Diode de roue libre vs parafoudre : Guide complet de protection

Pourquoi la plupart des ingénieurs confondent les dispositifs de protection et en paient le prix

Le mois dernier, un ingénieur en automatisation a remplacé un module de sortie PLC défectueux pour la troisième fois en six mois. La cause ? L'absence de diodes de roue libre sur les bobines de relais. Coût : 850 $ en pièces plus 12 heures d'arrêt. Le plus ironique ? L'installation venait d'installer pour 15 000 $ de dispositifs de protection contre les surtensions pour se prémunir contre la foudre.

Ce scénario révèle un malentendu critique : Les diodes de roue libre et les parafoudres ne sont pas des alternatives : ils protègent contre des menaces complètement différentes à des échelles totalement différentes. Les confondre, ou supposer que l'un remplace l'autre, laisse des lacunes dans votre stratégie de protection qui finissent par provoquer des défaillances coûteuses.

Ce guide fournit la clarté technique nécessaire pour spécifier le bon dispositif de protection pour chaque situation, éliminer les erreurs coûteuses et comprendre pourquoi les systèmes correctement conçus nécessitent que les deux technologies fonctionnent ensemble.

Comprendre les diodes de roue libre (diodes de flyback/snubber)

Qu'est-ce qu'une diode de roue libre ?

Une diode de roue libre, également appelée diode de flyback, snubber, suppresseur, catch, clamp ou de commutation, est un dispositif semi-conducteur connecté aux charges inductives pour supprimer les pics de tension générés pendant la commutation. L'objectif principal : protéger les commutateurs (transistors, MOSFET, IGBT, contacts de relais, sorties PLC) contre la force contre-électromotrice (force électromotrice) destructrice produite lorsque le courant traversant un inducteur change soudainement.

Le problème des pics de tension : Lorsque le courant traversant un inducteur (bobine de relais, solénoïde, enroulement de moteur) est interrompu, la loi de Lenz stipule que le champ magnétique s'effondre et induit un pic de tension tentant de maintenir le flux de courant. Ce pic suit l'équation V = -L(di/dt), où L est l'inductance et di/dt représente le taux de changement de courant. Avec des vitesses de commutation typiques, cette tension peut atteindre 10× la tension d'alimentation ou plus, transformant un circuit de 24 V en un danger de plus de 300 V qui détruit instantanément les commutateurs à semi-conducteurs.

Comment fonctionnent les diodes de roue libre

La diode de roue libre se connecte en parallèle avec la charge inductive, polarité inverse par rapport à l'alimentation. Ce placement simple crée un mécanisme de protection :

En fonctionnement normal : La diode est polarisée en inverse (anode plus négative que cathode), elle présente donc une impédance élevée et ne conduit pas. Le courant circule normalement à travers la charge inductive depuis l'alimentation à travers le commutateur fermé.

Lorsque le commutateur s'ouvre : L'inducteur tente de maintenir le flux de courant, mais avec le commutateur ouvert, il n'y a pas de chemin à travers l'alimentation. La polarité de la tension de l'inducteur s'inverse (l'extrémité qui était positive devient négative), ce qui polarise en direct la diode de roue libre. La diode commence à conduire immédiatement, fournissant une boucle fermée : inducteur → diode → retour à l'inducteur.

Dissipation d'énergie : L'énergie magnétique stockée dans l'inducteur (E = ½LI²) se dissipe sous forme de chaleur dans la résistance CC de l'inducteur et la chute directe de la diode. Le courant diminue de façon exponentielle avec la constante de temps τ = L/R, où R est la résistance totale de la boucle. La tension aux bornes du commutateur est limitée à environ tension d'alimentation + chute directe de la diode (0,7-1,5 V)—sans danger pour tous les commutateurs standard.

Spécifications techniques

• Temps de réponse : Nanosecondes (généralement <50ns for standard silicon, <10ns for Schottky)
• Tenue en tension : Généralement <100V DC circuits (though PIV ratings can be 400V-1000V)
• Traitement actuel : Intensités nominales continues de 1 A à plus de 50 A ; intensités nominales de surtension transitoire de 20 A à 200 A (pour une onde sinusoïdale de 8,3 ms)
• Chute de tension directe : 0,7-1,5 V (jonction PN en silicium), 0,15-0,45 V (barrière Schottky)
• Types courants :
  • Silicium standard (série 1N4001-1N4007) : Usage général, intensités nominales PIV de 50 V à 1 000 V, 1 A continu
  • Diodes Schottky : Récupération rapide (<10ns), low forward drop (0.2V), preferred for PWM circuits >10 kHz
  • Diodes de récupération rapide : Optimisées pour les applications de commutation dure, temps de récupération <100ns

Applications typiques : Pilotes de bobine de relais, commande d'électrovanne, entraînements PWM de moteur CC, injecteurs de carburant automobiles, circuits de contacteur, actionneurs HVAC, modules d'E/S Arduino/microcontrôleur.

