Equilibre thermique d'une diode lorsqu'on la met en parallèle avec d'autres diodes du même type ?

[invite816490db]

Bonjour,

Je souhaite faire un montage qui, à partir d'un générateur de courant constant, laisse passer un courant de 2A en minimisant au maximum les courants de fuite. J'ai ainsi choisi d'utiliser une diode BAS716 (ou la mythique 1N4148) avec un courant de fuite très faible. Cependant leur courant direct (Id) n’excède pas les 200mA. Qu'à cela ne tienne, je vais donc mettre en parallèle 10 diodes avec un Id=200mA pour avoir au final mon courant de 2A.

Oui, mais voilà... En toute logique, il n'est pas très bon d'aligner en parallèle les diodes, car les diodes n'ont jamais les mêmes caractéristiques les unes des autres. Si une diode chauffe davantage au détriment d'une autre, elle laissera passer davantage de courant.. Au final, une variation de température pourra conduire à un déséquilibre, ce qui devrait conduire à un emballement et à la destruction des diodes les unes après les autres, voilà ce que j'ai appris...

J'ai voulu en avoir le cœur net, j'ai branché 10 diodes en parallèle (avec une résistance de 1 ohm en série sur chacune d'entre elles), et à ma grande stupeur, l'explosion tant attendue n'est jamais arrivée. Au contraire, les courants se sont très bien équilibrés. J'ai ensuite chauffé une seule diode, celle-ci a laissée passer davantage de courant (et donc les 9 autres ont laissé passer moins de courant), puis lorsque j'ai retiré ma source de chaleur : le courant s'est équilibré entre toutes les diodes.

Voici mon interrogation : Y-a-t'il un équilibre thermique dans la diode ? Si c'est le cas, comment calculer ce phénomène ? ... Ou alors, est-ce une autre composante qui fait revenir à l'équilibre ma diode en parallèle ?

PS : j'ai trouvé quelqu'un qui s'intéresse de façon très très succinct à la question (fichier joint), mais en règle général, dans tous les cours et toutes les thèses que j'ai pu voir, tout le monde reste évasif sur ce problème...

Merci
-----

[DAUDET78]

Mettre des diodes en parallèle est une énorme bêtise ..... surtout des BAS716 et y faire passer 200mA ! le Vf n'est plus garantie
Reprenons le début :

• c'est quoi ton schéma d'utilisation, ton générateur de courant ?
• Pourquoi vouloir un courant inverse faible?
• Quel courant inverse maximum est tolérable (sous quelle tension) ?

Pour info, le courant de fuite passe de 5 à 80 nA entre 25° et 150°...... tu as intérêt à avoir une grosse diode froide !

[invite816490db]

re-bonjour,

Je vais faire passer à partir de mon générateur de courant de 200mA à 2A selon l'utilisation de la charge en aval... et je veux le courant de fuite le plus bas tout en ayant un bon compromis avec le temps de recouvrement par exemple... mais là n'est pas la vraie question...
En réalité, ce n'est pas forcément le fonctionnement de mon montage qui m'intéresse. Je ne vais pas vous mentir, la méthode que je conçois semble tout à fait brutale. Ce qui me turlupine, c'est le fait que l'on puisse mettre en parallèle des diodes (même si comme vous dites et comme j'ai pu le lire dans de nombreuses publications :

"Mettre des diodes en parallèle est une énorme bêtise"

Cependant, je l'ai testé avec la BAS716 et 1N4148 et rien ne saute ! Ainsi je pourrais obtenir une plus grande intensité tout en gardant le "faible" courant de fuite. Pourquoi n'y a t-il pas d'emballement vis-à-vis de la répartition des courants entre les 10 diodes en parallèles ?

[DAUDET78]

Cependant, je l'ai testé avec la BAS716 et 1N4148 et rien ne saute !

Et moi, je grille un stop tous les jours ! Et je n'ai jamais eu d'accident ...... moralité : on peut griller les stops .
Une expérimentation qui se situe en dehors de la spécification du constructeur montre simplement que l'échantillon que tu testes est bien meilleur que le minimum que garantie le fabricant . Mais peut être pas le suivant!

