Une varistance est un élément qui protège contre les surtensions possibles d’un réseau électrique ou d’une alimentation. Les semi conducteurs des alimentations sont en effet très vulnérables aux surtensions. Même de brèves impulsions ou ondes de choc peuvent détruire bien des composants : transistors, pont de diodes, etc.

Le rôle des varistances est donc de protéger contre les surtensions. Quelles sont les caractéristiques d’une varistance ?

Symbole de la varistance

Le symbole s’appuie sur une résistance (dipôle) à laquelle est ajoutée une ligne brisée à 2 segments qui évoque la non linéarité de la courbe I/U d’une varistance.

La varistance, ou varistor, est un abrégé de Variable resistor. Une autre abréviation anglaise est VDR (voltage dependent resistor).

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Symbole de la varistance

Ne pas confondre la varistance avec la thermistance NTC (negative temperature coefficient).

Caractéristique électrique de la varistance

La caractéristique d’une varistance peut être résumée par la relation :

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Courant en fonction de la tension pour une varistance

La valeur de α (alpha) traduit la non linéarité de la varistance. Plus α (alpha) est grand, et plus la courbe I/U sera anguleuse : il existe une tension de seuil à laquelle la varistance passe de l’état bloqué à l’état passant. Le temps de réponse peut être de l’ordre de 25ns, ce qui rend les varistances très performantes pour supprimer les surtensions transitoires.

Typiquement, α (alpha) est compris entre 30 et 40.

Microstructure et principe physique de la varistance

Beaucoup de varistances sont constituées d’oxyde de zinc mélangé à d’autres oxydes métalliques, ce qui constitue une céramique polycristalline dont la résistance varie énormément avec la tension : c’est l’effet varistance !

Le mécanisme de conduction de la varistance (simplifié) figure ci dessous :

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Mécanisme de conduction (simplifié) de la varistance

Les grains d’oxyde de zinc eux-mêmes sont conducteurs et le liant entre les grains est isolant. L’accolement de 2 grains d’oxyde de zinc produit une « micro varistance » comparable à une diode zener symétrique de 3,5V. Le comportement électrique de la varistance résulte du nombre de micro varistances connectées en série ou en parallèle.

– Une épaisseur double de céramique entraîne un nombre double de microvaristances en série, d’où une tension de seuil double pour la varistance.

– Une surface double de céramique entraîne un nombre double de micro varistances en parallèle, d’où un courant admissible double.

– Un volume double entraîne une énergie admissible double.

L’association série – parallèle des micro varistances individuelles explique pourquoi une varistance supporte beaucoup plus d’énergie qu’un semi conducteur. Tandis que la puissance est dissipée uniquement dans la jonction PN d’un semi conducteur, la puissance est répartie dans toutes les microvaristances d’une varistance, donc uniformément dans le volume de la varistance. Chaque micro varistance est en contact thermique avec ses voisines. Cela optimise l’absorption d’énergie et par là même des pointes de courants exceptionnelles.

Taille des grains d’une varistance

Pour pouvoir avoir des tensions très différentes (10V à 1000V), la taille des grains n’est pas la même pour des varistances 10V que pour des 1000V.

Les varistances de faible tension (<40V) ne supportent pas des courants aussi élevés que les autres varistances. Une transition assez nette a lieu entre 40V et 50V :

Comparaison entre deux modèles de varistances SIOV

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Modèles de varistances 40V et 50V avec leurs courants crête admissibles

Construction des varistances

– Varistances disque

Le disque de varistance est connecté par deux brins de cuivre étamé (pattes) et ensuite, l’ensemble est recouvert de résine époxy.

– Varistances capotées

Le but est de contenir toute explosion du composant.

Conclusion sur la varistance

La varistance se comporte comme une diode zener symétrique qui écrête les surtensions au delà d’une tension de seuil. Les pointes de courant supportées par une varistance sont très supérieures à un semi conducteur, zener ou transil.