Critères de sélection

1. Capacité de courant direct de crête : Doit gérer la décharge d'énergie stockée de l'inducteur. Calculez le courant transitoire de crête comme étant approximativement I_peak ≈ V_supply / R_coil, puis sélectionnez une diode nominale pour 2 à 3× cette valeur afin de fournir une marge de sécurité.
2. Tension inverse de claquage (PIV) : Doit dépasser la tension maximale qui pourrait apparaître aux bornes de la diode. Pratique prudente : PIV ≥ 10× tension d'alimentation. Pour les circuits de 24 V, utilisez une diode nominale ≥400 V (1N4004 ou supérieure).
3. Chute de tension directe : Plus elle est faible, mieux c'est pour minimiser la dissipation de puissance pendant la roue libre. Les diodes Schottky (Vf ≈ 0,2 V) dissipent 1/3 de la puissance du silicium standard (Vf ≈ 0,7 V) pour un courant équivalent.
4. Temps de récupération : Pour la commutation à haute fréquence (PWM >10 kHz), utilisez des diodes Schottky ou à récupération rapide. Les diodes redresseuses standard peuvent avoir des temps de récupération >1 μs, ce qui entraîne des pertes de commutation dans les circuits rapides.

Comprendre les parafoudres (SPD/MOV/GDT)

Qu'est-ce qu'un parafoudre ?

Un parafoudre, formellement appelé dispositif de protection contre les surtensions (SPD) ou suppresseur de surtensions transitoires (TVSS), protège les systèmes électriques entiers contre les transitoires externes à haute énergie. Contrairement à la protection au niveau des composants des diodes de roue libre, les parafoudres protègent contre menaces au niveau du système qui pénètrent par les lignes de distribution d'énergie.

Principales sources de surtensions externes :

• Coups de foudre : Coups directs sur les lignes aériennes ou coups de terre à proximité se couplant au câblage (courants d'impulsion de 20 kA à 200 kA)
• Opérations de commutation du réseau : Commutation de batterie de condensateurs de service public, mise sous tension de transformateur, élimination de défaut (transitoires de 2 kV à 6 kV)
• Démarrage du moteur : Forts courants d'appel du moteur créant des creux de tension et des transitoires de récupération
• Opérations de batterie de condensateurs : La commutation de condensateurs de correction du facteur de puissance génère des transitoires à haute fréquence

Comment fonctionnent les parafoudres

Les parafoudres utilisent des composants de limitation de tension qui passent d'une impédance élevée à une impédance faible lorsque la tension dépasse un seuil, créant un chemin vers la terre qui détourne le courant de surtension des équipements protégés.

Mécanisme du varistor à oxyde métallique (MOV) : Le MOV est constitué d'oxyde de zinc céramique pressé en un disque ou un bloc entre deux électrodes métalliques. À la tension de fonctionnement normale, le MOV présente une résistance extrêmement élevée (>1MΩ) et ne consomme que des microampères de courant de fuite. Lorsque la tension atteint la tension du varistor (Vn), les joints de grains entre les cristaux de ZnO se rompent, la résistance chute à <1Ω, and the MOV conducts surge current to ground. After the transient passes, the MOV automatically returns to high-impedance state.

Mécanisme du tube à décharge de gaz (GDT) : Un GDT contient deux ou trois électrodes séparées par de petits espaces (<0.1mm) inside a sealed ceramic or glass tube filled with inert gas (argon, neon, or mixtures). At normal voltage, the gas is non-conductive and the GDT presents open-circuit impedance. When applied voltage reaches the spark-over voltage (Vs), the gas ionizes (creating a plasma), impedance drops dramatically, and the GDT conducts surge current through the ionized gas path. After current falls below the holding current threshold, the gas de-ionizes and the GDT returns to its insulating state.

Tension de serrage : La tension qui apparaît aux bornes de l'équipement protégé pendant un événement de surtension est appelée “ tension de passage ” ou “ indice de protection contre les surtensions ” (Vr). Des valeurs de Vr plus faibles offrent une meilleure protection. Les parafoudres sont caractérisés par la tension à laquelle ils se bloquent à des niveaux de courant de surtension spécifiques (généralement testés à 5 kA ou 10 kA, forme d'onde 8/20 μs).