Ainsi je pourrais obtenir une plus grande intensité tout en gardant le "faible" courant de fuite.

C'est ce que j'appelle, faire un design Shadok . Ca tombe en marche de temps en temps. Tu n'iras pas loin en électronique avec cette mentalité !

Pourquoi n'y a t-il pas d'emballement vis-à-vis de la répartition des courants entre les 10 diodes en parallèles ?

La diode la plus performante prend plus de courant que les autres et sa température se stabilise (elle chauffe plus, donc meilleure évacuation des calories). Je serais curieux de faire une thermographie infrarouge de tes 10 diodes à 2A !

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite816490db]

Il y aurait une stabilisation en température de ma diode... Si je résume, plus un composant est chauffé, meilleur sera l'évacuation thermique ? Il n'y aura donc jamais d'emballement ? Pourrait-on calculer ce phénomène, ou tout du moins l'approximer ?

J'ai fait un petit schéma de la situation.. J'ai mis 10 diodes de façon arbitraire, mais pour mieux repartir les courants; on devrait en rajouter davantage pour diminuer le courant direct de chaque diode.

Auriez-vous une autre méthode pour avoir un faible courant de suite tout en ayant un courant direct assez grand ?

PS : (pour ce qui est du temps de recouvrement, je pourrais toujours placer en série (en amont) une diode schottky avec un très faible trr...)

PS2 : Design Shadok...? J'expérimente les soit-disant interdit et j'essaye de comprendre

Merci de votre réponse...

[DAUDET78]

Auriez-vous une autre méthode pour avoir un faible courant de suite tout en ayant un courant direct assez grand ?

Ma philosophie est de ne plus répondre aux questions quand on ne répond pas aux miennes

• c'est quoi ton schéma d'utilisation, ton générateur de courant ?
• Pourquoi vouloir un courant inverse faible?
• Quel courant inverse maximum est tolérable (sous quelle tension) ?

On va élucubrer des trucs dans le vide pendant 107 ans sans savoir à quoi ça sert ..... alors qu'une diode Schottky 4A serait peut être la solution

[Tropique]

Ce serait bien en effet d'avoir le contexte: en général, derrière toute demande de composant "magique", il y a un problème mal compris ou mal abordé, ou de la théorie mal digérée.

Dis-nous ce que tu veux, on te dira comment t'en passer.

Cette parenthèse refermée, la 1N4148 est un très mauvais choix: c'est une diode rapide, dopée à l'or, et qui a un courant de saturation important.
Il faut une diode haute tension, lente et la sélectionner, parce que la specification va donner une limite supérieure, très élevée.
Des diodes au SiC sont aussi une piste.
Sinon, la diode BC d'un transistor haute tension est aussi une option à explorer.

[Kissagogo27]

bonjour, l'autre détail auquel je pense c'est suite a votre pensée : une diode avec faible courant de fuite, c'est la caractéristique principale qui vous intéresse, mais la diode choisie ne tiens pas If , donc vous résolvez la situation avec 10 diodes en // , ce qui fait aussi 10 courants de fuite en // non ?

[invite816490db]

Bonjour,

bonjour, l'autre détail auquel je pense c'est suite a votre pensée : une diode avec faible courant de fuite, c'est la caractéristique principale qui vous intéresse, mais la diode choisie ne tiens pas If , donc vous résolvez la situation avec 10 diodes en // , ce qui fait aussi 10 courants de fuite en // non ?

C'est exactement ça !! J'ai un générateur de courant en entrée avec une plage de 100mA à 2A, et plutôt que de prendre une "grosse" diode avec un "gros" courant de fuite, je pendrais 10 diodes avec un faible courant de fuite que je placerais en // pour avoir Id (ou If) grand et le courant de fuite d'une seule diode (schéma en annexe).

D'un point de vue électrique, thermique ou peut être mécanique (je ne sais pas...), pourquoi les diodes se retrouvent-elles à l'équilibre malgré les perturbations opérées sur une seule diode ? Qu'est ce qui fait que ce montage n'est pas académique et peut conduire à des sois-disant "catastrophes" ?

