Comportement thermique des composants de protection contre les effets indirects de la foudre

par Christophe Combaret

Thèse de doctorat en Dispositifs de l''électronique intégrée

Sous la direction de Mihail Macovschi.


  • Résumé

    Les diodes à avalanche de forte puissance, commercialisées en particulier sous la dénomination "transil", constituent une solution séduisante pour la protection de systèmes électroniques contre les effets indirects de la foudre. Ces effets apparaissent par couplage (résistif, inductif ou capacitif) lorsqu'un conducteur électrique se trouve au voisinage direct d'une masse métallique directement frappée par l'éclair. La mise en oeuvre rationnelle et fiable de la diode transil passe par un dimensionnement thermo-électrique aussi précis que possible. Le modèle proposé s'appuie sur des observations de la structure mécanique interne de la diode pour sa partie thermique et sur un schéma de type SPICE pour sa partie électrique. Le calcul des paramètres numériques du modèle ainsi que sa mise en oeuvre ont été validés par rapport à des données expérimentales. D'autre part, le comportement à long terme de la diode transil face aux effets indirects de la foudre est mal connu. La seconde partie de ce travail s'intéresse donc à la mise en évidence de signes avant-coureurs de fragilisation et de dégradation du composant dans ses conditions normales de fonctionnement. Un ensemble expérimental (générations d'impulsions de forte énergie et chaînes d'acquisition) a ainsi été développé. Les essais préliminaires ont montré un comportement différent de la diode soumise, d'une part, à une impulsion de fort courant et faible énergie et, d'autre part, à une impulsion à courant faible et forte énergie. Une étude systématique a ensuite montré les différences entre ces deux comportements. Dans le premier cas, la destruction apparaît de manière imprévisible sans signe précurseur mesurable. Dans le second cas, deux phénomènes conduisant à une augmentation caractéristique du courant de fuite inverse de la diode ont été observés et analysés. Ils apparaissent liés à des phénomènes d'avalanche locale et de mise en place de niveaux profonds au niveau de la jonction.

  • Titre traduit

    = Thermal behaviour of protection components used against lightning induced effects


  • Résumé

    High power avalanche diodes, often sold as "transil" diodes, represent an attractive solution for the protection of electronic systems against lightning induced effects. These effects are generated (resistive, capacitive or inductive coupling) when an electric conductor is very close to metallic mass directly hit by a lightning stroke). Reliable and rational implementation of a transil diode needs a thermo-electrical fitting as sharp as possible. The proposed model is based both on the diode mechanical structure for its thermal side and on a SPICE-like system for its electrical side. The model numerical parameters computation and use have been validated with experimental data. On the other hand, long-term behavior of a transil diode hit by lightning induced effects is not well known. So, the second part of this work concerns degradation and weakening effects appearing in normal work conditions of the component. Experimental equipments (high energy pulses generator and measurement setup) have been developped. Preliminary observations have showed differences in the diode behavior under, in one hand, high energy and low current pulses and, in the other hand, high current and low energy pulses. Then, a systematic study showed differences between these two behavior. In the first case, two phenomena leading to a typical increasing of reverse leakage current have been studied and analysed. They appear to be linked to localized breakdown and setting up of deep levels in the junction.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (211 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 207-211

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  • Bibliothèque :
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2384)
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