Spécifications techniques

• Temps de réponse :
  • MOV : <25 nanoseconds (component level). Remarque : Bien que le composant réagisse instantanément, la longueur du fil d'installation ajoute une inductance qui affecte considérablement le temps de réponse du système et la tension de passage. Une installation correcte à faible impédance est essentielle.
  • GDT : 100 nanosecondes à 1 microseconde (plus lent en raison du délai d'ionisation du gaz)
  • Hybride (MOV+GDT) : <25ns initial response (MOV), sustained conduction via GDT
• Tenue en tension : Systèmes de 120 V CA à 1 000 V CC (tension de fonctionnement continue Un)
• Traitement actuel : Courant de décharge nominal (In) 5 kA-20 kA, courant de décharge maximal (Imax) 20 kA-100 kA (forme d'onde 8/20 μs selon IEC 61643-11)
• Absorption d'énergie : MOV évalués en joules (J) ; parafoudres de panneau typiques : 200 J-1 000 J par phase
• Classification (UL 1449 / IEC 61643-11) :
  • Type 1 (Classe I) : Entrée de service, testée avec une forme d'onde de 10/350 μs (simule la foudre directe), indice de 25 kA-100 kA
  • Type 2 (Classe II) : Panneaux de distribution, testés avec une forme d'onde de 8/20 μs (foudre indirecte/transitoires de commutation), indice de 5 kA-40 kA
  • Type 3 (Classe III) : Point d'utilisation à proximité des charges sensibles, indice de 3 kA-10 kA
• Conformité aux normes : UL 1449 Ed.4 (Amérique du Nord), IEC 61643-11 (International), IEEE C62.41 (caractérisation de l'environnement de surtension)

Comparaison de la technologie MOV et GDT

Fonctionnalité	Varistance à oxyde métallique (MOV)	Tube de décharge de gaz (GDT)	Hybride (MOV+GDT)
Le Temps De Réponse	<25ns (very fast)	100 ns-1 μs (plus lent)	<25ns (MOV dominates initial response)
Tension de serrage	Modéré (1,5-2,5 × Un)	Faible (1,3-1,8 × Un) après ionisation	Faible dans l'ensemble en raison d'une action coordonnée
Capacité actuelle	Élevé (20 kA-100 kA pour les impulsions courtes)	Très élevé (40 kA-100 kA soutenu)	Le plus élevé (le MOV gère le front rapide, le GDT gère l'énergie)
Absorption d'énergie	Limité par la masse thermique, se dégrade avec le temps	Excellent, pratiquement illimité pour le courant nominal	Excellent, MOV protégé par GDT
Courant de fuite	10-100 μA (augmente avec l'âge)	<1pA (essentially zero)	<10μA (GDT isolates MOV at normal voltage)
Capacité	Élevé (500 pF-5 500 pF)	Très faible (<2pF)	Faible (GDT en série réduit la capacité effective)
Mode de Défaillance	Peut se court-circuiter ou s'ouvrir ; nécessite une déconnexion thermique	Se court-circuite généralement (la tension d'amorçage diminue)	La déconnexion thermique du MOV empêche les risques d'incendie
La durée de vie	Se dégrade avec le nombre de surtensions et la contrainte de surtension	Pratiquement illimité (conçu pour plus de 1 000 opérations)	Étendu (GDT réduit la contrainte MOV)
Coût	Faible (1 TP4T5-1 TP4T20)	Modéré (1 TP4T10-1 TP4T30)	Supérieur (1 TP4T25-1 TP4T75)
Meilleures applications	Circuits CA/CC généraux, énergie renouvelable, panneaux industriels	Télécommunications, lignes de données, équipements de précision (faible capacité critique)	Applications critiques nécessitant une protection et une longévité maximales

Comparaison côte à côte : Diode de roue libre et parafoudre

Fonctionnalité	Diode de roue libre	Parafoudre (SPD)
Objectif principal	Supprimer le retour inductif des charges locales	Protéger les systèmes contre les surtensions externes à haute énergie
Origine de la surtension	Auto-induit (charge inductive propre au circuit)	Externe (foudre, transitoires de réseau)
Échelle de protection	Niveau composant (commutateur/transistor unique)	Niveau système (panneau électrique entier)
Plage de tension	<100V typically	Des centaines à des milliers de volts
Capacité actuelle	Ampères (transitoire : 20 A-200 A)	Kiloampères (5 kA-40 kA+)
Le Temps De Réponse	Nanosecondes (<50ns)	Nanosecondes (MOV) à microsecondes (GDT)
Technologie	Simple jonction PN ou diode Schottky	MOV, GDT ou composants hybrides à base de céramique
Absorption d'Énergie	Millijoules à joules	Centaines à milliers de joules
Connexion	En parallèle à travers une charge inductive	En parallèle à travers les lignes électriques (ligne-terre, ligne-ligne)
Dégradation	Minimale (sauf dépassement de la tension inverse de crête nominale)	Le MOV se dégrade avec les surtensions répétées ; longue durée de vie du GDT
Coût	$0.05-$2 par composant	$15-$200+ par dispositif de protection contre les surtensions (SPD)
Normes	Spécifications générales des diodes (JEDEC, MIL-STD)	UL 1449, IEC 61643, IEEE C62.41
Les Applications Typiques	Pilotes de relais, commandes de moteur, solénoïdes	Arrivées de service, panneaux de distribution, équipements sensibles
Lieu d'installation	Directement aux bornes de la charge inductive	Service principal, panneaux de distribution, sous-panneaux
Conséquences de la défaillance	Sortie de commutateur/PLC endommagée ($50-$500)	Équipement/système entier détruit ($1000s-$100,000s)
Quantité requise	Un par charge inductive (pourrait être des centaines par installation)	3-12 par installation (cascade coordonnée)