[Tropique]

C'est exactement ça !! J'ai un générateur de courant en entrée avec une plage de 100mA à 2A, et plutôt que de prendre une "grosse" diode avec un "gros" courant de fuite, je pendrais 10 diodes avec un faible courant de fuite que je placerais en // pour avoir Id (ou If) grand et le courant de fuite d'une seule diode (schéma en annexe).

Et par quelle loi miraculeuse et providentielle les courants maximaux s'additionneraient, mais pas les courants de fuite? Dispense aux lois de Kirchoff?

[invite816490db]

Oui, effectivement le courant de fuite pourrait bien s'additionner aussi... Cela dit, l'addition de tous les courants de fuite ne devrait pas atteindre le courant de fuite d'une seule grosse diode laissant passer Id=2A..

[DAUDET78]

Cela dit, l'addition de tous les courants de fuite ne devrait pas atteindre le courant de fuite d'une seule grosse diode laissant passer Id=2A..

Si c'est toi qui le dit !

[Tropique]

Oui, effectivement le courant de fuite pourrait bien s'additionner aussi... Cela dit, l'addition de tous les courants de fuite ne devrait pas atteindre le courant de fuite d'une seule grosse diode laissant passer Id=2A..

Les courants de fuite au delà du courant de saturation (incompressible) sont causés par des effets de bord et des valeurs fixes, provenant des isolations du boitier p.ex.
Cela signifie qu'à technologie égale, n petites diodes auront plus de courant de fuite qu'une grosse diode de surface n.

[Antoane]

Bonjour,
sans intervenir sur la pertinence des diodes en parallèle, mais uniquement pour répondre à ta question initiale :

J'ai voulu en avoir le cœur net, j'ai branché 10 diodes en parallèle (avec une résistance de 1 ohm en série sur chacune d'entre elles), et à ma grande stupeur, l'explosion tant attendue n'est jamais arrivée. Au contraire, les courants se sont très bien équilibrés. J'ai ensuite chauffé une seule diode, celle-ci a laissée passer davantage de courant (et donc les 9 autres ont laissé passer moins de courant), puis lorsque j'ai retiré ma source de chaleur : le courant s'est équilibré entre toutes les diodes.

D'un point de vue électrique, thermique ou peut être mécanique (je ne sais pas...), pourquoi les diodes se retrouvent-elles à l'équilibre malgré les perturbations opérées sur une seule diode ? Qu'est ce qui fait que ce montage n'est pas académique et peut conduire à des sois-disant "catastrophes" ?

Le montage de diodes directement en parallèle n'est pas "académique". En revanche, le montage en parallèle d'ensembles série diodes+résistance est tout à fait possible.

D'où vient la différence ? On prend la modélisation d'une diode fem + résistance en série
dans le premier cas, une augmentation de 1°C engendre une diminution de la fem (d'environ 2,2mV), mais une conservation de la résistance série Rs, donc une augmentation du courant dans la diode d'environ 2,2mV/Rs
Dans le second cas, une augmentation de 1°C engendre une diminution de la fem (d'environ 2,2mV), mais une conservation de la résistance série Rs, donc une augmentation du courant dans la diode d'environ 2,2mV/(Rs+R), avec R la résistance que tu as ajouté en série.
L'augmentation du courant (donc de la puissance dissipée) est bien plus faible dans le second cas, il n'y a donc pas d’emballement.
Je ne me sens pas d'humeur à écrire des équations, mais il y a une valeur limite de résistance série : au-delà c'est stable, en deçà, c'est l’emballement thermique.

[biloux911]

Bonjour, désolé je ne viens pas répondre à la question mais je pense que regrouper les infos sur l'utilisation de plusieurs diodes n'est pas idiot.

L'autre jour Antoane tu affirmais :

on ne met jamais deux diodes en série sauf :
- avec des résistances d'équilibrage en parallèle de chaque diode,
ou - avec des diodes à avalanche.

