FR3131378A1 - Electrostatic discharge triggering device and associated method of use. - Google Patents
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Abstract
Dispositif de déclenchement de décharge électrostatique et procédé d’utilisation associé La présente invention se rapporte à un dispositif de déclenchement de décharge électrostatique (1 ; 101) caractérisé en ce qu’il comporte, en outre : - un générateur d’impulsions (14 ; 114) propre à générer une impulsion électrique ; - une électrode micro-ruban (15 ; 115) comportant localement une section (16 ; 116) présentant une courbure plus élevée que le reste de l’électrode, de manière à créer un effet de pointe propre à renforcer le champ électrostatique au voisinage de ladite section, en particulier dans une zone intermédiaire entre ladite première zone et ladite seconde zones ; et, - une ligne d’amenée (20 ; 120) connectée entre une sortie dudit génération d’impulsions et une extrémité de l’électrode micro-ruban, la ligne d’amenée ayant une impédance électrique adaptée à celle de l’électrode micro-ruban permettant d’amener une impulsion émise par le générateur d’impulsions, jusqu’à l’électrode micro-ruban. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Electrostatic discharge triggering device and associated method of use The present invention relates to an electrostatic discharge triggering device (1; 101) characterized in that it further comprises: - a pulse generator (14; 114) capable of generating an electrical pulse; - a micro-strip electrode (15; 115) locally comprising a section (16; 116) having a higher curvature than the rest of the electrode, so as to create a peak effect capable of reinforcing the electrostatic field in the vicinity of said section, in particular in an intermediate zone between said first zone and said second zones; And, - a feed line (20; 120) connected between an output of said pulse generation and one end of the micro-strip electrode, the feed line having an electrical impedance adapted to that of the micro-strip electrode making it possible to bring a pulse emitted by the pulse generator to the microstrip electrode. Figure for abstract: Fig. 1.
Description
L’invention a pour domaine celui des dispositifs de déclenchement de décharge électrostatique pour le test d’éléments, et en particulier de composants électroniques, permettant la génération contrôlée d’un arc électrique entre une première zone d’un premier élément et une deuxième zone d’un second élément, du type comportant un moyen d’établissement d’une différence de potentiel entre les premières et secondes zones.The invention relates to the field of electrostatic discharge triggering devices for testing elements, and in particular electronic components, allowing the controlled generation of an electric arc between a first zone of a first element and a second zone a second element, of the type comprising means for establishing a potential difference between the first and second zones.
Les satellites embarquent des systèmes comportant une grande variété de composants électriques ou électroniques. En particulier, les panneaux solaires de satellite, permettant l’alimentation en puissance électrique de celui-ci, comportent une matrice d’éléments photovoltaïques, respectivement constitués d’une cellule solaire recouverte d’une couche de verre (dénommée «Coverglass » en anglais). L’ensemble est communément appelé Solar Cell Assembly (SCA).Satellites carry systems comprising a wide variety of electrical or electronic components. In particular, satellite solar panels, enabling the satellite to be supplied with electrical power, comprise a matrix of photovoltaic elements, respectively made up of a solar cell covered with a layer of glass (called “Coverglass” in English). ). The assembly is commonly called Solar Cell Assembly (SCA).
Au cours de l’utilisation du satellite, sous l’effet du bombardement des particules du vent solaire, des différences de potentiel importantes peuvent apparaître entre une première zone de la surface d’un élément photovoltaïque et une seconde zone de la surface soit du même élément photovoltaïque, soit d’un élément photovoltaïque voisin, ou soit d’un élément de structure du satellite. Plus la différence de potentiel est élevée, plus la probabilité d’apparition d’une décharge électrostatique entre les premières et secondes zones augmente.During the use of the satellite, under the effect of the bombardment of solar wind particles, significant potential differences can appear between a first zone of the surface of a photovoltaic element and a second zone of the surface of the same photovoltaic element, either from a neighboring photovoltaic element, or from a structural element of the satellite. The higher the potential difference, the greater the probability of the appearance of an electrostatic discharge between the first and second zones.