Quand utiliser chaque dispositif de protection

Applications de la diode de roue libre

Scénarios de protection au niveau des composants :

• Modules de sortie PLC : Lors de l'absorption/fourniture de courant pour piloter des bobines de relais, des contacteurs ou des électrovannes. Protège les sorties de transistor contre les pics de tension de 300 V+ qui détruisent les circuits de sortie.
• Circuits de commande de contacteur : Bobines CC dans les démarreurs de moteur, les contacteurs HVAC, les machines industrielles. Lors de la conception de panneaux de commande avec des contacteurs, une suppression de surtension appropriée empêche les défaillances des cartes de sortie - en savoir plus sur la sélection et la protection des contacteurs.
• Entraînements PWM de moteur CC : Circuits en pont en H commutant les enroulements de moteur inductifs à des fréquences de kilohertz. Les diodes Schottky sont préférées pour une faible Vf et une récupération rapide.
• Systèmes automobiles : Pilotes d'injecteurs de carburant, pilotes de bobines d'allumage, commande de ventilateur de refroidissement, moteurs de lève-vitre électrique - toute charge inductive 12V/24V.
• Modules de relais Arduino/microcontrôleur : Protège les broches GPIO (généralement évaluées pour seulement ±0,5 V au-delà des rails d'alimentation) lors du pilotage des bobines de relais.
• Commandes HVAC : Actionneurs de registre de zone, vannes d'inversion, contacteurs de compresseur dans la climatisation résidentielle/commerciale.

Pour des conseils supplémentaires sur les défaillances de protection de bobine, consultez le dépannage des contacteurs et les stratégies de protection.

Applications des parafoudres

Scénarios de protection au niveau du système :

• Arrivée de service électrique principale (SPD de type 1) : Première ligne de défense contre les coups de foudre directs/proches. Gère les courants d'impulsion de 40 kA à 100 kA. Comprendre correctement les emplacements d'installation des SPD dans les panneaux électriques assure une protection efficace.
• Tableaux de distribution et sous-panneaux (SPD de type 2) : Protection secondaire contre les surtensions résiduelles passant à travers les dispositifs de type 1 plus les transitoires de commutation générés localement. Suivre les exigences d'installation des SPD et la conformité au code pour la conformité NEC/IEC.
• Systèmes solaires photovoltaïques : Les SPD de boîtier de combinaison protègent les onduleurs contre les surtensions induites par la foudre dans les installations exposées sur les toits/au sol. Des conseils spécialisés sont disponibles dans notre guide de sélection des SPD pour systèmes solaires.
• Centres de commande de moteurs industriels (MCC) : Protège les VFD, les démarreurs progressifs et les équipements de commande contre les transitoires du réseau et la commutation de gros moteurs.
• Centres de données : Protection des équipements critiques nécessitant une cascade de SPD coordonnée (Type 1 + Type 2 + Type 3) avec une faible tension de passage.
• Équipement de télécommunications : SPD à base de GDT à faible capacité sur les lignes de données sensibles pour éviter la distorsion du signal.

Pour des conseils complets sur les spécifications des SPD, consultez le guide d'achat ultime des SPD pour les distributeurs et comprendre Principes fondamentaux des dispositifs de protection contre les surtensions.

Erreurs courantes et idées fausses

Erreur 1 : Utilisation d'une diode de roue libre pour la protection contre la foudre

L'erreur : Spécification d'une diode de roue libre (1N4007, nominale pour 1A continu, 30A en pointe) à l'entrée de service pour se protéger contre les coups de foudre.

Pourquoi cela échoue : Les courants d'impulsion de foudre atteignent 20kA-200kA avec des temps de montée <10μs. A standard diode rated for 30A (8.3ms duration) vaporizes instantly when exposed to kiloamp currents. The diode fails in short-circuit mode, creating a direct fault to ground that trips the main breaker or causes fire.