Mais autant j'ai bien compris ton explication sur la mise en parallèle avec la résistance d'équilibrage, autant la mise en série je vois pas trop le problème. J'ai utilisé une triplette de diode en série pour chuter environ 2V. Pas de souci constaté à ce jour. Le courant dans la branche étant constant, même si la tension diffère légèrement entre 2 diodes, je vois pas ce que viennent faire tes résistances en parallèle de chaque diode. Mais je serais ravi que tu m'expliques ^^

[Antoane]

Mais autant j'ai bien compris ton explication sur la mise en parallèle avec la résistance d'équilibrage, autant la mise en série je vois pas trop le problème. J'ai utilisé une triplette de diode en série pour chuter environ 2V. Pas de souci constaté à ce jour. Le courant dans la branche étant constant, même si la tension diffère légèrement entre 2 diodes, je vois pas ce que viennent faire tes résistances en parallèle de chaque diode. Mais je serais ravi que tu m'expliques ^^

On me suit à la trace...
dans le sens passant, il n'y a en effet pas de problème pour mettre des diodes en série. C'est dans le sens bloquant que ça pose problème (ex : redresser du 2kV avec 3 diodes qui tiennent 1000V). En effet, les diodes ne sont pas parfaitement identiques, donc pour un courant inverse donné, la tension à leur borne ne sera pas la même. Comme le courant inverse est le même dans les toutes les diodes en série, la tension n'est pas parfaitement répartie (2kV/3) entre les diodes. Pour éviter ça, on met en parallèle de chaque diode une résistance. En faisant passer dans ces résistances un courant "grand" devant le courant inverse de chaque diode, on équilibre les tension (2kV/3 par diode).
Je pense qu'il n'y a aps de risque d'emballement thermique, mais d'avoir destension inverses mal réparties, donc des composants plus sollicités que d'autres, et au final ca crame.

PS : les diodes zener de faibles tension sont constituées de diodes classique mises en série (par exemple 3 diodes pour une zener de 2,1V), avec en parallèle une diode en inverse . Au final, elle n'ont de zener que le nom . ca explique d'ailleurs leurs piètres performances côté coeff de température et résistance dynamique.

[biloux911]

On me suit à la trace...

Vu la précision et l'intérêt de tes réponses ça vaut le coup C'est parfait !

[invite816490db]

Merci Antoane et merci à tout veux qui ont pris le temps de me donner un coup de main,

L'emballement ou la stabilité thermique des diodes dépend donc fortement de la résistance série!

PS : C'est vrai que si tu connais le cheminement pour arriver à la valeur limite de la résistance série, (dans le cadre où ça ne te prend pas trop de temps et d'énergie), je suis preneur et je t'en serais extrêmement reconnaissant..

[Antoane]

Soit un ensemble de p montage série identiques Diode+résistance câblés en parallèle. Un courant I0 traverse l'ensemble.
On va étudier les variations du courant I1 traversant l'un des montages DR (nommons-le DR1) en fonction de la température.
On suppose p suffisamment grand pour considérer le courant traversant chaque montage D-R (sauf DR1) comme constant pendant toute l'expérience. La chute de tension engendrée par le passage du courant I0/p dans chaque DRn (n!=1) est donc constante.
On s'intéresse donc à un montage série DR1 diode-résistance, alimenté par une source de tension V.

On exprime le courant traversant DR1 en fonction de la température T.
On en déduit la puissance dissipée par la diode en fonction de la température T.
On connait la puissance évacuée par la diode en fonction de la température T.

La puissance servant à chauffer la diode est la différence des deux précédentes.
On la dérive par rapport à la température.
On cherche la valeur de R telle que cette dérivée soit négative quelle que soit la valeur de T (la puissance de chauffe diminue quand la température augmente).
Et voilà.

Datasheet de la 1N4148 : http://www.nxp.com/documents/data_sh...148_1N4448.pdf
La fonction Lambert W (que je découvre tout juste ) : http://en.wikipedia.org/wiki/Lambert_W_function
L'équation de Shockley de la diode : http://en.wikipedia.org/wiki/Diode#S...diode_equation
Le calcul du courant dans une diode pour un montage DR alimenté en tension : http://en.wikipedia.org/wiki/Diode_m...ey_diode_model

Tant que c'est Maple qui calcule, pas de problème...