Une décharge électrostatique est un soudain et momentané passage de courant électrique entre deux points portés à des potentiels électriques différents. Ce courant peut endommager le ou les équipement(s) électronique(s) impliqués, au voisinage des points de naissance et d’absorption de la décharge. En effet, le passage de courant électrique génère un arc électrique dont le flux radiatif intense et le flux thermique élevé favorisent les réactions chimiques, de sorte que des molécules (ou les ions) du matériau constitutif de la zone à l’intérieur de laquelle naît ou disparaît la décharge, sont vaporisées permettant des échanges moléculaires et ioniques. Une fois le courant de la décharge dissipé, le refroidissement conduit à la solidification des produits des réactions. L’ensemble de ces réactions thermomécaniques modifient les propriétés mécaniques et/ou électriques du matériau constitutif du composant électronique.An electrostatic discharge is a sudden and momentary passage of electric current between two points at different electrical potentials. This current can damage the electronic equipment(s) involved, near the points of origin and absorption of the discharge. In fact, the passage of electric current generates an electric arc whose intense radiative flux and high thermal flux favor chemical reactions, so that molecules (or ions) of the material constituting the zone inside which are born where the discharge disappears, are vaporized allowing molecular and ionic exchanges. Once the discharge current has dissipated, cooling leads to the solidification of the reaction products. All of these thermomechanical reactions modify the mechanical and/or electrical properties of the material constituting the electronic component.
Une décharge électrostatique forte peut ainsi occasionner une dégradation immédiate des composants électroniques impliqués. Une décharge ou la répétition du passage de décharges électrostatiques, même plus faible peut également conduire, à long terme, à la dégradation des composants impliqués.A strong electrostatic discharge can thus cause immediate degradation of the electronic components involved. A discharge or the repetition of the passage of electrostatic discharges, even weaker, can also lead, in the long term, to the degradation of the components involved.
Il faut donc être capable de sélectionner les composants électroniques devant entrer dans la fabrication d’un système destiné à être embarqué à bord d’un satellite, en fonction de leur tenue, c’est-à-dire de leur capacité à résister aux courants électriques.It is therefore necessary to be able to select the electronic components to be used in the manufacture of a system intended to be on board a satellite, based on their resistance, that is to say their ability to withstand currents. electrical.
Pour ce faire, ont été mis au point des dispositifs permettant de réaliser des tests de qualification des composants électroniques. Un tel dispositif permet de déclencher, de manière contrôlée, une décharge électrostatique entre des zones spécifiques de la surface d’un ou plusieurs éléments à tester, dans le but de déterminer les propriétés de ces décharges électrostatiques et d’en déduire les propriétés de tenue de ces éléments.To do this, devices have been developed to carry out qualification tests on electronic components. Such a device makes it possible to trigger, in a controlled manner, an electrostatic discharge between specific areas of the surface of one or more elements to be tested, with the aim of determining the properties of these electrostatic discharges and deducing their withstanding properties. of these elements.
Une manière connue de déterminer les propriétés d’une décharge électrostatique est d’analyser le spectre de la lumière émise par la décharge. En effet, le long du parcours de la décharge se crée un plasma, par ionisation des molécules du milieu séparant les deux zones entre lesquelles se développe la décharge. Ces molécules proviennent de la vaporisation et de l’ionisation des composants chimiques constitutifs des matériaux des zones des éléments entre lesquelles se développe la décharge. Le plasma émet une lumière dont la fréquence permet de tracer les atomes constitutifs des différentes molécules ou ions du plasma généré.A known way to determine the properties of an electrostatic discharge is to analyze the spectrum of light emitted by the discharge. In fact, along the path of the discharge a plasma is created, by ionization of the molecules of the medium separating the two zones between which the discharge develops. These molecules come from the vaporization and ionization of the chemical components constituting the materials of the zones of the elements between which the discharge develops. The plasma emits light whose frequency makes it possible to trace the constituent atoms of the different molecules or ions of the plasma generated.
Pour ce faire, la lumière est analysée au moyen de spectromètres optiques branchés sur des fibres optiques qui canalise la lumière jusqu’à l’instrument d’analyse.To do this, the light is analyzed using optical spectrometers connected to optical fibers which channel the light to the analysis instrument.
Par essence même, une décharge électrostatique peut se produire à de multiples endroits. Ainsi le lieu et la fréquence d’apparition sont aléatoires et il est difficile voire presque impossible de positionner une fibre optique au bon endroit, c’est-à-dire à l’endroit où va avoir lieu la décharge, et de déclencher la mesure à l’instant même où la décharge apparait.By its very nature, electrostatic discharge can occur in multiple locations. Thus the location and frequency of appearance are random and it is difficult or almost impossible to position an optical fiber in the right place, that is to say where the discharge will take place, and to trigger the measurement. at the very moment the discharge appears.
