Fonctions principales et principe de fonctionnement

UN diode TVS (suppresseur de tension transitoire) est un composant de protection essentiel dans un système de gestion de batterie (BMS). Sa fonction principale est suppression de la tension transitoire .

Lorsque des impulsions de haute tension soudaines se produisent dans le circuit, provoquées par des facteurs externes ou internes (voir ci-dessous), la diode TVS peut passer d'un état de haute impédance à un état de basse impédance. en quelques nanosecondes Il dévie le courant excédentaire vers la terre et limite la tension à un niveau sûr, protégeant ainsi efficacement les composants électroniques sensibles.

Les composants protégés dans un système de gestion technique du bâtiment (GTB) comprennent généralement :

• Puces MCU de contrôle principal et AFE

• Circuits intégrés d'interface de communication (tels que les émetteurs-récepteurs CAN ou RS485)

• ports d'entrée ADC des circuits d'échantillonnage de tension et de courant

États de fonctionnement d'une diode TVS :

• Fonctionnement normal : Impédance élevée, courant de fuite extrêmement faible, aucun impact sur le circuit

• Conditions anormales : Réponse rapide lorsque la tension dépasse le seuil de claquage — beaucoup plus rapide que les MOV (varistances à oxyde métallique) ou les tubes à décharge gazeuse (GDT)

Applications typiques des diodes TVS dans un BMS

Dans un BMS de batterie au lithium, les diodes TVS sont principalement déployées aux « points d'entrée » clés qui sont très sensibles aux surtensions et aux perturbations transitoires :

1. Lignes de détection de la tension de la batterie

• Emplacement: Entre les cellules de la batterie et la puce de surveillance BMS (AFE)

• Risque: Les longs câbles peuvent engendrer des pics de tension induits, notamment lors de la commutation d'un moteur ou d'un contacteur.

• Fonction: Protège les broches d'entrée analogiques AFE contre les dommages causés par les surtensions.

2. Communication et interfaces externes

• Emplacement: Bus CAN, RS485, UART et autres lignes de communication

• Risque: Les longs câbles sont sujets aux interférences électromagnétiques (EMI) et aux décharges électrostatiques (ESD).

• Fonction: Protège les émetteurs-récepteurs de communication et assure une transmission de données stable

3. Entrées d'alimentation externe

• Emplacement: Entrée d'alimentation auxiliaire 12 V / 24 V du BMS

• Risque: Les décharges de charge dans les environnements automobiles ou industriels peuvent générer des pics de tension extrêmement élevés.

• Fonction: Stabilise la tension d'entrée et protège les convertisseurs CC-CC en aval ainsi que le microcontrôleur.

4. Bobines d'entraînement du relais/contacteur

• Emplacement: Connectés en parallèle aux bobines du relais principal ou du relais de précharge commandées par le BMS

• Risque: Une force électromotrice inverse (FEM) élevée est générée lorsque la bobine est mise hors tension.

• Fonction: Absorbe la surtension induite et protège les transistors de commande internes ou les MOSFET.

Principales menaces auxquelles sont confrontées les diodes TVS

Les diodes TVS sont conçues pour contrer trois menaces électriques courantes :

Comment choisir la diode TVS adaptée à un BMS (paramètres clés)

Le choix approprié des diodes TVS est essentiel pour une protection efficace. Les paramètres suivants doivent être soigneusement adaptés au circuit protégé :

• Tension inverse de blocage (Vr) :
  La tension maximale admissible par la diode TVS en fonctionnement normal doit être supérieure à la tension de fonctionnement maximale du réseau (par exemple, 15 V ou 18 V pour une diode TVS dans un système 12 V).

• Tension de blocage (Vc) :
  La tension maximale aux bornes de la diode TVS lors d'une surtension. Cette valeur doit être inférieure à la tension maximale admissible absolue des broches du circuit intégré protégé ; c'est la clé d'une protection efficace.

• Puissance d'impulsion maximale :
  La puissance transitoire maximale que la diode TVS peut absorber (par exemple, 600 W, 1500 W), sélectionnée en fonction des niveaux d'énergie de surtension prévus.

• Capacité de jonction :
  C’est particulièrement important pour les lignes de données et de communication telles que le CAN. Les signaux à haut débit nécessitent des diodes TVS à faible capacité (généralement < 50 pF, et même < 3 pF pour les applications à haut débit) afin d’éviter toute distorsion du signal.

Conclusion

Dans un BMS de batterie au lithium, la diode TVS est une véritable « Garde du corps dans l’ombre. »
En conditions normales, il passe inaperçu. Mais dès qu'une surtension survient, il réagit instantanément, absorbant l'énergie dangereuse et protégeant les composants électroniques critiques.

Les diodes TVS sont des composant de protection clé qui garantit la stabilité et la fiabilité à long terme du BMS dans des environnements électromagnétiques complexes, prévenant ainsi les pannes inattendues et les dommages coûteux.