Pourquoi une faible tension d'écrêtage ne garantit-elle pas une faible tension au composant ?

Parce que la pièce protégée voit l'écrêtage plus ce que développe l'inductance de boucle, et que lors d'une décharge électrostatique ce second terme domine. Une décharge au contact de 8 kV atteint environ 30 A en 0,8 nanoseconde environ, soit 37,5 ampères par nanoseconde. Aux bornes de 1 nH cela fait 37,5 V, et aux bornes de 5 nH 187,5 V. Une TVS spécifiée pour écrêter à 9 V délivre donc environ 46 V au composant avec une boucle serrée de 1 nH, et environ 196 V avec une boucle négligée de 5 nH. La fiche technique décrit le composant ; le routage décide du résultat.

DES et surtension sont-ils le même problème ?

Non, et les confondre explique pourquoi la protection est souvent posée au mauvais endroit. La décharge électrostatique est rapide et porte peu d'énergie : front de l'ordre de la nanoseconde, dizaines d'ampères, microjoules. La surtension est l'inverse : l'onde de courant 8/20 microsecondes monte en microsecondes et peut atteindre des centaines voire des milliers d'ampères. Leurs vitesses de variation diffèrent d'un facteur six cents environ : la DES est donc un problème d'inductance que résolvent le routage et un écrêteur rapide, tandis que la surtension est un problème d'énergie que résout un composant capable d'absorber des joules. Une pièce dimensionnée pour l'un convient rarement à l'autre.

Quelle différence entre TVS, varistance et éclateur à gaz ?

La vitesse, l'énergie et les fuites, à peu près en opposition. Une diode TVS écrête vite et serré, présente une faible capacité dans ses variantes pour lignes de signal, et encaisse le moins d'énergie. Une varistance à oxyde métallique absorbe bien plus d'énergie, écrête moins serré, et se dégrade cumulativement à chaque événement jusqu'à défaillir, souvent en court-circuit. Un éclateur à gaz encaisse le plus d'énergie des trois et n'ajoute presque aucune capacité, mais met des microsecondes à s'amorcer puis court-circuite quasiment à zéro volt, ce qui peut maintenir un circuit secteur en conduction après le passage du transitoire. Une protection secteur sérieuse les étage : éclateur ou varistance pour l'énergie, puis TVS pour ce qui passe.

Ou placer physiquement la protection ?

Au connecteur, avant que le transitoire n'atteigne quoi que ce soit d'autre, avec la boucle la plus courte possible entre la ligne protégée et la référence vers laquelle la surtension retourne. Une protection placée après un parcours de piste laisse cette piste jouer les antennes et injecte le transitoire dans tout ce qui partage la référence en chemin. La boucle qui compte inclut le chemin de retour : une TVS à broche de signal courte et via de masse long n'est pas une boucle serrée. C'est le même argument géométrique que dans le reste de la CEM : la surface enfermée décide de la tension.

Protection transitoire : TVS, varistance, éclateur

Auteur Hugues Orgitello Mis à jour le 30 août 2026 ~5 min de lecture

Guide, fondamentaux CEM

Un composant de protection se choisit sur une fiche technique et se fait battre par un routage. Le calcul ci-dessous montre une TVS spécifiée pour écrêter à 9 V délivrant près de 200 V à la pièce qu'elle devait protéger, uniquement à cause de la boucle dans laquelle elle se trouve. Cette page sépare les deux problèmes transitoires, qui appellent des réponses opposées, puis explique pourquoi la géométrie décide des deux.

Deux problèmes différents

La décharge électrostatique est rapide et presque sans énergie. La IEC 61000-4-2 décharge un condensateur de 150 pF au travers de 330 ohms, ce qui donne un courant montant en moins d'une nanoseconde et décroissant en quelques dizaines :

Niveau d'essai	Premier pic	di/dt pour un front de 0,8 ns
2 kV	7,5 A	9,4 A/ns
4 kV	15 A	18,8 A/ns
6 kV	22,5 A	28,1 A/ns
8 kV	30 A	37,5 A/ns

La surtension est l'inverse. La IEC 61000-4-5 emploie une onde de courant 8/20 microsecondes qui monte en microsecondes et peut atteindre des centaines ou des milliers d'ampères, portant des joules et non des microjoules.

Les vitesses de variation diffèrent d'environ six cents fois. Une surtension de 500 A montant en 8 microsecondes fait 0,0625 A/ns ; une DES à 8 kV fait 37,5 A/ns.