Pour étudier les effets et pallier ce problème, des décharges sont volontairement déclenchées avec des dispositifs électriques générateurs de hautes tensions et d’arcs.To study the effects and overcome this problem, discharges are deliberately triggered with electrical devices generating high voltages and arcs.
Un dispositif de déclenchement de décharge électrostatique du type précité connu comporte, en plus d’un moyen d’établissement d’une différence de potentiel entre les premières et secondes zones entre lesquelles on souhaite déclencher une décharge, deux pointes métalliques espacées d’un millimètre l’une de l’autre et placées à proximité d’une zone intermédiaire entre les premières et secondes zones. L’application entre ces deux pointes d’une différence de potentiel secondaire adaptée, de l’ordre de 500 V, génère une décharge électrostatique d’amorçage. La décharge d’amorçage déclenche à son tour, par un effet de cascade, une décharge électrostatique principale entre les zones pré-chargées des composants électroniques à tester.An electrostatic discharge triggering device of the aforementioned known type comprises, in addition to a means for establishing a potential difference between the first and second zones between which it is desired to trigger a discharge, two metal tips spaced one millimeter apart. one from the other and placed near an intermediate zone between the first and second zones. The application between these two points of a suitable secondary potential difference, of the order of 500 V, generates an electrostatic initiation discharge. The priming discharge in turn triggers, through a cascade effect, a main electrostatic discharge between the pre-charged zones of the electronic components to be tested.
Ce dispositif connu présente de nombreux désavantages. Il n’est en particulier pas adapté à l’analyse spectrale de la lumière émise par la décharge principale car la décharge d’amorçage, qui produit également de la lumière, dont l’intensité est généralement bien supérieure à celle de la lumière de l’arc de la décharge principale, éblouit l’analyseur spectral utilisé pour observer la décharge principale. En conséquence, la précision des mesures effectuées est réduite.This known device has numerous disadvantages. It is in particular not suitable for the spectral analysis of the light emitted by the main discharge because the priming discharge, which also produces light, the intensity of which is generally much higher than that of the light of the The arc of the main discharge, dazzles the spectral analyzer used to observe the main discharge. As a result, the precision of the measurements made is reduced.
De plus, la décharge d’amorçage génère localement un plasma qui modifie les propriétés ainsi que la réalité de la génération et de la propagation de l’arc de la décharge principale.In addition, the starting discharge locally generates a plasma which modifies the properties as well as the reality of the generation and propagation of the arc of the main discharge.
Enfin, un tel dispositif connu ne permet pas d’obtenir une bonne synchronisation entre le déclenchement du fonctionnement de l’analyseur spectral et celui de la décharge principale à étudier. Or, une telle synchronisation entre l’analyseur spectral et la survenue de la décharge principale est primordiale pour la qualité des mesures. Ce défaut de synchronisation provient du fait que la survenue d’une décharge électrostatique est un phénomène aléatoire. Pour une même différence de potentiel entre deux composants, on ne sait pas à quel instant précis une décharge va se développer. Ainsi, dans le dispositif de l’art antérieur, on ne connaît pas l’instant de déclenchement de la décharge d’amorçage, et, une fois celle-ci déclenchée, l’instant de déclenchement de la décharge principale. Dans ces conditions, la synchronisation du moyen de mesure ne peut pas être effectuée avec précision. Cela se joue sur des durées généralement bien inférieures à la microseconde.Finally, such a known device does not make it possible to obtain good synchronization between the triggering of the operation of the spectral analyzer and that of the main discharge to be studied. However, such synchronization between the spectral analyzer and the occurrence of the main discharge is essential for the quality of the measurements. This synchronization fault comes from the fact that the occurrence of an electrostatic discharge is a random phenomenon. For the same potential difference between two components, we do not know at what precise moment a discharge will develop. Thus, in the device of the prior art, we do not know the instant of triggering of the priming discharge, and, once this has been triggered, the instant of triggering of the main discharge. Under these conditions, the synchronization of the measuring means cannot be carried out precisely. This occurs over periods of time generally well below a microsecond.