Approche correcte : Utilisez toujours des parafoudres homologués UL 1449, conçus pour les transitoires externes. Les parafoudres de type 1 à l'entrée de service doivent supporter des formes d'onde de 10/350μs (simulant la foudre directe) avec des valeurs nominales de 25kA-100kA.

Erreur 2 : Omission des diodes de roue libre sur les bobines de relais

La justification : “Ce relais fonctionne bien depuis trois ans sans diode de roue libre, donc nous n'en avons pas besoin.”

Réalité cachée : Le relais fonctionne jusqu'à ce que la sortie PLC tombe en panne. Les pics de réaction inductive de 300V-500V stressent progressivement la jonction du transistor de sortie, provoquant une dégradation paramétrique. Après des centaines de cycles de commutation, le transistor tombe en panne (apparaissant souvent comme un état “bloqué” ou “incapable de commuter”). Le remplacement du module de sortie PLC coûte entre 200 et 500 €, plus le temps de dépannage et l'arrêt du système.

En chiffres : Une diode 1N4007 coûte 0,10 €. Un module de sortie PLC coûte 250 €. Retour sur investissement de la prévention des pannes : 2500:1.

Conseils supplémentaires pour prévenir les pannes liées aux bobines : guide de dépannage des contacteurs.

Erreur 3 : Sélection du mauvais type de parafoudre

Scénario A — Type 3 à l'entrée de service : Installation d'un parafoudre de point d'utilisation de 3kA au niveau du panneau principal, en supposant que “n'importe quel protecteur contre les surtensions fonctionnera”.”

Pourquoi cela échoue : Les parafoudres de type 3 sont conçus pour les transitoires résiduels après que la protection en amont a déjà bloqué la majeure partie de l'énergie de surtension. Un dispositif de 3kA exposé à une surtension de foudre de 40kA fonctionne en dehors de son enveloppe de conception, tombe immédiatement en panne (souvent en mode court-circuit) et ne fournit aucune protection.

Scénario B — Pas de coordination : Installation de parafoudres de type 1 et de type 2 avec une longueur de câble insuffisante entre les étages (par exemple, 2 mètres au lieu des 10+ mètres requis). Les deux parafoudres tentent de fonctionner simultanément, provoquant un partage de courant incontrôlé et une défaillance potentielle du dispositif à réponse plus rapide.

Approche correcte : Suivre Stratégies de matrice de triage du déploiement des parafoudres et utiliser correctement directives de dimensionnement de la valeur nominale kA des parafoudres. Évitez les erreurs courantes en mettant en œuvre meilleures pratiques d'installation des parafoudres.

Erreur 4 : Ignorer la dégradation des parafoudres

L'hypothèse : “Nous avons installé des parafoudres il y a cinq ans, donc nous sommes protégés.”

La réalité: Les parafoudres à base de MOV se dégradent à chaque événement de surtension. Chaque fois que le MOV bloque un pic de tension, des changements microstructuraux se produisent dans la céramique d'oxyde de zinc. Après 10 à 50 événements de surtension importants (selon le niveau d'énergie), la tension de blocage du MOV augmente et sa capacité d'absorption d'énergie diminue. Finalement, le MOV tombe en panne — soit en court-circuit (provoquant des déclenchements intempestifs du disjoncteur), soit en circuit ouvert (ne fournissant aucune protection).

Signes d'avertissement :

• Augmentation du courant de fuite (mesurable avec une pince ampèremétrique : normal <0.5mA, degraded >5mA)
• Le voyant d'état passe du vert au jaune ou au rouge
• Preuve physique : fissures du boîtier, marques de brûlure, bourdonnements, chaleur pendant le fonctionnement normal

Calendrier de maintenance : Inspectez les parafoudres de type 2 annuellement dans les régions sujettes à la foudre, tous les 2 à 3 ans dans les zones modérées. Remplacez les parafoudres à base de MOV après des événements de surtension majeurs (coups de foudre confirmés, défauts de service public à proximité). En savoir plus sur Durée de vie du SPD et mécanismes de vieillissement du MOV pour planifier les cycles de remplacement.

Stratégie de protection complémentaire : Pourquoi vous avez besoin des deux

Le principe fondamental : Les diodes de roue libre et les parafoudres ne sont pas des alternatives — ils protègent contre différentes menaces à différentes échelles et doivent fonctionner ensemble dans des systèmes correctement conçus.

L'écart de protection

Sans diodes de roue libre : Votre installation dispose de 20 000 € de parafoudres de type 1 et de type 2 protégeant contre les surtensions externes. Lorsqu'une sortie PLC coupe une bobine de relais de 24V, le pic inductif de 400V détruit le transistor de sortie PLC. Les parafoudres ne font rien — ils sont conçus pour les transitoires de niveau réseau en kilovolts et kiloampères, pas pour les pics localisés au niveau des composants. Coût : module PLC de 350 € + 4 heures d'arrêt.

