Circuits de protection contre les surintensités qui font mieux que les fusibles

3 mars 2026

Les fusibles passifs sont couramment utilisés dans les systèmes électroniques pour fondre en cas de surintensité. Cela empêche l’énergie excédentaire de circuler dans le système, mais ils sont souvent imprécis et insuffisants pour protéger à eux seuls un système réel.

Cet article explique pourquoi les fusibles sont limités par nature et présente plusieurs topologies de circuits, à fabriquer soi-même ou à acheter, qui offrent une protection contre les surintensités plus précise.

Note : Les schémas présentés ici illustrent des architectures fondamentales et ne visent aucune application en particulier. Une personne techniquement qualifiée devrait toujours tester le produit final pour en établir l’aptitude à toute application critique pour la sécurité ou à fort enjeu.

Pourquoi les fusibles sont-ils souvent insuffisants ?

Pour protéger efficacement votre circuit, vous devez d’abord déterminer si le problème est un excès de tension ou un excès de courant.

Beaucoup d’appareils électroniques modernes utilisent des MOSFET discrets ou des architectures CMOS intégrées. Leurs fragiles structures d’oxyde de grille claquent donc facilement sous une tension excessive, bien plus vite qu’un dispositif de limitation de courant ne pourrait réagir. Dans ce cas, lisez notre article sur les circuits de protection continue contre les surtensions.

Un fusible est un élément résistif dimensionné pour fondre au-delà d’un certain courant de service, et sous sa tension nominale maximale. Il ne limite en rien la tension appliquée au circuit. Il exige aussi un temps minimal de dépassement du courant avant de pouvoir interrompre (c’est ce qu’on appelle la valeur I2t). Voici une courbe typique du temps de fusion en fonction du courant, pour un fusible d’usage général :

Ce fusible en particulier est calibré à 3,5 A. À ce courant, il peut mettre plus de 4 heures à fondre. Même au double du courant nominal, il prend encore jusqu’à 5 secondes. Les fusibles ne sont donc pas des dispositifs de précision : ils ne protègent que contre les pires scénarios.

Techniques de protection contre les surintensités abordées

Les mécanismes de protection contre les surintensités se divisent en gros en 3 catégories : les dispositifs sacrificiels, les limiteurs passifs réarmables et les méthodes d’interruption active. Comme les dispositifs sacrificiels reposent tous sur un élément fusible, cet article ne traite que des dispositifs les plus courants des deux dernières catégories. Ces dispositifs sont :

Limiteurs passifs réarmables :

1. Fusibles PTC polymères
2. Disjoncteurs thermomagnétiques

Techniques d’interruption active :

1. Crowbar à SCR
2. Disjoncteurs électroniques à semi-conducteurs (e-Fuse / interrupteur de charge)
3. Limiteurs de courant actifs
4. Fusibles pyrotechniques

Limiteurs passifs réarmables

Les limiteurs passifs réarmables coupent un courant excessif, puis rétablissent le fonctionnement d’eux-mêmes ou avec une intervention minimale. On les retrouve donc souvent là où l’élimination d’une surintensité fait partie du fonctionnement normal et ne devrait pas mener à un entretien.

Fusibles à coefficient de température positif polymère (PPTC/PTC)

Le fusible PPTC est le plus simple des limiteurs passifs réarmables. Il ajoute une résistance série importante dans le chemin du courant à mesure qu’il s’échauffe. Une fiche technique typique précise :

1. Courant de maintien : courant maximal que le dispositif laisse passer sans interruption.
2. Courant de déclenchement : courant minimal qui active le fusible de façon fiable, dans des conditions d’essai précisées.
3. Résistances de déclenchement min., max. et 1max : la résistance minimale et maximale du dispositif en conditions normales de fonctionnement, et la résistance maximale du dispositif 1 heure après son déclenchement.
4. Tension nominale : la chute de tension maximale qui peut être présente aux bornes du dispositif sans provoquer un mode de défaillance lié à la tension.
5. Température d’activation : température que le fusible doit atteindre pour s’activer de façon significative.

Avantages de la technologie PPTC :

• Réarmement automatique, utile là où les défauts sont censés être temporaires, où le remplacement est peu commode et où une coupure franche n’est pas strictement nécessaire. Par exemple, la protection contre le rotor bloqué d’un moteur à courant continu.
• Limitation du courant plutôt qu’interruption, ce qui réduit progressivement la vitesse de variation du courant. C’est utile dans les systèmes très inductifs (des moteurs, par exemple), où la coupure rapide d’un fusible classique provoque d’importantes pointes de tension sur le bus à cause du retour inductif.
• Passif et bon marché ! Il suffit de trouver la bonne pièce et de la mettre en série avec votre circuit. Offert dans une multitude de boîtiers traversants ou CMS, pour quelques cents.

