4. La protection des transistors sur charge inductive

Terminale STI électronique
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Protection des transistors sur charge inductive
1 Généralités
Qu’appelle-t-on charge inductive?
Une charge inductive est composée d’éléments constitués en tout ou en partie d’une ou plusieurs
bobines.
Exemples : • Relais
• Bobine
• Moteur (pas à pas, continu, synchrone, …)
Caractéristiques maximales admissibles pour un transistor (jonction C - E)
Il faut respecter les caractéristiques maximales Icmax et Vcemax admissibles pour le transistor
choisi.
Icmax
Vcemax
Dans le cas où ces valeurs viennent à être dépassées, le transistor sera détruit.
2 Fonctionnement général
Comportement d’une inductance traversée par un courant continu.
Si l’on suppose qu’une inductance est
traversée par un courant continu établi, alors
l’inductance se modélise simplement par une
résistance. Cette résistance représente la
résistance du fil bobiné qui constitue
l’inductance. Cette résistance est de l’ordre de
quelques centaines d’ohms.
IL
RL
UL
On a alors : UL = RL.IL
Comportement d’une inductance traversée par un courant discontinu.
Dans ce cas, le comportement de
l’inductance est plus complexe. On peut
néanmoins tenter de le résumer en une phrase:
Si le courant qui traverse une inductance est
soumis à une discontinuité (variation), alors il
apparaît aux bornes de l’inductance une
différence de potentiels proportionnelle à
cette variation.
Où le terme
IL
L
UL
On a alors: U L = L
dI L
dt
dIL
correspond à la variation dIL du courant IL durant l’intervalle de temps dt.
dt
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Protection des transistors sur charge inductive
3 Applications
Etude du circuit de commande d’un relais.
Structure :
D
L
UL
IL
IC
RB
VCC
IB
VCE
VE
VBE
Fonctionnement :
• Lorsque le transistor est saturé.
Lorsque le transistor est saturé, le circuit
d’excitation du relais est parcouru par un courant
continu. Par conséquent, ce circuit d’excitation
peut être simplement modélisé par la résistance
de la bobine d’excitation.
La diode D est bloquée car soumise à la tension
UL.
D
ID = 0
UL
ID = 0
RL
D
La diode étant bloquée, elle n’est traversée par
aucun courant et on retrouve :
UL
IL
IC
RB
VCC
IB
VCE
VE = 5V
IC = IL =
VCC − VCESAT
RL
VBE
• Au blocage du transistor.
Lors du blocage du transistor, le courant dans le circuit d’excitation du relais décroît très rapidement.
Par conséquent, ce circuit d’excitation peut être modélisé par un générateur de tension représentant la
f.e.m. d’auto-induction générée par l’inductance L.
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Protection des transistors sur charge inductive
IL
D
UL
Ic =0
RB
Ic =0
RB
VCC
IB
UL
VCC
IB
VCE
VE = 0V
VBE
Circuit de commutation non protégé
VCE
VE = 0V
VBE
Circuit de commutation protégé par une
diode de roue libre
Lorsque le circuit de commutation n’est pas protégé, la f.e.m. d’auto-induction peut être très
importante. On a alors :
VCE = VCC + UL
Soit
VCE ≈ UL
Si la surtension UL dépasse la tension VCEMAX que peut supporter le transistor, celui-ci risque
d’être détruit.
Pour éviter ce phénomène, on place en parallèle avec le circuit d’excitation du relais une diode
dite « diode de roue-libre »
D
Au blocage du transistor, la diode D
devient passante et
• limite à 0.7V la f.e.m. d’auto-induction.
• Dérive le courant IL tant que celui-ci ne
s’est pas annulé
IL
Ic = 0
UL