires vers le sol pour protéger le circuitLorsque le dispositif d'extinction d'arc est en état actif, l'équipement protégé ne fonctionne pas, mais une fois le transitoire disparu, l'équipement peut fonctionner normalement.
Les dispositifs de serrage comprennent des varistors d'oxyde métallique (MOV), des diodes Zener et des diodes d'avalanche de suppression de tension transitoire (TVS),qui maintiennent une tension constante à travers le dispositif protégé en changeant l'impédanceCes technologies peuvent être utilisées individuellement ou simultanément. Les diodes TVS sont largement utilisées comme dispositifs de serrage en raison de leur vitesse de réponse rapide et de leur dissipation de puissance élevée.
Diode de suppression de tension transitoire
La diode TVS est une diode d'avalanche utilisée comme dispositif de serrage.il détourne le courant excessif et maintient ou serre la tension à un potentiel constantLorsque la tension appliquée est inférieure à la valeur de panne, elle se réinitialise automatiquement.
Les diodes TVS peuvent être utilisées comme dispositifs unidirectionnels pour empêcher les transitoires unipolaires, ainsi que des dispositifs bidirectionnels pour empêcher les transitoires de toute polarité (figure 2).Les dispositifs bidirectionnels peuvent être symétriques, capable de serrer n'importe quelle tension de polarité avec la même amplitude, ou asymétrique, capable de serrer à différents niveaux de tension en fonction de la polarité des transitoires.
Figure 2: Caractéristiques de décomposition de la tension de courant et symboles schématiques de trois appareils TVS. (Source d'image: Littelfuse Inc.)
Le principe de fonctionnement d'une diode TVS unidirectionnelle est similaire à celui d'une diode simple.jusqu'à ce qu'elle dépasse la tension de rupture (VBR) de la diodeLorsque la tension appliquée dépasse VBR, la diode conduit, en maintenant la tension à travers ses bornes à la tension de la pince (VC).La puissance maximale que cette diode peut dissiper est le courant d'impulsion de pointe (IPP) x VC.
Une diode bidirectionnelle TVS est équivalente à deux diodes back-to-back. Lorsque la tension de rupture (VBR) n'est dépassée dans aucune direction, seul un petit courant de fuite inverse (IR) circule.Cette opération est symétrique parce que les amplitudes de tension de rupture dans les deux conditions de biais sont les mêmes.
La fonction des diodes TVS asymétriques est similaire à celle des dispositifs bidirectionnels, mais leurs tensions de rupture (VBR1 et VBR2) sont différentes.
Diode TVS asymétrique
Vous vous demandez peut-être pourquoi les diodes TVS asymétriques sont nécessaires. Ces composants sont conçus pour protéger les conducteurs de la porte sur les MOSFET en carbure de silicium (SiC).Ces conducteurs sont sujets aux dommages causés par les transitoires de surtensionExaminons le MOSFET SiC ou onvier de traction utilisé pour la recharge des voitures (Figure 3).
Figure 3: TPSMB1505CA TVS asymétrique utilisé pour protéger les pilotes de passerelle de commutateur MOSFET SiC. (Source d'image: Littelfuse Inc.)
Le téléviseur TPSMB1505CA est utilisé pour protéger le pilote de porte des MOSFET.alors que dans l'état éteint, il est inférieur à -10 VLa tension de rupture nominale de la cathode (K) à l'anode (A) du TPSMB1505CA est de 16,7 à 18,5 V et la tension de serrage maximale est de 24,4 V.et la durée de l'impulsion transitoire est de 10 à 1000 ms.
La tension de rupture du TVS de A à K est de 6,8 à 7,4 V et la tension de serrage maximale est de 11,5 V. Le courant d'impulsion de pointe dans cette direction est de 60 A,et la durée de l' impulsion transitoire est également de 10 à 1000 msIl convient de noter que cela ne peut être réalisé qu'à l'aide d'un seul composant.
La diode TVS asymétrique de la série Littelfuse TPSMB (Figure 4) comprend deux composants supplémentaires avec des tensions de rupture différentes de K à A. TPSMB1805CA fournit une plage de tension de rupture de K à A de 20.0 à 21.1 V, avec une tension maximale de la pince de 29,2 V. La tension nominale Ipp est de 20,6 A et la durée de l'impulsion est de 10 à 1000 ms. La plage de tension de rupture de A à K est la même que celle du TPSMB1505CA (6,8 à 7,4 V).