Certains composants électroniques développent des résistances plus faibles ou des tensions de déclenchement plus faibles (pour les résistances non linéaires) à mesure que leur température interne augmente. Si les conditions du circuit entraînent une augmentation marquée du débit de courant dans ces situations, une dissipation de puissance accrue peut augmenter encore la température par chauffage Joule. Un cercle vicieux ou un effet de rétroaction positive de l’emballement thermique peut provoquer une défaillance, parfois de manière spectaculaire (par exemple une explosion électrique ou un incendie). Pour éviter ces risques, des systèmes électroniques bien conçus intègrent généralement une protection de limitation de courant, tels que des fusibles thermiques, des disjoncteurs ou des limiteurs de courant PTC.

Pour gérer des courants plus importants, les concepteurs de circuits peuvent connecter plusieurs dispositifs de faible capacité (par exemple des transistors, des diodes ou des MOVs) en parallèle. Cette technique peut bien fonctionner, mais elle est sensible à un phénomène appelé monopolisation du courant, dans lequel le courant n’est pas partagé de manière égale entre tous les appareils. En règle générale, un appareil peut avoir une résistance légèrement inférieure, et aspire ainsi plus de courant, le chauffant plus que ses appareils frères, entraînant une baisse supplémentaire de sa résistance. La charge électrique finit par être canalisée en un seul appareil, qui tombe alors rapidement en panne. Ainsi, un ensemble de dispositifs peut ne pas être plus robuste que son composant le plus faible.

L’effet de monopolisation du courant peut être réduit en adaptant soigneusement les caractéristiques de chaque dispositif en parallèle, ou en utilisant d’autres techniques de conception pour équilibrer la charge électrique. Cependant, le maintien de l’équilibre de charge dans des conditions extrêmes peut ne pas être simple. Les appareils avec un coefficient de température positif intrinsèque (PTC) de résistance électrique sont moins sujets à l’emballement du courant, mais un emballement thermique peut toujours se produire en raison d’une mauvaise dissipation de la chaleur ou d’autres problèmes.

De nombreux circuits électroniques contiennent des dispositions spéciales pour éviter l’emballement thermique. Ceci est le plus souvent vu dans les arrangements de polarisation de transistors pour des étages de sortie à haute puissance. Cependant, lorsque l’équipement est utilisé au-dessus de sa température ambiante prévue, un emballement thermique peut encore se produire dans certains cas. Cela provoque parfois des pannes d’équipement dans des environnements chauds ou lorsque les évents de refroidissement de l’air sont bloqués.

SemiconducteurSdit

Le silicium présente un profil particulier, en ce sens que sa résistance électrique augmente avec la température jusqu’à environ 160 ° C, puis commence à diminuer et diminue encore lorsque le point de fusion est atteint. Cela peut entraîner des phénomènes d’emballement thermique dans les régions internes de la jonction semi-conductrice; la résistance diminue dans les régions qui deviennent chauffées au-delà de ce seuil, permettant à plus de courant de circuler dans les régions surchauffées, provoquant à son tour encore plus de chauffage par rapport aux régions environnantes, ce qui entraîne une augmentation supplémentaire de la température et une diminution de la résistance. Cela conduit au phénomène d’encombrement du courant et à la formation de filaments de courant (similaire à l’encombrement du courant, mais dans un seul dispositif), et est l’une des causes sous-jacentes de nombreuses défaillances de jonctions de semi-conducteurs.

Transistors à jonction bipolaire (BJT)Edit

Le courant de fuite augmente considérablement dans les transistors bipolaires (en particulier les transistors bipolaires à base de germanium) à mesure qu’ils augmentent en température. Selon la conception du circuit, cette augmentation du courant de fuite peut augmenter le courant traversant un transistor et donc la dissipation de puissance, entraînant une augmentation supplémentaire du courant de fuite collecteur-émetteur. Ceci est fréquemment observé dans un étage push-pull d’un amplificateur de classe AB. Si les transistors pull-up et pull-down sont polarisés pour avoir une distorsion de croisement minimale à température ambiante et que la polarisation n’est pas compensée en température, alors à mesure que la température augmente, les deux transistors seront de plus en plus polarisés, ce qui entraînera une augmentation supplémentaire du courant et de la puissance, et finira par détruire un ou les deux dispositifs.

Une règle empirique pour éviter l’emballement thermique consiste à maintenir le point de fonctionnement d’un BJT de sorte que Vce ≤ 1 / 2Vcc

Une autre pratique consiste à monter un transistor de détection de rétroaction thermique ou un autre dispositif sur le dissipateur de chaleur, pour contrôler la tension de polarisation de croisement. Au fur et à mesure que les transistors de sortie chauffent, le transistor de rétroaction thermique le fait également. Cela provoque à son tour la mise sous tension du transistor de rétroaction thermique à une tension légèrement inférieure, réduisant ainsi la tension de polarisation de croisement et réduisant ainsi la chaleur dissipée par les transistors de sortie.

Si plusieurs transistors BJT sont connectés en parallèle (ce qui est typique dans les applications à courant élevé), un problème de monopolisation du courant peut survenir. Des mesures spéciales doivent être prises pour contrôler cette vulnérabilité caractéristique des BJT.

Dans les transistors de puissance (qui sont effectivement constitués de nombreux petits transistors en parallèle), un embâcle de courant peut se produire entre différentes parties du transistor lui-même, une partie du transistor devenant plus chaude que les autres. Ceci est appelé deuxième claquage, et peut entraîner la destruction du transistor même lorsque la température moyenne de jonction semble être à un niveau sûr.

