Une alimentation de 24 V peut provoquer un dépassement de tension sur la carte : choisir l’amortissement, l’écrêtage et le démarrage contrôlé

Cette note d’application s’adresse aux ingénieurs en électricité ou en intégration qui examinent une entrée de 24 V alimentée par câble avant de modifier le câble, le condensateur ou le chemin d’alimentation. Elle explique le mécanisme, compare les approches de protection et propose une préparation d’évaluation aux limites définies. Le modèle calculé sert d’illustration ; il ne constitue ni une sélection de composants ni un résultat mesuré sur un assemblage.

Suivre l’énergie jusqu’au condensateur d’entrée

L’inductance du câble s’oppose à une variation brusque du courant. Lorsqu’une source sous tension alimente pour la première fois un condensateur d’entrée déchargé, le courant augmente à travers cette inductance. Atteindre la tension de la source n’arrête pas instantanément le courant : l’énergie stockée dans l’inductance peut continuer à charger le condensateur au-delà de cette tension. La résistance dissipe de l’énergie et réduit l’oscillation. Le circuit à considérer comprend la source, le câble, le connecteur, la capacité d’entrée et le comportement de la charge au démarrage.

La note AN88 d’Analog Devices montre pourquoi la tension nominale indiquée sur une alimentation ne suffit pas. Son exemple de mars 2001 utilisait une source de 24 V ; le tableau 1 indique une crête de 57.2 V avec 1 uH et un condensateur d’entrée céramique de 10 uF. Il s’agit d’un montage documenté précis, et non d’une prévision pour un autre assemblage de câbles. Cet exemple montre aussi pourquoi « deux fois la tension d’alimentation » ne doit pas devenir une limite supérieure pour l’ensemble du système. AN88, p. 1-2

Un modèle linéaire idéal aide à expliquer le mécanisme sans prétendre prévoir toutes les crêtes. Prenons une source en échelon, une inductance L et une résistance R en série, ainsi qu’un condensateur C de capacité fixe, initialement déchargé. Excluons la charge, les rebonds de contact, la régulation de la source et les dispositifs de protection. La tension du condensateur obéit à :

L C d2v/dt2 + R C dv/dt + v = Vs

Avec une résistance nulle, v(t) = Vs [1 - cos(t / sqrt(L C))]. La première crête vaut 2 Vs à pi sqrt(L C). Ce résultat découle de ces hypothèses. Une entrée réelle peut ne pas les respecter. Pour le modèle série amorti, le taux d’amortissement est zeta = (R / 2) sqrt(C / L).

Pour un échelon illustratif de 24 V, avec L = 5 uH et C = 22 uF, la première crête du modèle sans pertes atteint 48 V vers 33 us. L’ajout d’amortissement réduit la crête modélisée. Les courbes comparent des taux d’amortissement de 0, 0.25 et 0.70, tous les autres paramètres du modèle restant identiques. Elles ne définissent pas un réseau d’amortissement RC : ajouter une branche RC distincte modifie le circuit et nécessite un modèle propre à ce circuit.

Les données des courbes (CSV) permettent de reproduire cette illustration. Toutes les lignes sont des échantillons calculés du modèle, et non des formes d’onde mesurées.

En pratique, il faut examiner le système modifié, pas seulement la valeur nominale du composant de remplacement. Changer le câble modifie l’impédance ; changer le condensateur modifie la capacité et les pertes. La source et la charge peuvent aussi évoluer pendant l’événement. Un calcul fondé sur une valeur C constante ne permet pas d’établir le comportement d’un condensateur dont la capacité dépend de la tension.

Trois approches, trois fonctions différentes

La comparaison ci-dessous est une synthèse technique des documents de conception cités. Ces approches peuvent être combinées lorsqu’une même entrée nécessite plusieurs fonctions.

