Circuits Snubber : Maîtriser les pics de tension en électronique de commutation

Le problème : Retour inductif & Oscillations parasites

Lorsqu'un interrupteur (MOSFET, BJT, relais, thyristor) interrompt le courant dans une charge inductive (moteur, électrovanne, bobine relais, primaire transformateur), le champ magnétique qui s'effondre force le courant à continuer. Avec l'interrupteur qui s'ouvre, la tension aux bornes de l'interrupteur s'envole (V = -L di/dt) jusqu'à ce que quelque chose claque — souvent l'interrupteur lui-même. L'inductance parasite des pistes PCB et câblage cause des oscillations similaires sur fronts rapides.

La solution : Le réseau Snubber

Un snubber est un réseau passif (généralement RC ou RCD) placé aux bornes de l'interrupteur ou de la charge inductive pour absorber l'énergie transitoire et amortir les oscillations, protégeant le semi-conducteur et réduisant les CEM.

Le plus courant : Snubber RC (Aux bornes de l'interrupteur)

Composants : Résistance série (R_s) + Condensateur (C_s)

Fonctionnement :

1. Interrupteur s'ouvre → Courant inductif dévié vers C_s.
2. C_s se charge, limitant dv/dt et tension de crête aux bornes de l'interrupteur.
3. R_s amortit la résonance LC (C_oss interrupteur + L parasite + C_s), empêchant les oscillations.
4. Énergie stockée dans C_s dissipée dans R_s au cycle d'allumage suivant.

Équations de dimensionnement (Points de départ empiriques)

• C_s : ≥ 2–10 × C_oss (capacité de sortie interrupteur) ou ≥ L_fuite / (R_charge)². Typique : 10 nF – 1 µF.
• R_s : ≈ √(L_fuite / C_s) pour amortissement critique. Typique : 10–100 Ω.
• Puissance R_s : P ≈ C_s × V_crête² × f_commutation. Souvent 1–5 W.

Topologies alternatives

Type	Placement	Idéal pour	Avantages / Inconvénients
RC aux bornes interrupteur	Bornes interrupteur	Usage général, MOSFET/IGBT arrêt	Simple ; R dissipe énergie chaque cycle
RC aux bornes charge	Bornes moteur/bobine	Contacts relais, triacs, contacteurs	Protège contacts ; ne charge pas driver interrupteur
RCD Clamp (Diode + RC)	Interrupteur vers Bus CC	Convertisseurs Flyback, Forward (clamp pic fuite)	Récupère énergie vers bus ; plus complexe
Diode seule (Roue libre)	Aux bornes bobine CC	Relais, électrovannes, moteurs CC (interrupteur côté bas)	Coût nul ; ralentit relâchement relais (ajouter Zener/R pour vitesse)
Varistance (MOV) / TVS	Aux bornes interrupteur/charge	Protection surtensions, événements haute énergie uniques	Clamp dur ; se dégrade dans le temps ; pas pour commutation répétitive

Compromis clés de conception

• Pertes vs Protection : C_s plus grand = meilleur clamp mais plus de dissipation dans R_s.
• Contrainte à l'allumage : C_s se décharge à travers l'interrupteur à l'allumage → pic de courant élevé. R_s limite cela.
• CEM : Un bon snubbing réduit drastiquement émissions conduites & rayonnées (dV/dt, dI/dt).

Applications

• Alimentations à découpage (SMPS), variateurs moteurs (VFD), bobines allumage, suppression relais/contacteurs, ballasts éclairage, électronique automobile.

Un snubber bien conçu fait la différence entre un produit fiable et des défaillances terrain.