Sans parafoudres : Chaque bobine de relais a une diode de roue libre, protégeant parfaitement les sorties PLC contre le retour inductif. Un coup de foudre à 200 mètres induit une surtension de 4 kV sur l'entrée de service de l'installation. Les diodes, nominales pour <100V, vaporize along with the power supplies, PLCs, VFDs, and control electronics connected to the unprotected panel. Cost: $50,000+ equipment replacement + weeks of downtime.

Exemple de protection complète : Panneau de commande industriel

Un panneau de commande industriel correctement protégé avec des démarreurs de moteur, un PLC et une IHM comprend :

Protection au niveau du système (parafoudres) :

• Parafoudre de type 2 (40kA, 275V) au niveau des alimentations entrantes du panneau principal, connecté ligne à terre sur chaque phase
• Mise à la terre appropriée avec une barre de terre reliée à la structure en acier du bâtiment
• Dimensionnement adéquat des conducteurs (6 AWG minimum pour les connexions de terre du parafoudre)

Protection au niveau des composants (diodes de roue libre) :

• Diodes 1N4007 à travers chaque bobine de relais contrôlée par les sorties PLC
• Diodes à récupération rapide (ou Schottky) à travers les bobines d'électrovanne dans les applications à taux de cycle élevé
• Amortisseurs RC ou suppresseurs MOV sur les bobines de contacteur AC (alternativement, diodes TVS bidirectionnelles pour les applications AC)

Cette approche à double couche aborde les deux catégories de menaces. Pour une architecture de protection électrique complète, comprenez les relations entre mise à la terre, GFCI et protection contre les surtensions. Comparez les technologies de protection connexes : Composants MOV vs GDT vs TVS et clarifier terminologie parafoudre vs parafoudre.

Guide de sélection pour les ingénieurs

Matrice de décision rapide

Choisir une diode de roue libre lorsque :

• Protection des transistors, relais, IGBT ou interrupteurs mécaniques contre le retour inductif
• La charge est une bobine de relais, un solénoïde, un enroulement de moteur ou un primaire de transformateur
• La pointe de tension provient de l'action de commutation du circuit lui-même (auto-induite)
• Tension de fonctionnement <100V DC
• Le budget permet 0,05 € à 2 € par point de protection
• L'application nécessite des centaines de points de protection (un par charge inductive)

Choisir un parafoudre lorsque :

• Protection contre les surtensions externes (foudre, commutation de service public, transitoires de démarrage du moteur)
• Protection des panneaux électriques entiers, des salles d'équipement ou des systèmes
• Tension de fonctionnement > 50 V CA ou > 100 V CC
• L'énergie de surtension dépasse 100 joules
• Conformité aux normes UL 1449, IEC 61643 ou NEC Article 285 requise
• L'application nécessite 1 à 12 appareils par installation (cascade coordonnée)

Recommandations de produits VIOX

VIOX Electric propose des solutions complètes de protection contre les surtensions pour les applications industrielles, commerciales et d'énergie renouvelable :

Gamme de produits SPD :

• SPD de type 1 (classe I) : Protection de l'entrée de service, testée avec une forme d'onde de 10/350 μs, valeurs nominales de 40 kA à 100 kA, adaptée à une exposition directe à la foudre
• SPD de type 2 (classe II) : Protection du panneau de distribution, testée avec une forme d'onde de 8/20 μs, valeurs nominales de 5 kA à 40 kA, configurations modulaires sur rail DIN ou montage sur panneau
• SPD de type 3 (classe III) : Protection au point d'utilisation à proximité des équipements sensibles, valeurs nominales de 3 kA à 10 kA, formats enfichables disponibles
• Technologie hybride MOV+GDT : Durée de vie prolongée, gestion supérieure de l'énergie, faible tension de passage, dégradation réduite par rapport aux conceptions uniquement MOV

Plages de tension : Systèmes 120 V-1000 V CA/CC

Certifications : UL 1449 Ed.4, IEC 61643-11, marquage CE, adapté aux installations conformes à la norme NEC

Caractéristiques :

• Indicateurs d'état visuels (vert = opérationnel, rouge = remplacer)
• Le sectionneur thermique empêche les risques d'incendie en cas de surchauffe du MOV
• Contacts d'alarme à distance pour l'intégration aux systèmes de surveillance du bâtiment
• Indices de protection IP20-IP65 selon l'application

Parcourir le catalogue complet des produits VIOX SPD pour les spécifications techniques et les guides d'application. Pour la planification stratégique du déploiement, consultez la matrice de triage du déploiement des parafoudres et Méthodologie de dimensionnement de la valeur nominale kA du SPD.