L’invention a donc pour but de pallier aux problèmes précitésThe invention therefore aims to overcome the aforementioned problems.
Pour cela l’invention a pour objet un dispositif de décharge électrostatique permettant la génération contrôlée d’une décharge entre une première zone d’un premier élément et une seconde zone d’un second élément, du type comportant un moyen d’établissement d’une différence de potentiel entre lesdites première et seconde zones. Le dispositif de décharge électrostatique comprend en outre :
- un générateur d’impulsions propre à générer une impulsion électrique ;
- une électrode micro-ruban comportant localement une section présentant une courbure plus élevée que le reste de l’électrode, de manière à créer un effet de pointe propre à renforcer le champ électrostatique au voisinage de ladite section, en particulier dans une zone intermédiaire entre ladite première zone et ladite seconde zones ; et,
- une ligne d’amenée connectée entre une sortie dudit génération d’impulsions et une extrémité de l’électrode micro-ruban, la ligne d’amenée ayant une impédance électrique adaptée à celle de l’électrode micro-ruban permettant d’amener une impulsion émise par le générateur d’impulsions, jusqu’à l’électrode micro-ruban.For this, the subject of the invention is an electrostatic discharge device allowing the controlled generation of a discharge between a first zone of a first element and a second zone of a second element, of the type comprising a means for establishing a potential difference between said first and second zones. The electrostatic discharge device further comprises:
- a pulse generator capable of generating an electrical pulse;
- a micro-strip electrode locally comprising a section having a higher curvature than the rest of the electrode, so as to create a tip effect capable of reinforcing the electrostatic field in the vicinity of said section, in particular in an intermediate zone between said first zone and said second zones; And,
- a supply line connected between an output of said pulse generation and one end of the micro-strip electrode, the supply line having an electrical impedance adapted to that of the micro-strip electrode making it possible to bring a pulse emitted by the pulse generator, up to the microstrip electrode.
Selon d’autres caractéristiques de l’invention, le dispositif de décharge électrostatique de l’invention comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes considérées seules ou selon toutes les combinaisons possibles.According to other characteristics of the invention, the electrostatic discharge device of the invention comprises one or more of the following optional characteristics considered alone or in all possible combinations.
Lesdits premier et second éléments à tester constituent deux parties d’un même composant électronique.Said first and second elements to be tested constitute two parts of the same electronic component.
Ladite ligne d’amenée est un câble coaxial dont le conducteur externe est placé à un potentiel de référence, et dont l’âme est connectée électriquement, d’une part, à la sortie du générateur d’impulsion et, d’autre part, à l’électrode micro-ruban.Said feed line is a coaxial cable whose external conductor is placed at a reference potential, and whose core is electrically connected, on the one hand, to the output of the pulse generator and, on the other hand, to the microstrip electrode.
Le moyen d’établissement d’une différence de potentiel est apte à créer, entre les premières et secondes zones, une différence de potentiel entre 500 et 5000 V, de préférence entre 750 et 2500 V, notamment 1000 V.The means for establishing a potential difference is capable of creating, between the first and second zones, a potential difference between 500 and 5000 V, preferably between 750 and 2500 V, in particular 1000 V.
Le moyen d’établissement d’une différence de potentiel comporte un moyen d’éclairage du type lampe à lumière à spectre ultraviolet.The means for establishing a potential difference comprises a lighting means of the ultraviolet spectrum light lamp type.
Le moyen d’établissement d’une différence de potentiel comporte un canon à électron.The means for establishing a potential difference comprises an electron gun.
L’électrode micro-ruban est disposée entre l’élément à tester et la lampe à lumière à spectre ultraviolet et est réalisée en un treillis métallique.The microstrip electrode is arranged between the item to be tested and the ultraviolet spectrum light lamp and is made of a metal mesh.
Le dispositif comporte une ligne de retour reliée à l’autre extrémité de l’électrode micro-ruban et un dispositif propre à absorber, en tout et partie, l’impulsion émise par le générateur d’impulsion, tel qu’un atténuateur.The device comprises a return line connected to the other end of the microstrip electrode and a device capable of absorbing, in whole or in part, the pulse emitted by the pulse generator, such as an attenuator.