Ce seul rapport explique tout le partage. La DES est un problème d'inductance. La surtension est un problème d'énergie. Une pièce dimensionnée pour l'un convient rarement à l'autre.

Pourquoi la tension d'écrêtage n'est pas ce que voit le composant

La pièce protégée voit la tension d'écrêtage plus celle que développe l'inductance de boucle, V = L di/dt.

À 8 kV de DES, avec une TVS écrêtant à 9 V :

Inductance de boucle	L di/dt	Ce que voit réellement le composant
1 nH	37,5 V	46,5 V
3 nH	112,5 V	121,5 V
5 nH	187,5 V	196,5 V
10 nH	375 V	384 V

Un écrêtage à 9 V qui délivre 196 V. La fiche technique n'est pas fausse : elle décrit le composant, et le composant est une petite partie de ce que traverse le transitoire.

Pour une surtension, ces mêmes 5 nH ne développent que 0,31 V à 500 A, car le di/dt est six cents fois plus faible. Le terme inductif compte pour la DES et devient négligeable pour la surtension, ce qui fait de la protection DES un exercice de routage et de la protection surtension un exercice de dimensionnement.

Les trois familles de composants

	Diode TVS	Varistance (MOV)	Éclateur à gaz
Vitesse	La plus rapide	Rapide	La plus lente, microsecondes
Énergie	La plus faible	Élevée	La plus élevée
Écrêtage	Le plus serré	Lâche, monte avec le courant	Court-circuite vers zéro
Capacité	Faible en variante signal	Élevée	Très faible
Vieillissement	Négligeable	Se dégrade à chaque événement	Nombre d'amorçages limité

Les diodes TVS écrêtent vite et serré. Leurs variantes pour lignes de signal présentent une capacité assez faible pour ne pas perturber les liaisons rapides, ce qui compte car une protection sur une paire USB ou Ethernet ne doit pas gâter le signal qu'elle protège.

Les varistances absorbent bien plus d'énergie mais écrêtent lâche, et leur tension d'écrêtage monte avec le courant. Elles se dégradent cumulativement : chaque événement abaisse légèrement la tension d'amorçage, si bien qu'une MOV ayant encaissé des années de petites surtensions finit par conduire à la tension de service. Les varistances secteur sont donc fusibles ou protégées thermiquement, car l'état final est souvent un court-circuit.

Les éclateurs à gaz encaissent le plus d'énergie et n'ajoutent presque aucune capacité, mais mettent des microsecondes à s'amorcer : quelque chose d'autre doit survivre à l'intervalle. Une fois amorcés ils court-circuitent à quelques volts, ce qui sur un circuit secteur peut entretenir un courant de suite après la disparition du transitoire.

L'étagement, et l'élément série qui le fait fonctionner

Une protection sérieuse s'étage : éclateur ou varistance pour l'énergie, puis TVS pour le résidu rapide qui passe pendant que le premier étage s'amorce encore.

Cela ne fonctionne que s'il existe une impédance entre les étages. Deux écrêteurs en parallèle ne se partagent pas la charge : sans élément série, la TVS rapide et fragile voit tout le transitoire d'abord et défaille avant que le composant lent et robuste n'ait agi. Une petite résistance ou inductance série laisse la pièce amont encaisser l'énergie et développe la différence dont l'étage aval a besoin pour rester à l'écart.

L'élément série n'est pas un raffinement. Sans lui, un protecteur à deux étages est un protecteur à un étage doté d'un ornement coûteux.

Le routage décide du résultat

Trois règles, toutes conséquences du calcul ci-dessus.

Protéger au connecteur. Un transitoire autorisé à parcourir une piste avant d'être écrêté s'est déjà couplé à tout ce qui partage cette référence. Une protection placée après un parcours de carte protège le mauvais côté du problème.

Minimiser la boucle, retour compris. L'inductance qui compte est tout le trajet depuis la ligne protégée, au travers de l'écrêteur, jusqu'à la référence vers laquelle la surtension retourne. Une TVS à broche de signal courte et via de masse long n'est pas une boucle serrée. C'est le même argument que dans les chemins de retour : la surface enfermée décide de la tension.

Ne pas router ensemble les côtés protégé et non protégé. Une ligne propre longeant le côté sale du même connecteur récupère par capacité ce que l'écrêteur vient de retirer.