Foire Aux Questions

Q : Puis-je utiliser une diode de roue libre au lieu d'un parafoudre pour économiser de l'argent ?

R : Absolument pas. Les diodes de roue libre sont conçues pour des ampères à basse tension (<100V) and cannot survive kiloamp lightning currents or kilovolt grid transients. A 1N4007 diode rated for 30A surge current (8.3ms duration) vaporizes instantly when exposed to a 20kA lightning impulse (<10μs rise time). Using a $0.50 diode where a $50 SPD is required results in catastrophic failure, potential fire hazard, and zero protection for downstream equipment. The 100:1 cost difference reflects entirely different protection scales and capabilities.

Q : Ai-je besoin à la fois de diodes de roue libre ET de parafoudres dans mon panneau de commande ?

R : Oui, dans pratiquement toutes les applications industrielles et commerciales. Ils remplissent des fonctions complémentaires et non chevauchantes :

• Diodes de roue libre protègent les composants individuels (sorties PLC, transistors, IGBT) contre le retour inductif localisé (auto-généré, <100V, amps) when switching relay coils or motor windings
• Parafoudres protègent l'ensemble du panneau contre les transitoires externes (foudre, commutation de réseau, kV, kA) entrant par les lignes de distribution d'énergie

Même avec une protection SPD parfaite contre les surtensions externes, l'omission des diodes de roue libre rend vos sorties PLC vulnérables aux pointes de plus de 300 V provenant des bobines de relais. Inversement, même avec des diodes sur chaque relais, l'omission des SPD rend l'ensemble du panneau vulnérable aux surtensions induites par la foudre qui détruisent les alimentations, les entraînements et l'électronique de commande.

Q : Que se passe-t-il si j'omets la diode de roue libre sur une bobine de relais ?

R : Lorsque la bobine de relais est hors tension, le champ magnétique qui s'effondre génère une force contre-électromotrice (CEM) suivant V = -L(di/dt). Pour un relais typique de 24 V avec une inductance de 100 mH et un courant continu de 480 mA, l'ouverture de l'interrupteur en 10 μs produit une pointe de -480 V. Cette pointe :

• Détruit les commutateurs à semi-conducteurs (les transistors, les MOSFET, les IGBT dépassent la tension de claquage, provoquant une défaillance de la jonction)
• Endommage les cartes de sortie PLC (coût de remplacement 200 € à 500 €)
• Provoque des arcs électriques au niveau des contacts mécaniques (usure accélérée, soudure des contacts)
• Génère des interférences électromagnétiques (EMI) affectant les circuits et les communications à proximité

La diode coûte 0,10 € et empêche toutes ces défaillances. Coût de remplacement d'un module de sortie PLC : 250 € et plus, plus le temps de dépannage et les temps d'arrêt du système. Retour sur investissement : 2500:1.

Q : Comment savoir si mon parafoudre s'est dégradé et doit être remplacé ?

R : Les SPD à base de MOV se dégradent progressivement à chaque événement de surtension. Méthodes de surveillance :

Indicateurs visuels : La plupart des SPD de qualité incluent des voyants d'état LED. Vert = opérationnel, jaune = capacité réduite, rouge = défaillant/remplacer immédiatement. Vérifiez l'état de l'indicateur tous les trimestres.

Tests électriques : Mesurez le courant de fuite avec une pince ampèremétrique sur le conducteur de terre du SPD. Normal : <0.5mA. Degraded: 5-20mA. Failed: >50 mA ou lectures erratiques.

Inspection physique : Recherchez les fissures du boîtier, les marques de brûlure, la décoloration ou le gonflement. Écoutez les bourdonnements/ronflements pendant le fonctionnement normal (indique une contrainte du MOV). Vérifiez la chaleur excessive (la température du boîtier > 50 °C au-dessus de la température ambiante suggère des problèmes).

Calendrier de maintenance :

• Régions sujettes à la foudre : Inspectez annuellement
• Exposition modérée : Inspecter tous les 2 à 3 ans
• Après des événements majeurs : Inspecter immédiatement après des impacts de foudre confirmés ou des défauts du réseau électrique à moins de 1 km

Les parafoudres avancés incluent des contacts de surveillance à distance qui signalent aux systèmes de contrôle centralisé lorsqu'un remplacement est nécessaire, permettant une maintenance proactive. En savoir plus sur La durée de vie et les mécanismes de dégradation des parafoudres.

Q : Une diode Schottky peut-elle remplacer une diode au silicium standard pour les applications de roue libre ?

