Diodes Avalanche

Le phénomène d’avalanche : pourquoi certaines diodes le supportent et d’autres pas

Quand la tension inverse appliquée à une diode dépasse un certain seuil, les électrons accélérés par le champ électrique dans la zone de jonction acquièrent assez d’énergie pour arracher d’autres électrons aux atomes du cristal de silicium. Ces électrons libérés sont eux-mêmes accélérés et en arrachent d’autres. C’est la réaction en chaîne qu’on appelle l’effet d’avalanche.

Sur une diode standard, ce phénomène est destructif parce que la résistivité du silicium n’est pas homogène. L’avalanche se concentre sur les points les plus faibles du cristal, créant des points chauds qui détruisent la jonction en quelques microsecondes. Une diode à avalanche contrôlée est fabriquée avec un silicium de qualité supérieure, dopé de manière plus uniforme, avec un traitement de surface qui limite les courants de fuite. Quand l’avalanche se produit, elle se répartit dans tout le volume du cristal. Le composant peut alors supporter des puissances très élevées pendant quelques dizaines de microsecondes sans dommage.

Où utilise-t-on des diodes à avalanche contrôlée ?

Partout où des surtensions transitoires sont probables et où la fiabilité du redressement est critique. En tête de liste : les redresseurs alimentés par le réseau industriel, où les commutations de transformateurs, les manœuvres de sectionneurs et les défauts sur le réseau génèrent régulièrement des pics de tension qui dépassent la tension inverse nominale des diodes.

On les retrouve aussi dans les ponts de diodes des variateurs de vitesse, dans les redresseurs de fours à induction, dans les alimentations de puissance des postes de soudure, et dans les circuits de freinage régénératif des moteurs. Les applications ferroviaires et l’énergie éolienne en font un usage intensif, parce que l’environnement électromagnétique y est particulièrement perturbé.

Diode avalanche, diode Zener, diode Transil : ne pas confondre

La confusion est fréquente, et elle peut coûter cher. La diode Zener est un composant de régulation : elle maintient une tension quasi constante à ses bornes quand elle est polarisée en inverse au-delà de sa tension Zener. C’est utile pour stabiliser une alimentation, mais sa capacité à absorber de l’énergie est limitée (quelques watts en continu).

La diode Transil (ou TVS, Transient Voltage Suppressor) est un composant de protection spécialisé dans l’écrêtage des surtensions transitoires rapides. Elle absorbe des pics d’énergie importants en quelques nanosecondes. Mais elle n’est pas conçue pour redresser du courant.

La diode à avalanche contrôlée, elle, est d’abord une diode de redressement. Elle fait passer le courant en direct, elle bloque en inverse, et en plus, elle supporte les excursions en avalanche sans se détruire. C’est une diode de puissance avec une capacité d’autoprotection intégrée, pas un composant de protection ajouté en parallèle.

Critères de sélection d’une diode à avalanche contrôlée

Le premier paramètre à vérifier est la tension d’avalanche (souvent notée V(BR) dans les datasheets), qui doit être supérieure à la tension inverse maximale de votre application en fonctionnement normal. La marge entre la tension inverse de service et la tension d’avalanche détermine la robustesse du circuit face aux surtensions.

Le second paramètre est l’énergie d’avalanche (en joules ou en mJ), qui quantifie ce que la diode peut absorber en un seul événement sans être détruite. Pour un environnement très parasité (proximité de contacteurs de forte puissance, réseau industriel instable), il faut des diodes avec une énergie d’avalanche élevée. Le courant nominal en direct, le boîtier et les conditions de refroidissement complètent le cahier des charges.

Découvrez aussi nos autres gammes de diodes de puissance :

• Module diode
• Diodes tournantes