Brevet FR2405576A1 — publié le 19790504

L'invention concerne la protection des diodes Schottky de puissance contre l'effet néfaste de surtensions inverses accidentelles de courte durée prenant naissance en particulier à la fermeture et à ltouverture d'un redressement alimenté par le secteur. Il est connu d'utiliser les diodes Schottky au redressement de tensions alternatives en vue de réaliser des alimentations en courant continu Jusqu'à des niveaux de puissance relativement importants. Il est également connu que l'application de tensions inverses supérieures à la valeur nominale donnée par le fabricant, mame pendant une courte durée, altère la diode et entraine tCt ou tard sa destruction. En régime entretenu l'utilisation d'une diode Schottky de puissance comme redresseur de courant présentant des avantages, on est conduit à prendre des précautions pour éviter d'appliquer d'éventuelles surtensions aux diodes de puissance. Pour préciser le phénomène, il est commode de considérer une diode de puissance à laquelle on applique une surtension transitoire. La figure la représente un circuit destiné à simuler les conditions de mise en service d'une diode de puissance 1 reliée par des connexions 2 aux bornes Â et B d'une source de tension alternative prenant la valeur V au moment où l'interrupteur 4 ferme le circuit. La tension redressée apparait entre les.bornes C et D. La figure lb représente l'équivalent électrique de la figure la. Dans cette figure, la diode 1 est représentée par sa capacité C et sa résistance R et les connexions 2 sont remplacées par leur équivalent: une inductance L et une capacité répartie Cr La fermeture brusque du commutateur 4 provoque 1' appari- tion d'oscillations amorties dont l'amplitude de la première alternance négative est sensiblement égale à 2,5 fois la tension d' > li- mentation V.En vue d'éviter la destruction de la diode i, les fabricants de diodes Schottky recommandent de protéger les diodes contre les surtensions inverses à l'aide d'un circuit résistance- capacité (voir la note nO 131 du 10/75 intitulée nPower Schottky Diodes" by N. WOOD, éditée par la société T0R.W0 La figure lc représente le montage conseillé dans cette note comportant une résistance 5 égale à 4 ohms et un condensateur 6 de capacité égale à 100 nF connectés en parallèle sur la diode 1.L'utilisation d'un tel circuit de protection entrain une réduction de la rapidité de commutation à cause de la valeur de la capacité du condensateur 6 qui est égale à environ cent fois la valeur de C, ainsi que de la constante de temps du circuit de protection qui est supérieure à celle de la diode. Le but de la présente invention est un circuit de protection de diode Schottky de puissance contre les surtensions inverses de courte durée conservant la rapidité de commutation de la diode. Le circuit de protection d'une diode Schottky de puissance, présentant une tension nominale VN et une valeur limite de la tension inverse VX applicable sans dommage, contre les surtensions inverses transitoires selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une diode Schottky de faible puissance, dont la tension d'avalanche Va est comprise entre VN et VL,connec- tée en parallèle sur elle avec la m8me polarité. Selon une variante de réalisation, ledit circuit de protection comporte, en outre, une résistance de limitation du courant de la diode de faible puissance. Le circuit de protection selon l'invention présente les avantages suivants : - en tension directe sa présence n'introduit aucune limitation car la capacité de la diode de protection est négligeable devant celle de la diode de puissance et sa résistance, au contraire, est plus grande; - en tension inverse sa présence n'introduit aucune limitation jusqu'à la tension VN et les caractéristiques définies par les spécifications du fabricant sont entièrement respectées; - en cas de surtension transitoire dépassant VN la diode de protection est parcourue par un courant qui limite la tension inverse appliquée à la diode de puissance à une valeur au plus égale à t. L'invention sera bien comprise en se reportant à la description qui suit et aux figures 2 à 5 qui l'accompagnent données à titre illustratif, nullement limitatif, dans lesquelles - la figure 2a représente le circuit selon l'invention; - la figure 2b représente le schéma électrique équivalent au précédent; - la figure 3 représente les caractéristiques couranttension inverse des diodes de la figure 2a - la figure 4 représente la tension maximale vue par la diode de puissance en fonction de la tension V d'entrée; - la figure 5 représente une variante de réalisation du circuit de protection selon l'invention. La figure 2a représente deux diodes 1 et 7 connectées en parallèle et dans le mame sens aux bornes Â et B par la connexion 2 dont on a vu dans ce qui précède qutelle-est équivalente à une inductance L et à une capacité répartie Cr o On a utilisé un sym- bole plus gros pour la diode de puissance 1 que pour la diode 7 en vue de rappeler que 1 peut débiter un courant moyen direct compris entre plusieurs ampères et plusieurs dizaines d'ampères à travers une barrière de quelques dizaines de millimètres carres de surface tandis que la diode de protection 7 ne débite que quelques dizaines de milliampères à travers une barrière de quelques millièmes de millimètres carrés de surface. La figure 2b représente le circuit équivalent aux diodes 1 et 7 connectées aux bornes Â et B. La diode 7 est remplacée par la résistance 8, la capacité 9 et un interrupteur 10 fermé lorsque la tension inverse appliquée à la diode 7 est au moins égale à V, tension d'apparition du courant d'avalanche. De son coté la diode 1 est remplacée par la capacité C et la résistance R. La figure 3 représente en Il la caractdristique courant tension inverse de la diode 1 et en 