Dans les systèmes électroniques industriels et automobiles modernes, la technologie de protection des circuits joue un rôle crucial. À mesure que l’intégration et la complexité des dispositifs continuent d’augmenter, des problèmes tels que les surintensités, les surtensions, les décharges électrostatiques (ESD) et les interférences électromagnétiques (EMI) sont devenus plus importants. Une sélection appropriée des composants de protection des circuits peut prolonger efficacement la durée de vie des appareils et assurer la stabilité et la fiabilité du système.

Qu’est-ce que la protection de circuit ?

La protection des circuits fait référence aux mesures prises pour protéger les appareils électroniques ou les systèmes d’alimentation contre les dommages irréversibles causés par une tension anormale, une surintensité, des courts-circuits, des surtensions, etc. En termes simples, la protection des circuits agit comme le « garde de sécurité » des appareils électroniques. À travers divers composants ou solutions, il guide et absorbe les anomalies du circuit pour éviter d’endommager les composants critiques. Les composants de protection des circuits courants comprennent, sans s’y limiter :

Varistance à oxyde métallique (MOV)

Absorbe les surtensions pour éviter d’endommager les composants sensibles.

Diode de suppression de tension transitoire (TVS)

Réagit rapidement aux pics de tension, protégeant le circuit contre les surtensions transitoires.

Tube à décharge de gaz (GDT)

Connu pour sa grande tolérance aux surtensions, couramment utilisé dans les appareils de communication et la protection de l’alimentation industrielle.

Fusible à coefficient de température positif en polymère (PPTC)

Coupe le circuit en cas de surintensité et récupère automatiquement une fois le défaut éliminé.

Exigences particulières pour les applications industrielles et automobiles

Dans les environnements industriels, les équipements doivent résister à des conditions difficiles telles que les températures élevées, l’humidité, la poussière et les vibrations. Par conséquent, les composants de protection doivent avoir des caractéristiques telles que la résistance aux hautes températures, la tolérance aux hautes tensions et une longue durée de vie. Dans les applications automobiles, les composants électroniques doivent répondre aux normes AEC-Q et doivent être résistants aux chocs, aux vibrations et à de larges plages de températures (généralement de -40 °C à 125 °C).

Composants de protection des circuits communs et leurs applications

Voici plusieurs composants courants de protection des circuits :

Varistance à oxyde métallique (MOV)

Les MOV sont couramment utilisés pour la protection contre les surtensions dans les circuits électroniques. En cas de surtension, le MOV limite la tension à un niveau spécifique grâce à ses caractéristiques non linéaires, évitant ainsi d’endommager d’autres composants. Les MOV sont particulièrement utilisés dans les circuits AC.

Figure 3-1 : Varisseuse à oxyde métallique, 385 V

Tube à décharge en verre

Le tube à décharge en verre combine les avantages des tubes à décharge de gaz en céramique tout en répondant à des exigences de tension de claquage CC plus élevées. Il a une faible tension de conduction et un courant de décharge élevé, ce qui le rend adapté aux environnements de protection contre la foudre. Il est largement utilisé dans l’automobile et les équipements de communication.

Diodes de suppression de tension transitoire (diodes TVS)

Les diodes TVS jouent un rôle essentiel dans la protection des circuits, en particulier dans la protection des composants sensibles. Leur vitesse de réponse est extrêmement rapide (de l’ordre de la picoseconde), ce qui leur permet de couper rapidement les surtensions. Par conséquent, ils sont souvent utilisés pour la protection des ports d’E/S dans les applications critiques de transmission de données.

Tube à décharge de gaz en céramique

Les tubes à décharge de gaz en céramique sont l’un des types de dispositifs de protection contre les surtensions les plus couramment utilisés. Ils jouent un rôle important dans l’alimentation en courant continu et la protection contre les surtensions de signal. Leur structure se caractérise par une grande capacité de transport de courant, une faible capacité entre les étages et une résistance d’isolement élevée, ce qui peut rapidement protéger le circuit contre les dommages en cas de foudre ou d’autres surtensions.

Figure 3-4 : Tube à décharge de gaz en céramique

Fusible à coefficient de température positif en polymère (PPTC)

Les fusibles PPTC utilisent des matériaux polymères qui augmentent rapidement la résistance en cas de surintensité, protégeant ainsi le circuit. Une fois la surintensité éliminée, le fusible revient à son état initial de faible résistance, évitant ainsi d’avoir à remplacer fréquemment le fusible.

Considérations de conception pour la protection des circuits dans les applications pratiques

Choisissez le bon type de composant :

Sélectionnez des composants avec une vitesse de réponse et une capacité de gestion de l’énergie appropriées en fonction de scénarios d’application spécifiques et des besoins de protection.

Tenir compte des facteurs environnementaux :

Dans les environnements industriels et automobiles, tenez compte de l’impact des conditions externes telles que la température, l’humidité et les chocs mécaniques sur les performances des composants.

Respecter les normes de l’industrie :

Les composants automobiles doivent être conformes aux normes AEC-Q100 ou AEC-Q200, tandis que les composants industriels doivent subir des certifications de haute fiabilité pertinentes.

Conception de la chaîne de protection :

Utilisez une combinaison de plusieurs composants de protection pour former une chaîne de protection à plusieurs niveaux, ce qui améliore la fiabilité globale du système.

Tendances futures : solutions intelligentes et intégrées

Avec le développement rapide de l’industrie 4.0 et de l’électronique automobile, la technologie de protection des circuits continue d’évoluer. D’une part, des composants de protection intelligents ont vu le jour, intégrant des fonctions de diagnostic pour surveiller l’état des circuits en temps réel et fournir un retour d’information. D’autre part, les solutions de protection hautement intégrées gagnent du terrain. Les solutions monopuce qui intègrent plusieurs fonctions de protection réduisent la complexité de la conception des circuits et économisent de l’espace sur le circuit imprimé. De plus, la conception durable devient une tendance, l’accent étant mis sur l’amélioration de la durabilité et de l’efficacité énergétique des composants de protection afin de réduire la fréquence de remplacement et de soutenir la conception électronique écologique.

En conclusion

La technologie de protection des circuits est la pierre angulaire pour assurer un fonctionnement stable des installations industrielles et automobiles. En sélectionnant soigneusement les composants de protection appropriés et en concevant des circuits de protection efficaces, la sécurité et la fiabilité des systèmes peuvent être considérablement améliorées. À mesure que les environnements d’application deviennent de plus en plus complexes, les futures technologies de protection des circuits continueront de se développer vers une intelligence et une intégration accrues, offrant un support solide pour un plus large éventail de domaines d’application.