Le générateur d’impulsion est propre à générer des impulsions ayant une amplitude entre 100 et 4000 V, de préférence entre 200 et 1000 V, notamment 500 V, et d’une durée comprise entre 1 et 50 ns, de préférence entre 2 et 20 ns, notamment 10 ns.The pulse generator is capable of generating pulses having an amplitude between 100 and 4000 V, preferably between 200 and 1000 V, in particular 500 V, and with a duration of between 1 and 50 ns, preferably between 2 and 20 ns, notably 10 ns.
Le dispositif comporte un analyseur spectral résolu dans le temps dont le fonctionnement est synchronisé avec le déclenchement de la décharge électrostatique entre les premières et secondes zones.The device includes a time-resolved spectral analyzer whose operation is synchronized with the triggering of the electrostatic discharge between the first and second zones.
L’invention a également pour objet un procédé d’utilisation d’un dispositif tel que précédemment décrit, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à :
- positionner sur le dispositif, relativement l’une à l’autre, une première zone d’un premier élément et une seconde zone d’un second élément, de sorte que la section présentant une courbure plus élevée que le reste de l’électrode micro-ruban soit située au voisinage d’une zone intermédiaire entre les premières et secondes zones ;
- établir une différence de potentiel entre lesdites première et second zones, ladite différence de potentiel étant insuffisante pour déclencher une décharge électrostatique entre lesdites première et seconde zones ;
- émettre une impulsion électrique et la transmettre depuis le générateur d’impulsions, à une extrémité de la ligne micro-ruban, au moyen d’une ligne d’amenée ayant une impédance adaptée à celle de l’électrode micro-ruban, ladite impulsion étant propre, en passant au niveau de la section présentant une courbure plus élevée que le reste de l’électrode micro-ruban, à renforcer le champ électrique dans ladite zone intermédiaire, de manière à garantir le déclenchement d’une décharge électrostatique entre lesdites première et seconde zones.The invention also relates to a method of using a device as previously described, characterized in that it comprises the steps consisting of:
- position on the device, relatively to each other, a first zone of a first element and a second zone of a second element, so that the section having a higher curvature than the rest of the electrode micro-strip is located in the vicinity of an intermediate zone between the first and second zones;
- establish a potential difference between said first and second zones, said potential difference being insufficient to trigger an electrostatic discharge between said first and second zones;
- emit an electrical pulse and transmit it from the pulse generator, at one end of the micro-strip line, by means of a feed line having an impedance adapted to that of the micro-strip electrode, said pulse being capable, by passing at the level of the section having a higher curvature than the rest of the micro-strip electrode, to reinforce the electric field in said intermediate zone, so as to guarantee the triggering of an electrostatic discharge between said first and second zones.
L’électrode et la ligne d’arrivée forme ainsi une électrode de type ligne micro-ruban adaptée en impédance caractéristique. L’utilisation d’une ligne micro-ruban adaptée permet à une impulsion de se propager sans se déformer, d’abord dans le câble coaxial, puis de la même manière dans la ligne micro-ruban car celles-ci auront la même impédance caractéristique. (Généralement de 50 Ohms). Cela permet de transporter l’impulsion haute tension, jusqu’au droit du défaut qui renforce le champ, sans perte significative et sans déformation.The electrode and the finish line thus form a micro-strip line type electrode matched in characteristic impedance. Using a matched microstrip line allows a pulse to propagate without distortion, first in the coaxial cable and then similarly in the microstrip line as these will have the same characteristic impedance . (Usually 50 Ohms). This makes it possible to transport the high voltage pulse to the right of the fault which reinforces the field, without significant loss and without distortion.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront plus clairement de la description détaillée qui va suivre, donnée à titre indicatif et nullement limitatif, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the detailed description which follows, given for information only and in no way limiting, and made with reference to the appended drawings, in which:
En se référant à la
Le dispositif 1 comporte un moyen d’établissement d’une différence de potentiel entre les première et seconde cellules. Ce moyen comprend un générateur de courant 11 entre les premières et deuxièmes cellules (Solar array simulator), ce générateur permet de simuler un courant lumière des cellules qui sera disponible dans l’arc électrique, et comme représenté schématiquement sur les figures et référencé par le chiffre 10, un générateur de tension. Une première borne du générateur de tension 10 est reliée à la première cellule solaire 3 et la seconde borne du générateur 10 est reliée à la seconde cellule solaire 5. Le générateur de tension est propre à établir une différence de potentiel, ajustable afin de correspondre aux différences de potentiel entre les cellules solaires entre10 et 150 V, de préférence entre 30 et 100 V, notamment 50V.The device 1 comprises means for establishing a potential difference between the first and second cells. This means comprises a current generator 11 between the first and second cells (Solar array simulator), this generator makes it possible to simulate a light current from the cells which will be available in the electric arc, and as shown schematically in the figures and referenced by the number 10, a voltage generator. A first terminal of the voltage generator 10 is connected to the first solar cell 3 and the second terminal of the generator 10 is connected to the second solar cell 5. The voltage generator is capable of establishing a potential difference, adjustable in order to correspond to the potential differences between solar cells between 10 and 150 V, preferably between 30 and 100 V, in particular 50V.