12 celle de la diode de protection 7. Ces deux courbes ont été relevées en régime d'impulsions de durée comprise entre 100 et 500ns se répétant périodiquement 1000 fois par seconde. La courbe 11 fait apparaître que la diode de puissance présente un courant inverse mesurable pour une tension égale à la tension nominale VN . Ce courant inverse est sensiblement proportionnel à la tension Jusqu' à une valeur limite de la tension VX située près du coude de la caractéristique à partir duquel la croissance s'accélère rapidement Jusqu'à la destruction de la diode qui a lieu à la tension VD.La courbe 12, au contraire, fait apparaftre que jusqu'à une tension Va le courant de la diode de protection est très faible. Le courant croit ensuite sensiblement linéairement suivant la loi I =(V - Va)/RA en appelant RA la résistance dynamique de la diode de protection. Le courant total débité est représenté par la courbe 130 À titre de premier exemple, la demanderesse réalise la protection d'une diode Schottky de puissance qu'elle commercialise sous la référence 3Y189 B au moyen d'une diode de faible puissance qu'elle commercialise sous la référence Bât 65. On trouve, en effet, parmi ces dernières des diodes présentant une tension d'avalanche Va égale à 65 volts convenant comme diodes de protection. La surface de la diode BYI89B étant égale à 25 millimètres carrés et celle de la diode BAV 65 égale à 2,6 x 10-3 millimètre carré, le rapport des surfaces est sensiblement égal à 104 .Les valeurs des capacités des diodes étant respectivement égales à farad 5.10 et s. 5.10 15, on peut considérer comme négligeable l'apport de capacité de la diode de protection. La figure 4 représente en 14 la variation de l'amplitude de la première demi-alternance négative de la diode BYX 89 B en fonction de la tension appliquée entre les bornes À et B et représente en 15 la variation obtenue lorsque la diode BAV65 est en parallèle sur la diode BYX 89 B. La courbe 15 s'écarte de la courbe 14 en regard de la tension V égale au quotient de la tension d'avalanche Va de la diode de protection par le coefficient de surtension K du circuit non protégé; elle est, de plus, limitée par la droite horizontale passant par VL, tension limite de la diode de puissance égale à 75 volts qui est atteinte lorsque la tension entre les bornes À et B est égale à 60 volts. À titre de deuxième exemple, la protection de la diode BYX89 B peut aussi être assurée au moyen d'une diode BÂT 36 commercialisée sous cette référence par la demanderesse. Parmi ces diodes certaines ont une tension d'avalanche Vota comprise entre 60 et 65 volts et conviennent à la protection des diodes précédentes. La surface des diodes BÂT 36 étant égale à 7.10-2 millimètre carré, le rapport des surfaces de la diode de puissance à la diode de protection est égal à 3,5.102. La capacité de la diode BÂT36 égale à 1,5.10 11 farad n'accroît la capacité de la diode BYX89 B que d'environ 3% lorsqu'elle est connectée en parallèle sur elle.La capacité des diodes croissant proportionnellement à leur surface, une diode ayant une surface trois fois plus grande que celle de la diode BÂT 36, c' est-à-dire égale au centième de celle de la diode à protéger, introduit un accroissement de 10,' de la capacité lorsqu'on l'utilise comme diode de protection. Elle se trouve donc à la limite de ce qu'on peut considérer comme respectant la rapidité de commutation de la diode de puissance. La courbe 16 représente la variation de l'amplitude de la première demi-alternance négative loraqu'une diode BAT 36 de tension d'avalanche V'a = 60 volts est utilisée comme diode de protection d'une diode BYX 893. Dans ce cas, lorsque la tension entre les bornes À et B est égale à 60 volts, valeur égale à la tension VN de la diode BYX89 B à protéger, l'intensité crête dans la diode BAT 36 atteint 1,1 ampère. La courbe 17 a été relevée en utilisant une variante de réalisation du circuit de protection représentée sur la figure 5. Dans cette variante une résistance 18 connectée en série avec la diode 7 en limite le courant. À titre d'exemple, une résistance 18 égale à 10 ohms en série avec la diode BAT 36 du deuxième exemple a permis de constater que la tension limite V1 = 75 volts est atteinte lorsque la tension entre les bornes À et B est égale à 60 volts et que l'intensité cr8te daXs la diode BAT 36 est limitée à 0,85 ampères RYENDI CÂT iONS 1. Circuit de protection d'une diode Schottky de puissance, présentant une tension nominale VN et une tension limite VL d'utilisation, contre les surtensions transitoires consécutives à sa moise sous tension et à sa mise à l'arrêt, caractérisé en ce qu' il comporte au moins une diode de type Schottky de faible puissance connectée en parallèle sur la diode de puissance, avec le même sens passant qu'elle, dont la tension d'avalanche Va est infé rieure à VB 2.Circuit de protection d'une diode Schottky de puissance, selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite diode de faible puissance présente une tension V au moins égale a à la valeur Vs 3. Circuit de protection d'une diode Schottky de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une résistance de limitation du courant en série avec ladite diode de faible puissance et que l'ensemble de ladite résistance et de ladite diode de faible puissance est connecté en parallèle sur la diode de puissance avec le même sens passant qu'elle. 4. Circuit de protection d'une diode Schottky de puissance selon la revendication 1 dans lequel la surface de la jonction de ladite diode de faible puissance est comprise entre 2.10 et 1 millimètre carré. 5. Circuit de protection d'une diode Schottky de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport des surfaces des jonctions de ladite diode de puissance et de ladite diode de faible puissance est compris entre 104 et 102