Présentation
Auteur(s)
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Michel GRACIET : Docteur ès sciences physiques - Ingénieur au Laboratoire central de recherches de Thomson-CSF
-
Joseph PINEL : Docteur ès sciences physiques - Chef de service des Technologies Avancées Thomson-CSF DCSCentre électronique Toulouse
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans cet article sont présentés les critères de choix des composants de protection ainsi que les différents types de composants :
-
les composants semi-conducteurs [diodes et thyristors qui assurent les protections dites fines (faibles temps de réponse et tension résiduelle)] ;
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les varistances céramiques, très utilisées en électronique et en électrotechnique ;
-
les éclateurs à gaz, protections brutales contre de fortes perturbations et, à ce titre, rarement employées seules ;
-
enfin les thermistances, bien qu’un peu à part dans ce domaine, mais souvent employées en protection contre des perturbations de longue durée et de faible niveau, contre lesquelles les composants précédents sont sans effet ; de plus en association avec un tel composant, elles permettent de fiabiliser la protection.
Les mécanismes électriques et physiques responsables du comportement non linéaire de ces composants sont expliqués pour une bonne compréhension de la protection. Les conditions générales d’emploi de ces composants sont précisées face aux différentes perturbations données dans la partie théorique.
Les différents moyens et leur durée de vie sont évalués face à ces perturbations, ce qui conduit à un tableau général de comparaison des composants.
Enfin sont indiquées les associations possibles de composants, qui améliorent grandement la protection : dans une telle association, chaque composant protège contre une gamme d’énergie et (ou) une gamme de temps de montée particulières.
Pour de plus amples renseignements, le lecteur se reportera à l’article D 5 170 de ce traité, intitulé « Protection contre les perturbations. Origine des perturbations », et qui passe en revue les différents types de perturbations rencontrés.
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Varistances2. Composants semi-conducteurs
Le lecteur pourra utilement se reporter, dans le présent traité, aux références [10] et [11].
Ce sont les composants les plus connus pour la protection des équipements électriques et électroniques vis-à-vis des surcharges électriques et les plus utilisés, compte tenu de la facilité de leur mise en œuvre et de leurs caractéristiques presque parfaites.
La famille des composants de protection semi-conducteurs au silicium comprend principalement quatre types de composants :
-
les diodes polarisées en sens direct ;
-
les diodes polarisées en sens inverse (diodes Zener et diodes à avalanche) ;
-
les dispositifs à effet thyristor ;
-
les associations, intégrées au niveau du silicium, de deux ou plusieurs types de ces composants ; ce sont souvent des combinaisons brevetées par leur fournisseur et dans le nom commercial desquelles apparaissent le plus souvent les vocables « surge » et « suppressor ».
Les domaines privilégiés de protection concernent, d’une part, les protections à basse tension (< 10 V) et à moyenne tension (10 à 200 V) et, d’autre part, les surcharges électriques de faible et moyenne amplitudes, compte tenu du fait que le pouvoir d’absorption en énergie de ces composants reste limité.
2.1 Diodes polarisées en sens direct
La fonction protection de la diode en direct repose sur la variation exponentielle du courant dans la diode avec la tension appliquée (figure 3).
HAUT DE PAGE2.1.1 Rappels des caractéristiques courant-tension d’une diode
La loi théorique donnant le courant dans une diode à jonction PN est :
( 2 )
avec :
- e :
- charge élémentaire
- IS :
- courant de saturation
- k :
- constante...
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