Inconvénients :

• Le courant de fuite subsiste, et il n’est pas toujours sans danger : dans la protection d’une batterie au lithium, par exemple, un courant de fuite persistant peut tuer la batterie en déchargeant la cellule au-delà de sa limite à travers le défaut.
• Le temps de réponse est lent par rapport aux techniques actives : il est gouverné par la thermique, donc le retard est inhérent. Les temps de réponse annoncés par les fabricants vont de quelques secondes à une dizaine de secondes.
• Sensibilité à la température ambiante : le courant de déclenchement effectif varie selon l’environnement de fonctionnement. Un dispositif calibré à 500 mA peut déclencher à 400 mA dans un boîtier chaud, ce qui complique la conception.
• Temps de réarmement : le dispositif doit refroidir avant de se réarmer.
• Résistance série plus élevée qu’un fusible ordinaire en conditions normales : un fusible cartouche 5×20 mm typique calibré à 5 A présente une résistance série de 5 à 15 milliohms, selon le temps de réponse visé. Un fusible PTC 5 A typique, lui, affiche de 15 à 34 milliohms d’ESR en conditions normales de fonctionnement.

Disjoncteurs thermomagnétiques

Les disjoncteurs thermomagnétiques n’emploient aucune électronique active et sont une merveille d’ingénierie. Ils combinent dilatation thermique et induction magnétique pour détecter les surintensités :

• Élément thermique (bilame) : un métal à forte dilatation (laiton ou alliage nickel-chrome) est lié à un métal à faible dilatation (souvent de l’Invar) pour former une jauge thermique qui se courbe quand la température monte. Quand la lame se déplace assez sous l’effet de son propre échauffement, un mécanisme à action brusque fait déclencher le disjoncteur.
• Élément magnétique (solénoïde) : une bobine qui produit un champ magnétique proportionnel au courant. Lors d’un court-circuit soudain et sévère, le champ devient assez fort pour tirer instantanément sur le mécanisme de déclenchement, bien plus vite que l’élément thermique ne le pourrait.

Ensemble, ils protègent à la fois contre les surcharges lentes et les défauts instantanés.

Voici un démontage et une explication en profondeur sur YouTube, par Controls and Automation !

Avantages des disjoncteurs thermomagnétiques :

• Protection à double mode : protection lente contre la surcharge et coupure rapide en court-circuit.
• Aucune dépendance à l’électronique ! Ce ne sont que des pièces de métal et de plastique astucieusement conçues.
• Aucune alimentation externe n’est requise.
• Les courbes de déclenchement sont connues et les pouvoirs de coupure sont élevés.

Inconvénients :

• Lent en surintensité modérée. Une surcharge de 150 % peut mettre plusieurs secondes à déclencher.
• Performances variables avec la température ambiante en faible surintensité, puisque la partie thermique du disjoncteur en est affectée.
• Point de fonctionnement fixe, non réglable dynamiquement.

Techniques d’interruption active

Les circuits d’interruption active sont conçus pour couper le courant le plus vite possible. On les emploie là où la vitesse est critique, ou quand le système exige une coupure précise et pilotable.

Circuit crowbar à SCR

Le crowbar est un grand classique de la protection contre les surtensions, mais il peut aussi être déclenché par une surintensité ! Le schéma ci-dessous utilise un comparateur pour mesurer la chute de tension aux bornes d’une résistance de mesure et la comparer à une référence calculée :

Un régulateur shunt Zener TL431 crée une référence fixe de 2,5 V, ensuite divisée pour obtenir le seuil de déclenchement. Quand la tension aux bornes de la résistance de mesure côté bas dépasse ce seuil, la sortie du comparateur passe au niveau haut et amorce le SCR, qui court-circuite le fusible.

Avantages du crowbar de protection contre les surintensités :

• Pouvoir de coupure élevé, fixé par le calibre du fusible.
• Fonctionnement à un coup, avec verrouillage une fois déclenché.

Inconvénients :

• L’alimentation doit être assez forte pour faire fondre le fusible qu’elle court-circuite. S’il y a déjà une limitation de courant, ou si la source est une batterie faible, la surintensité peut persister.
• Sensible : de brèves pointes de courant suffisent à le déclencher.
• Ne convient pas aux surintensités fréquentes, puisqu’il faut remplacer le fusible chaque fois.

Modules de gestion active de l’alimentation (SSCB à bas coût)

Les modules de gestion active de l’alimentation sont des versions à bas coût des disjoncteurs à semi-conducteurs, appréciés pour leur rapidité de réponse et l’absence d’arc à la coupure. Ils sont bâtis autour d’e-Fuses et de circuits intégrés de gestion du chemin d’alimentation, et servent quand on veut à la fois une protection en tension et en courant. Ci-dessous, le Protect Nano (FET interne) et le Protect+ (FET externe) :

Ces modules pilotent des FET tête-bêche pour contrôler le courant dans les deux sens, tout en le comparant à un seuil réglable. Si la limite est dépassée, le module coupe le courant et reste verrouillé jusqu’à ce qu’on appuie sur le bouton de réarmement ou qu’un signal de réarmement soit envoyé.