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Amortissement : préserver la fonction principale de découplage

La note SLUAAL8 de TI distingue le condensateur d’entrée local du circuit intégré d’une branche RC série ajoutée. Cette branche se connecte en parallèle sur l’entrée ; sa résistance n’est pas insérée dans le chemin principal de l’alimentation continue. Cette distinction compte lorsqu’une faible impédance est nécessaire pour le courant de commutation normal du convertisseur. Les valeurs de l’exemple concernent une entrée de chargeur particulière et ne doivent donc pas être reprises dans une conception quelconque de 24 V. SLUAAL8, section 3

Une solution candidate utile conserve donc les exigences d’entrée existantes et ajoute un chemin dissipatif explicitement modélisé. Évaluez la branche ajoutée sur la plage réelle des impédances du câble et de la source. « Plus de capacité » ne définit pas à lui seul l’amortissement, et l’appellation « électrolytique » n’établit pas une ESR particulière.

La tenue aux impulsions nécessite une vérification distincte. L’article de TI de 2025 sur la connexion à chaud décrit des résistances d’amortissement défaillantes malgré un dimensionnement apparemment suffisant en régime permanent. La courbe de tenue impulsionnelle de la résistance et la forme réelle de l’événement comptent autant que la dissipation moyenne. TI, « Hot plugging DC/DC converters safely »

Écrêtage : utiliser une fenêtre de tension, pas la tension mise en avant pour le composant

Une TVS possède une tension de service à l’état bloqué, une zone de claquage et une tension d’écrêtage à un courant spécifié. Ce sont des points différents de sa caractéristique. SLUAAL8 s’appuie sur cette distinction pour discuter du choix du composant. SLUAAL8, section 4

Pour un composant envisagé, comparez la tension normale maximale à son comportement admissible à l’état bloqué. Comparez ensuite sa caractéristique d’écrêtage pertinente, en incluant le chemin de connexion, à la limite transitoire validée de l’entrée protégée. Si ces exigences ne laissent aucune marge exploitable, choisir un composant simplement parce qu’il porte l’indication « 24 V » ne résout pas le problème. Réexaminez l’architecture de protection ou la tenue nominale du circuit en aval. Un dispositif d’écrêtage nécessite aussi une énergie et un régime de répétition définis ; écrêter une forme d’onde ne prouve pas que des événements répétés sont acceptables.

Démarrage contrôlé : repérer les deux côtés de l’élément série

La maîtrise de la vitesse de montée de sortie étale la charge du condensateur dans le temps. Pour une rampe linéaire, la contribution du condensateur est Icap = Cout x dVout/dt ; toute charge active ajoute du courant. Dans cet exemple de calcul original, charger 470 uF de 0 à 24 V en 20 ms nécessite un courant capacitif moyen de 0.564 A. Une charge constante hypothétique de 0.2 A porterait le total à environ 0.764 A. Il ne s’agit pas d’un réglage recommandé : une charge réelle peut présenter un autre profil de démarrage.

La fiche technique du TPS2663 Rev. G décrit une vitesse de montée de sortie réglable et une régulation thermique susceptible de modifier le comportement de charge. Ses recommandations de protection contre les transitoires d’entrée et d’implantation restent pertinentes même lorsque le démarrage de sortie est contrôlé. TPS2663, sections 8.3.1, 9.5.1 et 9.6 La comparaison des démarrages SLVAEB9A, publiée séparément par TI, explique pourquoi la seule limitation du courant peut encore laisser un interrupteur de puissance subir une contrainte thermique suffisante pour interrompre le démarrage.

Une rampe régulière en C ne prouve pas que B est resté dans les limites de son entrée. La même distinction s’applique à un convertisseur dont la sortie possède un démarrage progressif : établissez ce qui se passe à son entrée au lieu de le déduire de la trace de sortie.

Préparer une évaluation capable de faire évoluer la décision

Commencez par la procédure de connexion prévue. Si l’équipement impose un raccordement hors tension, conservez cette procédure. Une étude de protection n’autorise pas à brancher à chaud un connecteur ou une machine en fonctionnement. Tout travail sur des transitoires sous tension doit se dérouler dans un dispositif d’essai approuvé à énergie limitée, selon la procédure de l’ingénieur électricien responsable, et non par un rebranchement improvisé sur site.