> restart;
> "Puissance dissipée par la diode :";
> PdD := n^2*Vt^2*LambertW(omega)*ln(Is*R/(n*Vt*LambertW(omega)))/R;
> Vt := k*T/q;
> omega := Is*R*exp(V/(n*Vt))/(n*Vt);
> V := R*I0/p+n*k*T0*ln(Is/(I0+Is))/q;
> "Puissance évacuée par la diode :";
> PeD := (T-T0)/RthD;
> "Delta puissance :";
> Delta(P):=PdD-PeD; 
> d[Delta](P):=diff(Delta(P),T);
> n := 1; k := 1.381*10^(-23); Is := 10^(-12); q := 1.602*10^(-19); p := 10; I0 := 2; RthD := 350;
> solve(dPdD < 0);

n= facteur de perfection de la diode
k= constante de Boltzman
Is= courant de saturation de la diode
q= charge élementaire
p= nombre de montages séries en parallèle
I0= courant à faire passer dans le circuit
RthD= Résistance thermique Jonction/ambiant de la diode.
T0=température des diodes Dn (n!=1)

En PJ les résultats.

Le problème c'est que ça ne marche pas... si quelqu'un voit l'erreur ? Dans le raisonnement ? l'application ?

[invite816490db]

Un Grand merci Antoane de t'être creusé la tête et d'avoir répondu..

J'ai regardé brièvement ton message hier soir, mais je vais maintenant regarder plus en détail ton cheminement, y compris la fonction Lambert que je ne connais absolument pas... Tes liens sont très pertinents et je vais également les regarder dans le détail.

De mon côté, j'ai tenté de faire une approximation sur Matlab... (je reste un grand amateur de Matlab, alors je m'excuse d'avance vis-à-vis des puristes )

function diode_vs_temp_1N4148

k = 1.38e-23;   n=1.906;  q = 1.6e-19;
t1c = 0 ;   t1 = 273.15 + t1c;
t2c = 10 ;  t2 = 273.15 + t2c;
t3c = 65 ;  t3 = 273.15 + t3c;
t4c = 75 ;  t4 = 273.15 + t4c; 
vt1 = (k*t1)/q; 
vt2 = (k*t2)/q;
vt3 = (k*t3)/q; 
vt4 = (k*t4)/q;

ks = 0.072;
Is1 = 4.352e-9;
Is2 = Is1*exp(ks*(t2-t1));
Is3 = Is1*exp(ks*(t3-t1));
Is4 = Is1*exp(ks*(t4-t1));

vd = 0:0.001:1.5;

I1 = Is1*(exp(q*vd/(n*k*t1)))
I2 = Is2*(exp(q*vd/(n*k*t2)))
I3 = Is3*(exp(q*vd/(n*k*t3)));
I4 = Is4*(exp(q*vd/(n*k*t4)));
rapI12 = I1./I2;
rapI34 = I3./I4;

subplot(221)
plot(vd,I1,'b',vd,I2,'r')
% axis auto;
axis([0.8,1.2,0,550])
xlabel('Tension Vd (V)')
ylabel('Courant Id (A)')
text(0.85,300,'rouge 10°C')
text(0.85,150,'bleu 0°C')

subplot(222)
plot(vd,rapI12,'b',vd,1,'r')
axis auto;
% axis([0,1,0,5])
xlabel('Tension Vd (V)')
ylabel('Rapport de courant')

subplot(223)
plot(vd,I3,'b',vd,I4,'r')
%axis auto;
axis([0.8,1.2,0,550])
xlabel('Tension Vd (V)')
ylabel('Courant Id (A)')
text(0.85,300,'rouge 75°C')
text(0.85,150,'bleu 65°C')

subplot(224)
plot(vd,rapI34,'b',vd,1,'r')
axis auto;
%axis([0,1,0,5])
title('Rapport : Id/2 tous les +10°C')
xlabel('Tension Vd (V)')
ylabel('Rapport de courant')

end

On obtient le visuel suivant :

visuel_matlab.jpg

J'explique brièvement ce que j'ai voulu faire :

J'ai voulu reprendre l'idée de l'image suivante :

Mise en parallèle de diode.JPG

J'ai voulu réalisé les caractéristiques des diodes (Id/Vd) selon la température (schéma 1 entre 0°C et 10°C et schéma 2 entre 65°C et 75°C). Cependant, je voulais absolument afficher les caractéristiques de la façon la plus fidèle possible.