En plus de la coupure en courant, le module offre des seuils de tension réglables et une protection contre le courant inverse, ce qui le rend très polyvalent.

Avantages de la technologie SSCB/APM :

• Temps de réponse ultra-rapide à la surintensité, réglable et réarmable par voie mécanique comme électrique.
• Rendement exceptionnel grâce à des MOSFET à canal N à hautes performances
• Des fonctions supplémentaires comme la surveillance de la tension, le démarrage progressif et le blocage du courant inverse en font de bons candidats pour travailler avec des batteries.
• Borne d’activation pour une commande marche/arrêt directe.

Inconvénients :

• Plus chers que les disjoncteurs thermomagnétiques classiques, en raison des fonctions supplémentaires.
• Le pouvoir de coupure n’est pas aussi élevé que celui de la plupart des disjoncteurs ou des fusibles, car il faut respecter la SOA du MOSFET, sinon celui-ci défaille en court-circuit. C’est pourquoi les protections à semi-conducteurs gardent un fusible en série comme deuxième niveau de protection quand des courants de défaut extrêmes sont possibles.

Limiteurs de courant actifs (ACL) :

Les ACL font chuter la tension de sortie de votre circuit pour maintenir le courant sous un seuil fixé. Si le défaut de surintensité est faible, que l’électronique en aval ne craint pas la sous-tension et qu’il y a de bonnes raisons de croire que le circuit reprendra son fonctionnement normal une fois le défaut éliminé, un limiteur de courant actif peut être le bon choix. La plupart des alimentations de laboratoire faites maison limitent le courant de cette façon.

Vous pouvez fabriquer vous-même un limiteur de courant actif en pilotant un MOSFET côté haut dans sa zone linéaire :

Ce circuit fonctionne ainsi :

• L’amplificateur de mesure de courant INA240A1D mesure la tension aux bornes d’un shunt côté haut et l’amplifie avec un gain fixe de 20 V/V
• La tension de shunt amplifiée est comparée à une référence réglable de 5 V, issue d’un régulateur shunt TL431 ajusté par le potentiomètre RV1.
• Un amplificateur opérationnel est activé ou coupé ; il applique une commande proportionnelle (gain = Rf/R) au MOSFET pour limiter le courant traversant le shunt, après quoi le comparateur se désactive et coupe l’amplificateur opérationnel jusqu’à la prochaine surintensité.

Avantages de ce limiteur de courant actif :

• Reprise automatique une fois le défaut éliminé
• Limite de courant réglable par potentiomètre

Inconvénients :

• Le MOSFET Q4 doit être monté sur dissipateur pour éviter la surchauffe en surintensité persistante.
• La capacité de grille du MOSFET impose de compenser l’amplificateur opérationnel : il faut ajuster R16, C9 et R21 pour assurer la stabilité de la boucle.
• Il manque le repli de courant et la coupure sur température excessive, deux fonctions qui protègent le MOSFET.
• Il n’y a pas de temporisation, donc le circuit réagit à la moindre surintensité et augmente le risque de chute de tension lors des appels de courant transitoires normaux. Les circuits intégrés modernes de gestion du chemin d’alimentation règlent facilement ce problème en ne déclenchant qu’à l’expiration d’une fenêtre de temps fixée par un condensateur externe.

Fusibles pyrotechniques

Les fusibles pyrotechniques sont des fusibles actifs ultra-rapides : une petite charge explosive sectionne une barre omnibus à fort courant. On les trouve couramment dans les systèmes à courant continu haute tension, comme la batterie d’un véhicule électrique. Le problème, quand on coupe une telle tension avec un fusible classique, c’est qu’un arc se forme et que le fusible doit fondre puis éteindre cet arc sans danger (d’où la tension nominale des fusibles).

En faisant sectionner la connexion par une charge explosive, on augmente beaucoup la capacité d’extinction de l’arc.

Avantages des fusibles pyrotechniques :

• Temps de réponse ultra-rapide
• Pouvoir de coupure et fiabilité très élevés
• Usage à un coup, qui assure une isolation rapide avec un contrôle précis

Inconvénients :

• Coûteux, et pratiques seulement pour les systèmes de forte puissance et de haute fiabilité qui les exigent
• Généralement encombrants

Pour conclure

Le bon dispositif de protection contre les surintensités dépend du courant de défaut attendu, du temps de coupure exigé, de la tension à couper et de la sensibilité générale des autres composants du circuit. En lisant cet article et en découvrant les différentes techniques de protection contre les surintensités, vous êtes mieux outillé pour saisir les nuances du choix.