Le dispositif 1 comporte un système 12 propre à renforcer le champ électrique dans une zone intermédiaire entre des première et seconde zones situées respectivement sur les faces latérales en regard des première et seconde cellules solaires 3 et 5, de manière à déclencher l’apparition d’une décharge électrostatique entres lesdites première et seconde zones, c’est-à-dire dans le gap intercellulaire.The device 1 comprises a system 12 capable of reinforcing the electric field in an intermediate zone between the first and second zones located respectively on the side faces facing the first and second solar cells 3 and 5, so as to trigger the appearance of an electrostatic discharge between said first and second zones, that is to say in the intercellular gap.
Le système 12 comporte un générateur d’impulsion 14 propre à générer, sur une de ses sorties, des impulsions de courant, dont les caractéristiques sont réglables.The system 12 includes a pulse generator 14 capable of generating, on one of its outputs, current pulses, the characteristics of which are adjustable.
Le système 12 comporte une électrode micro-ruban 15 (ou stripline). Il s’agit d’une bande d’un matériau conducteur dont les caractéristiques géométriques (épaisseur et largeur) sont choisies pour que l’électrode présente une impédance déterminée Z0.The system 12 includes a micro-strip electrode 15 (or stripline). It is a strip of a conductive material whose geometric characteristics (thickness and width) are chosen so that the electrode presents a determined impedance Z0.
L’électrode 15 est disposée dans un plan horizontal, situé à une hauteur h au-dessus de la face supérieure des couches de verre 4 et 6.The electrode 15 is arranged in a horizontal plane, located at a height h above the upper face of the glass layers 4 and 6.
L’électrode 15 est déformée localement de manière à présenter une section 16 avec une courbure prononcée. Cette section a pour but de créer un « effet de pointe », phénomène connu en électrostatique, de manière à renforcer le champ électrique au voisinage de la section 16. La section 16 est située au droit de la zone intermédiaire située entre les cellules à teste. La section 16 est orientée de sorte que son centre de courbure se situe au-dessus de l’électrode 15, c’est-à-dire qu’elle fait légèrement saillie hors du plan horizontal de l’électrode 15 vers le support 2.The electrode 15 is locally deformed so as to present a section 16 with a pronounced curvature. This section aims to create a “peak effect”, a phenomenon known in electrostatics, so as to reinforce the electric field in the vicinity of section 16. Section 16 is located to the right of the intermediate zone located between the cells to be tested. . Section 16 is oriented so that its center of curvature is located above electrode 15, that is to say it projects slightly out of the horizontal plane of electrode 15 towards support 2.
L’électrode micro-ruban 15 comporte une première extrémité 17 et une seconde extrémité 18.The microstrip electrode 15 has a first end 17 and a second end 18.
Le système 12 comporte une ligne d’amenée 20 qui relie la sortie du générateur d’impulsion 14 et la première extrémité 17 de l’électrode 15. Cette ligne d’amenée présente une impédance adaptée à l’impédance Z0 de l’électrode 15, de manière à minimiser la déformation de l’impulsion lorsque celle-ci se propage le long de la ligne 20 et est appliquée en entrée à l’électrode 15. Par exemple, la ligne 20 est un câble coaxial dont le conducteur externe 22 est connecté à une référence de potentiel (, tandis que l’âme 21 est connectée, d’une part, au générateur d’impulsion et, d’autre part, à la première extrémité 17 de l’électrode micro-ruban 15.The system 12 comprises a feed line 20 which connects the output of the pulse generator 14 and the first end 17 of the electrode 15. This feed line has an impedance adapted to the impedance Z0 of the electrode 15 , so as to minimize the deformation of the pulse when it propagates along line 20 and is applied as an input to electrode 15. For example, line 20 is a coaxial cable whose external conductor 22 is connected to a potential reference (, while the core 21 is connected, on the one hand, to the pulse generator and, on the other hand, to the first end 17 of the micro-strip electrode 15.
