Valeurs dv/dt et di/dt : en quoi ces valeurs affectent-elles un relais statique ?

Une valeur excessive di/dt est l’une des défaillances typiques du thyristor. Quand ceci se produit, les contraintes appliquées aux semi-conducteurs peuvent dépasser considérablement leurs valeurs nominales et endommager ensuite l’élément de puissance. Dans ce nouvel article de blog nous vous donnons quelques explications pour mieux comprendre ce que sont les valeurs dv/dt et di/dt et comment les prendre en compte lors du choix du SSR adapté à votre application.

Quelques rappels techniques

Une Surtension est une Tension anormalement élevée qui peut endommager le matériel.
Une Surintensité est une Intensité anormalement élevée qui peut également endommager le matériel

dv/dt est la dérivée de la tension sur celle du temps. En d’autres termes, c’est le changement de tension (delta V ou ΔV) divisé par le changement de temps (delta t ou Δt), ou la vitesse à laquelle la tension change dans le temps.
dv/dt est donc la variation maximum de la tension à l’état bloqué du triac/thyristor.

di/dt est la dérivée de l’intensité sur celle du temps. di/dt est donc la variation maximum de l’intensité du courant direct sans endommager le triac/thyristor.

Appliquons ces notions aux relais statiques

Influence du type de charge

Lorsque le courant passant à travers l’élément de puissance (thyristor ou triac) descend sous le courant de maintien, le thyristor cesse de conduire. Dans le cas d’une charge résistive pure, cela se produit en fin du cycle de l’onde sinusoïdale, et la tension et le courant sont en phase. Mais lorsque la charge est inductive (par exemple un moteur), il y a un décalage entre le courant et la tension. Au moment où le courant descend en dessous du courant de maintien, la tension a déjà augmenté avec l’alternance opposée. Par conséquent, lorsque le triac/thyristor s’éteint, il y a un fort dv/dt. Cette situation peut conduire à un fonctionnement aléatoire, des amorçages intempestifs ou à la destruction du composant.

Valeur dv/dt pour les relais statiques

La valeur dv/dt maximale d’un SSR est un paramètre important à prendre en compte puisqu’elle indique la variation maximum de tension qui ne met pas le SSR en conduction lorsqu’ aucun signal n’est appliqué sur la gâchette (électrode de commande). Une limite de valeur dv/dt est toujours spécifiée en termes de tension/microseconde.

Si la variation de la tension dépasse la limite maximale spécifiée, cela provoque le passage de l’état OFF à l’état ON. En d’autres termes, si le dv/dt augmente au-delà de la valeur spécifiée, cela conduit à un faux déclenchement du SSR, ce qui n’est pas souhaité.

Valeur di/dt pour les relais statiques

Pendant le processus d’activation du SSR, pour un fonctionnement fiable, une limite de la valeur dI/dt est toujours spécifiée en termes d’ampères/microseconde.

Lorsque dI/dt est supérieur par rapport à la valeur maximale spécifiée, le courant d’anode augmente trop vite, cela signifie que la zone conductrice n’a pas assez de temps pour s’étaler sur toute la zone de silicium et conduit à la formation de points chauds près des fils de connections du semiconducteur. Cela se produit en raison de la densité de courant élevée dans la zone de jonction. La formation de ces points chauds augmente la température de jonction du semi-conducteur au-delà de la limite maximale autorisée. En conséquence, l’élément de puissance souffre d’une panne permanente qui se traduit par une surchauffe localisée excessive près de la grille :

La valeur limite du di/dt dépend principalement de la vitesse de propagation et diffusion du silicium du thyristor/triac.

Comment maintenir ces valeurs dans les limites spécifiées ?

La solution, pour atténuer les variations de dv/dt qui seraient trop importantes, consiste alors à utiliser un réseau RC, appelé Snubber (ou des éléments SnubberLess avec des niveaux de tenue importants au dV/dt ) dès lors que l’on souhaite commander des charges inductives, ou quand le dv/dt max du triac/thyristor risque d’être dépassé.

Certains relais statiques celduc sont équipés, en standard, d’un réseau RC ou des éléments SnubberLess. Il s’agit des gammes de relais statiques synchrones pour tous les types de charges (SO8, SA/SU8, …) ou des relais statiques asynchrones recommandés pour les charges très inductives (SO7, SU7, …).

Ces produits doivent être envisagés lorsque vous souhaitez contrôler des charges inductives ou plus généralement non résistives.

Sur charge capacitive, à la fermeture de l’élément de puissance, le di/dt est généralement critique, une inductance série permet alors de lisser le courant et réduire cette transition de courant.

Les relais celduc SO8/SU8/SGT8… utilisent des technologies afin de minimiser les tensions d’amorçage et synchronisme pour limiter ces variations brusques de courant sur ces charges capacitives (batteries, alimentation etc…).

Où trouver les valeurs dv/dt et di/dt pour les relais statiques celduc ?

Les valeurs dv/dt et di/dt maximales et non répétitives sont données, pour chaque relais statique, dans nos fiches techniques. Si vous dépassez ces limites, le relais statique peut mal fonctionner ou être endommagé.
dv/dt donne alors la variation maximum de la tension pour que le thyristor se coupe et pour ne pas qu’il se ré-allume et ainsi éviter des amorçages intempestifs.
di/dt donne la variation maximum de l’intensité quand on alimente le thyristor pour ne pas qu’il s’abîme.

– 500 V/μs signifie que chaque microseconde la tension augmente de 500 Volts.
– 50A/μs signifie que chaque microseconde le courant augmente de 50 Ampères.

Conclusion

Les valeurs « dv/dt » et « di/dt » doivent être prises en compte lors du choix des relais statiques, en particulier pour les charges inductives. Celduc propose des relais équipés, en standard, d’un réseau RC, ou d’éléments SnubberLess, qui maintiennent « dV/dt » et « dI/dt » dans les limites spécifiées.