(C'est en voulant être le plus fidèle qu'on a tendance à faire le plus d'erreur; Prennez cette phrase au sens propre et n'y voyez aucun sous-entendu !! )

Par conséquent, je pris les valeurs des diodes selon leurs modèles de simulation (fichiers joints en annexe pour 1N4148 et BAS716)

Pour le 1N4148,

*VRRM = 100V
*IFRM = 450 mA 
*trr  = 4ns

*Package: SOD 27


*Simulator: PSPICE

******************************************

.SUBCKT 1N4148 1 2 


R1 1 2 5.827E+9 
D1 1 2 1N4148
*
.MODEL 1N4148 D 
+ IS = 4.352E-9 
+ N = 1.906 
+ BV = 110 
+ IBV = 0.0001 
+ RS = 0.6458 
+ CJO = 7.048E-13 
+ VJ = 0.869 
+ M = 0.03 
+ FC = 0.5 
+ TT = 3.48E-9

On retrouve notamment le courant de fuite IS = 4.352E-9 et le coefficient du matériau N = 1.906 (toujours compris entre 1 et 2). On retrouve aussi RS (qui est surement la fameuse résistance dynamique) mais je l'ai pas intégré au calcul... D'ailleurs ça m'embête un peu de ne pas l'avoir intégré car je pense maintenant aussi que la valeur de RS doit jouer un rôle pour trouver le domaine de stabilité de la diode...

Si on reprend les graphiques, j'ai comparé 2 caractéristiques avec une différence de température de 10°C (car sur une tension Vd constante, le courant doublerait tous les 10°C). Les schémas de droite nous montrent ainsi le rapport des deux caractéristiques (avec 10°C de différence), on retrouve bien approximativement le rapport de x2 tous les 10°C (en bleu). J'ai rajouté une fonction constante (en rouge) à 1 pour nous dire à quelle tension Vd les deux caractéristiques (ac 10°C de différence) se croisent. Lorsque les courbes se croisent, il me semble qu'on passage du domaine d'emballement thermique au domaine de stabilité.

Cela peut paraître assez confus, et peut-être inexact, mais je croyais tenir une piste... à suivre (i don't know)...

Antoane, je vais plancher sur ta théorie et je te redit çà !

[polo974]

Comme ça en passant, il faudrait peut-être tenir compte du fait que la diode est plus ou moins bien "radiatorisée" (résistance thermique plus ou moins bonne)...

Des diodes collées sur un radiateur permet des R série plus faibles.

[Antoane]

Je pense aussi que le fait de ne pas tenir compte de la puissance thermique évacuée par la diode est une erreur. Selon ta méthode, les risque d'emballement sont les mêmes, que la puce soit calorifugée ou thermostatée...

Je ne sais pas à quoi correspond RS, mais je doute que ce soit la résistance dynamique, qui, il me semble, est la dérivée par rapport au courant de la tension Vf, et est donc prise dans l'équation de Shockley (je vais peut-être enfin réussir à retenir le nom de cette équation ). Ça pourrait être la résistance "statique", des contacts de la puce au PCB, mais 600mohm... c'est énorme.
Détail : Le courant Is est le courant de saturation, pas le courant inverse. Il est particulièrement élevé chez la 1N4148 qui est dopée à l'or.


PS : t'inquiète pas, on aura le fin mot de l'histoire : Tropique nous laisse chercher pendant une dizaine de post, puis vient apporter la solution. C'est ça, la méthode pédagogique !

[invite816490db]

Effectivement,

RS (dans le modèle PSPpice) est en réalité la résistance "Bulk" (de polarisation directe). C'est une résistance qui se trouve en série par rapport à la diode. Elle est en général autour de 1 ohm. Elle n'est pas très significative pour des faibles courants. En revanche, si le courant s’élève, elle semble réduire la tension aux bornes de la jonction PN. RS (ou Rb = RBulk) doit surement jouer dans l'équation finale mais je ne sais pas encore comment... ... ou pas...

Tu as raison aussi : Is est le courant de saturation inverse... j'ai un peu mélangé toutes les appellations..

Je continue toujours à plancher sur ton équation , tout en essayant d'autres petits trucs...

Encore un fois, merci de suivre ce petit problème...