R : Oui, et les diodes Schottky sont souvent préférées pour des applications spécifiques en raison de caractéristiques de performance supérieures :

Avantages :

• Chute de tension directe plus faible (0,15-0,45 V contre 0,7-1,5 V pour le silicium) réduit la dissipation de puissance pendant la roue libre
• Temps de recouvrement plus rapide (<10ns vs 50-500ns) critical for pwm frequencies>10 kHz
• Pertes de commutation réduites dans les circuits à haute fréquence (VFD, alimentations à découpage)

Considérations :

• Tension inverse de claquage plus faible (généralement 40 V-60 V pour Schottky de puissance contre 400 V-1000 V pour le silicium standard)
• Courant de fuite plus élevé à des températures élevées
• Coût plus élevé ($0.50-$2 contre $0.10-$0.50 pour un courant nominal équivalent)

Guide de sélection : Utilisez des diodes Schottky lorsque la fréquence de commutation dépasse 10 kHz ou lorsque la chute de tension directe a un impact significatif sur l'efficacité. Vérifiez que la tension inverse de crête (PIV) dépasse la pointe de tension maximale attendue (recommandé : PIV ≥ 5 × tension d'alimentation pour Schottky). Pour les applications à basse fréquence (<1kHz) with higher voltages (>48 V), le silicium standard (série 1N400x) offre un meilleur équilibre coût-performance.

Q : Quelle est la différence entre les parafoudres de type 1, de type 2 et de type 3 ?

R : La classification définit le lieu d'installation, la méthode de test et la capacité de protection :

Type 1 (Classe I) :

• Localisation : Arrivée de service, entre le compteur électrique et le sectionneur principal
• Forme d'onde de test : 10/350 μs (simule un impact direct de la foudre, contenu énergétique élevé)
• Notes : Courant d'impulsion de 25 kA à 100 kA
• Objet : Première ligne de défense contre la foudre directe/proche, absorption d'énergie la plus élevée
• Installation : Nécessite un dispositif de protection contre les surintensités (OCPD) répertorié, souvent intégré au parafoudre

Type 2 (Classe II) :

• Localisation : Panneaux de distribution, centres de charge, sous-panneaux
• Forme d'onde de test : 8/20 μs (foudre indirecte, transitoires de commutation)
• Notes : Courant de décharge de 5 kA à 40 kA
• Objet : Protection secondaire contre les surtensions résiduelles passant le type 1, plus les transitoires générés localement (démarrage du moteur, commutation du condensateur)
• Installation : Type le plus courant, configurations modulaires à montage sur rail DIN ou à montage sur panneau

Type 3 (Classe III) :

• Localisation : Point d'utilisation à proximité d'équipements sensibles (ordinateurs, instrumentation)
• Forme d'onde de test : Onde combinée 8/20 μs (tension 1,2/50 μs, courant 8/20 μs)
• Notes : Courant de décharge de 3 kA à 10 kA
• Objet : Étape de protection finale, réduit la tension de passage à des niveaux très bas (<0.5kV)
• Installation : Blocs multiprises, montés sur l'équipement, comprend souvent un filtrage EMI

Cascade coordonnée : Les installations correctement protégées utilisent les trois types avec plus de 10 mètres de câble entre les étages, créant un système de protection coordonné où chaque étage réduit l'énergie de surtension avant que l'étage suivant ne fonctionne.

Q : Comment dimensionner le courant nominal d'une diode de roue libre ?

R : Suivez ce calcul basé sur la propriété fondamentale des inductances (le courant ne peut pas changer instantanément) :

Étape 1 — Déterminer le courant de bobine en régime permanent :
I_steady = V_supply / R_coil

Étape 2 — Déterminer le courant transitoire de crête :
Au moment exact où l'interrupteur s'ouvre, l'inductance force le courant à continuer de circuler à la même amplitude. Par conséquent :
I_peak_transient = I_steady

Étape 3 — Sélectionner la diode avec une marge de sécurité :
Sélectionnez une diode où le courant direct continu (I_F) > I_steady.
Remarque : Bien que les pointes de tension soient massives, le courant diminue par rapport à la valeur en régime permanent. Les diodes standard ont des courants de surtension élevés (I_FSM), de sorte que le dimensionnement pour I_F offre généralement une marge de sécurité suffisante.

Exemple : Relais 24 V, résistance de bobine 480 Ω

• I_steady = 24 V / 480 Ω = 50 mA
• I_peak_transient = 50 mA (le courant ne monte pas en flèche ; la tension le fait)
• Sélection : 1N4007 (Courant nominal I_F = 1 A). Puisque 1 A > 50 mA, cette diode offre une marge de sécurité de 20× et gère facilement la dissipation d'énergie.