À retenir

DES et surtension sont des problèmes opposés. Leur di/dt diffère d'environ six cents fois : la DES est une affaire d'inductance, la surtension d'énergie.
La tension d'écrêtage n'est pas ce que voit le composant. À 8 kV, 5 nH de boucle ajoutent 187 V à un écrêtage de 9 V.
TVS, MOV et éclateur échangent vitesse, énergie et fuites, et les varistances se dégradent à chaque événement.
Une protection étagée exige un élément série, faute de quoi le composant rapide défaille avant l'amorçage du lent.
Protéger au connecteur, avec la plus petite boucle possible, chemin de retour compris.

Voir aussi

Sources & références

IEC 61000-4-2, essai d'immunité aux décharges électrostatiques , IEC webstore.iec.ch/publication/4189
IEC 61000-4-5, essai d'immunité aux ondes de choc , IEC webstore.iec.ch/publication/4223
IEC 61000-4-4, essai d'immunité aux transitoires électriques rapides en salves , IEC webstore.iec.ch/publication/4222
Henry W. Ott, Electromagnetic Compatibility Engineering (2009), Wiley , Wiley onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9780470508510

Questions fréquentes

Pourquoi une faible tension d'écrêtage ne garantit-elle pas une faible tension au composant ?: Parce que la pièce protégée voit l'écrêtage plus ce que développe l'inductance de boucle, et que lors d'une décharge électrostatique ce second terme domine. Une décharge au contact de 8 kV atteint environ 30 A en 0,8 nanoseconde environ, soit 37,5 ampères par nanoseconde. Aux bornes de 1 nH cela fait 37,5 V, et aux bornes de 5 nH 187,5 V. Une TVS spécifiée pour écrêter à 9 V délivre donc environ 46 V au composant avec une boucle serrée de 1 nH, et environ 196 V avec une boucle négligée de 5 nH. La fiche technique décrit le composant ; le routage décide du résultat.
DES et surtension sont-ils le même problème ?: Non, et les confondre explique pourquoi la protection est souvent posée au mauvais endroit. La décharge électrostatique est rapide et porte peu d'énergie : front de l'ordre de la nanoseconde, dizaines d'ampères, microjoules. La surtension est l'inverse : l'onde de courant 8/20 microsecondes monte en microsecondes et peut atteindre des centaines voire des milliers d'ampères. Leurs vitesses de variation diffèrent d'un facteur six cents environ : la DES est donc un problème d'inductance que résolvent le routage et un écrêteur rapide, tandis que la surtension est un problème d'énergie que résout un composant capable d'absorber des joules. Une pièce dimensionnée pour l'un convient rarement à l'autre.
Quelle différence entre TVS, varistance et éclateur à gaz ?: La vitesse, l'énergie et les fuites, à peu près en opposition. Une diode TVS écrête vite et serré, présente une faible capacité dans ses variantes pour lignes de signal, et encaisse le moins d'énergie. Une varistance à oxyde métallique absorbe bien plus d'énergie, écrête moins serré, et se dégrade cumulativement à chaque événement jusqu'à défaillir, souvent en court-circuit. Un éclateur à gaz encaisse le plus d'énergie des trois et n'ajoute presque aucune capacité, mais met des microsecondes à s'amorcer puis court-circuite quasiment à zéro volt, ce qui peut maintenir un circuit secteur en conduction après le passage du transitoire. Une protection secteur sérieuse les étage : éclateur ou varistance pour l'énergie, puis TVS pour ce qui passe.
Pourquoi faut-il un élément série entre les étages ?: Parce que deux écrêteurs en parallèle ne se partagent pas la charge. Sans impédance entre eux, le composant rapide et fragile voit le transitoire en premier et à plein courant, et défaille avant que le composant lent et robuste ne se soit amorcé. Une petite résistance ou inductance série laisse la pièce amont encaisser l'énergie et développe la différence de tension dont l'étage aval a besoin pour rester à l'écart. L'élément série n'est pas un détail de conception : sans lui, un protecteur étagé est un protecteur à un seul étage avec un ornement.
Ou placer physiquement la protection ?: Au connecteur, avant que le transitoire n'atteigne quoi que ce soit d'autre, avec la boucle la plus courte possible entre la ligne protégée et la référence vers laquelle la surtension retourne. Une protection placée après un parcours de piste laisse cette piste jouer les antennes et injecte le transitoire dans tout ce qui partage la référence en chemin. La boucle qui compte inclut le chemin de retour : une TVS à broche de signal courte et via de masse long n'est pas une boucle serrée. C'est le même argument géométrique que dans le reste de la CEM : la surface enfermée décide de la tension.