MOSFETS de puissance

Les MOSFETs de puissance augmentent généralement leur résistance à la marche avec la température. Dans certaines circonstances, la puissance dissipée dans cette résistance provoque un échauffement plus important de la jonction, ce qui augmente encore la température de jonction, dans une boucle de rétroaction positive. En conséquence, les MOSFET de puissance ont des régions de fonctionnement stables et instables. Cependant, l’augmentation de la résistance à la marche avec la température aide à équilibrer le courant sur plusieurs MOSFET connectés en parallèle, de sorte que le monopolisation du courant ne se produit pas. Si un transistor MOSFET produit plus de chaleur que le dissipateur thermique ne peut en dissiper, un emballement thermique peut tout de même détruire les transistors. Ce problème peut être atténué dans une certaine mesure en abaissant la résistance thermique entre la matrice du transistor et le dissipateur thermique. Voir aussi Puissance de conception thermique.

Varistances à oxyde métallique (MOVs)Edit

Les varistances à oxyde métallique développent généralement une résistance inférieure à mesure qu’elles chauffent. S’il est connecté directement sur un bus d’alimentation CA ou CC (une utilisation courante pour la protection contre les transitoires électriques), un mouvement qui a développé une tension de déclenchement abaissée peut glisser dans un emballement thermique catastrophique, pouvant aboutir à une petite explosion ou un incendie. Pour éviter cette possibilité, le courant de défaut est généralement limité par un fusible thermique, un disjoncteur ou un autre dispositif de limitation de courant.

Condensateurs au tantaldit

Les condensateurs au tantale sont, dans certaines conditions, sujets à l’autodestruction par emballement thermique. Le condensateur se compose généralement d’une éponge de tantale frittée servant d’anode, d’une cathode de dioxyde de manganèse et d’une couche diélectrique de pentoxyde de tantale créée sur la surface de l’éponge de tantale par anodisation. Il peut arriver que la couche d’oxyde de tantale présente des points faibles qui subissent un claquage diélectrique lors d’un pic de tension. L’éponge de tantale entre alors en contact direct avec le dioxyde de manganèse, et un courant de fuite accru provoque un chauffage localisé; généralement, cela entraîne une réaction chimique endothermique qui produit de l’oxyde de manganèse (III) et régénère (auto-guérit) la couche diélectrique d’oxyde de tantale.

Cependant, si l’énergie dissipée au point de défaillance est suffisamment élevée, une réaction exothermique auto-entretenue peut commencer, similaire à la réaction de thermite, avec du tantale métallique comme combustible et du dioxyde de manganèse comme oxydant. Cette réaction indésirable détruira le condensateur, produisant de la fumée et éventuellement de la flamme.

Par conséquent, les condensateurs au tantale peuvent être librement déployés dans les circuits à petits signaux, mais leur application dans les circuits à haute puissance doit être soigneusement conçue pour éviter les défaillances thermiques.

Logique numériquedit

Le courant de fuite des transistors à commutation logique augmente avec la température. Dans de rares cas, cela peut entraîner un emballement thermique dans les circuits numériques. Ce n’est pas un problème courant, car les courants de fuite représentent généralement une petite partie de la consommation d’énergie globale, de sorte que l’augmentation de la puissance est assez modeste — pour un Athlon 64, la dissipation de puissance augmente d’environ 10% tous les 30 degrés Celsius. Pour un appareil avec un TDP de 100 W, pour que l’emballement thermique se produise, le dissipateur thermique devrait avoir une résistivité thermique supérieure à 3 K / W (kelvins par watt), ce qui est environ 6 fois pire qu’un dissipateur thermique Athlon 64 de série. (Un dissipateur thermique Athlon 64 d’origine est évalué à 0.34 K / W, bien que la résistance thermique réelle à l’environnement soit un peu plus élevée, en raison de la limite thermique entre le processeur et le dissipateur thermique, de la hausse des températures dans le boîtier et d’autres résistances thermiques.) Quoi qu’il en soit, un dissipateur de chaleur inadéquat avec une résistance thermique de plus de 0,5 à 1 K/W entraînerait la destruction d’un appareil de 100 W même sans effets d’emballement thermique.

BatteriesEdit

Lorsqu’elles sont mal manipulées ou fabriquées de manière défectueuse, certaines batteries rechargeables peuvent subir un emballement thermique entraînant une surchauffe. Les cellules scellées exploseront parfois violemment si les évents de sécurité sont débordés ou non fonctionnels. Les batteries lithium-ion sont particulièrement sujettes à l’emballement thermique, notamment sous la forme d’une batterie au lithium polymère. Des rapports d’explosion de téléphones portables apparaissent parfois dans les journaux. En 2006, des batteries d’Apple, HP, Toshiba, Lenovo, Dell et d’autres fabricants d’ordinateurs portables ont été rappelées en raison d’incendies et d’explosions. La Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration (PHMSA) des États-Unis. Le ministère des Transports a établi des règlements concernant le transport de certains types de batteries dans les avions en raison de leur instabilité dans certaines situations. Cette action a été partiellement inspirée par un incendie dans la soute d’un avion UPS.L’une des solutions possibles consiste à utiliser des matériaux anodiques (titanates de lithium) et cathodiques (phosphate de fer de lithium) plus sûrs et moins réactifs — évitant ainsi les électrodes de cobalt dans de nombreuses piles rechargeables au lithium — ainsi que des électrolytes ininflammables à base de liquides ioniques.