Avant de sélectionner les composants candidats, préparez une définition concise de l’entrée : plage et comportement de la tension de source, variantes de câble et de connecteur, référence du condensateur d’entrée et conditions de fonctionnement pertinentes, démarrage de la charge et tension maximale autorisée à chaque nœud exposé. Distinguez la limite de fonctionnement normal des valeurs maximales absolues et de toute tolérance transitoire explicitement spécifiée. Une valeur maximale absolue n’est pas une forme d’onde cible.

Suivez cette séquence de décision :

1. Identifier le nœud exposé. Repérez l’entrée de la carte, l’entrée de tout circuit intégré de protection et la sortie contrôlée. Définissez une mesure pour chaque nœud dont la tenue peut déterminer la conception.
2. Choisir la fonction manquante. Une oscillation conduit à évaluer l’amortissement ; une marge de tension insuffisante, l’écrêtage ou une autre architecture ; un courant de charge excessif ou une chute de tension de l’alimentation, le démarrage contrôlé. Plusieurs fonctions peuvent être nécessaires.
3. Examiner la solution candidate avant la mise sous tension. Vérifiez les contraintes en tension et impulsionnelles, le comportement de la charge ainsi que les limites de la source et du dispositif d’essai. Résolvez toute estimation de contrainte non bornée avant un essai matériel.
4. Comparer aux bornes du composant. Conservez la trace réelle, la référence de tension ou de courant, la disposition des sondes, la bande passante et les conditions de fonctionnement. Une mesure aux bornes de l’alimentation ne remplace pas une mesure à l’entrée de la carte. Demandez au responsable des essais de vérifier si la boucle de sonde ou la mise à la masse modifie l’événement observé.
5. Conclure sur les limites, pas sur l’apparence. Une crête plus faible n’est utile que si chaque nœud et composant de protection concerné respecte ses limites électriques et thermiques définies à l’avance, y compris le comportement prévu en répétition et en récupération. Arrêtez l’évaluation si des limites sont dépassées, si un échauffement inattendu apparaît, si la protection fonctionne par cycles ou si une mesure ne peut pas être interprétée.

Le résultat peut être une architecture retenue pour poursuivre la qualification, ou une donnée manquante précisément identifiée : par exemple, l’absence de marge d’écrêtage documentée au courant attendu, ou un comportement de charge au démarrage inconnu. Une seule forme d’onde propre ne qualifie ni une famille de câbles, ni une substitution de composant, ni un assemblage de série.

Si la résistance du câble ou du connecteur fait partie des données incertaines, poursuivez avec Mesures de faible résistance des connecteurs. Cet article explique comment définir le chemin mesuré avant de comparer les relevés. Une mesure de résistance en continu n’établit ni l’inductance du câble ni son immunité aux transitoires.

Documents pour la prochaine revue de conception

Les documents primaires ci-dessous présentent des mécanismes et des exemples de mise en œuvre. Ils proviennent des fabricants et ne constituent pas des mesures sur un assemblage MTTJ. AN88 est une référence technique historique ; ses anciens exemples de composants n’établissent pas leur disponibilité actuelle.

• Analog Devices AN88, mars 2001 : l’exemple documenté de transitoire et les comparaisons d’amortissement.
• TI SLUAAL8, mai 2023 : le modèle d’entrée, la branche RC supplémentaire et la caractéristique de la TVS.
• TI, « Hot plugging DC/DC converters safely », septembre 2025 : les pièges liés aux contraintes impulsionnelles dans un autre exemple, à tension plus élevée.
• Fiche technique TPS2663, Rev. G, juin 2024 et ressources actuelles du produit : un exemple d’eFuse industrielle, la documentation de la carte d’évaluation et des ressources de conception. La disponibilité de ces ressources n’établit ni le stock ni l’adéquation à un assemblage particulier.
• TI SLVAEB9A, révision de février 2022 : une comparaison des démarrages à courant constant, à puissance constante et à régulation thermique.

Sources vérifiées le 26 octobre 2026. Recherche assistée par IA et schémas explicatifs originaux. Aucun résultat d’essai sur banc MTTJ n’est présenté.