De manière symétrique, le système 12 comporte une ligne dite de retour 26. L’impédance de la ligne de retour est également adaptée à l’impédance Z0 de l’électrode micro-ruban 15, de manière à éviter tout rebond de l’impulsion quittant l’électrode 15. La ligne 26 est par exemple réalisée au moyen d’un câble coaxial dont le conducteur externe 28 est connecté à un potentiel de référence, tandis que l’âme 27 est connectée à l’extrémité 18 de l’électrode micro-ruban 15.Symmetrically, the system 12 comprises a so-called return line 26. The impedance of the return line is also adapted to the impedance Z0 of the micro-strip electrode 15, so as to avoid any rebound of the pulse leaving the electrode 15. The line 26 is for example made by means of a coaxial cable whose external conductor 28 is connected to a reference potential, while the core 27 is connected to the end 18 of the electrode microstrip 15.
L’autre extrémité de l’âme 27 du câble coaxial est connectée à un moyen d’absorption 30 propre à absorber l’impulsion incidente. Ce moyen est par exemple constitué par une impédance dont les caractéristiques sont choisies pour éviter toute réflexion de l’impulsion incidente vers l’électrode micro-ruban, typiquement l’impédance caractéristique de la ligne micro ruban, typiquement 50 Ohms.The other end of the core 27 of the coaxial cable is connected to an absorption means 30 capable of absorbing the incident pulse. This means is for example constituted by an impedance whose characteristics are chosen to avoid any reflection of the incident pulse towards the microstrip electrode, typically the characteristic impedance of the microstrip line, typically 50 Ohms.
Le procédé d’utilisation du dispositif 1 comporte les étapes suivantes.The method of using the device 1 comprises the following steps.
Dans une première étape, l’opérateur dispose les cellules 3 et 5 sur le support 2 en les espaçant d’un intervalle e choisi en fonction du test à réaliser, par exemple en fonction des conditions en vol. Il dispose l’électrode micro-ruban 15 de telle sorte que la section 16 soit au droit de l’intervalle e séparant les cellules. Plus précisément, si l’on souhaite déclencher une décharge entre une première zone 40 de la face latérale de la première cellule 3 et une seconde zone 50 de la face latérale de la seconde cellule 50, la section 16 est disposée au-dessus de la zone intermédiaire entre les zones 40 et 50. Si l’on souhaite que la décharge naisse de la première zone 40, la section 16 sera décalée légèrement pour être plus proche de cette première zone 40.In a first step, the operator places cells 3 and 5 on support 2, spacing them by an interval e chosen according to the test to be carried out, for example according to the flight conditions. It arranges the microstrip electrode 15 such that the section 16 is at the right of the interval e separating the cells. More precisely, if it is desired to trigger a discharge between a first zone 40 of the side face of the first cell 3 and a second zone 50 of the side face of the second cell 50, the section 16 is arranged above the intermediate zone between zones 40 and 50. If it is desired that the discharge originates from the first zone 40, section 16 will be shifted slightly to be closer to this first zone 40.
A l’étape suivante, les bornes du générateur de courant 11 sont respectivement reliées aux première et seconde cellules 3 et 5. Le générateur est activé, ainsi un potentiel s’établit entre ces deux composants électroniques.In the next step, the terminals of the current generator 11 are respectively connected to the first and second cells 3 and 5. The generator is activated, thus a potential is established between these two electronic components.
Le générateur de tension 10 est réglé de manière à placer les cellules solaires à leur différence de potentiel nominale, de telle sorte que la chaine de cellules solaires soit dans une configuration réaliste du vol.The voltage generator 10 is adjusted so as to place the solar cells at their nominal potential difference, such that the chain of solar cells is in a realistic flight configuration.
Si la probabilité de survenue d’une décharge électrostatique est importante à une différence de potentiel de 1200V, les cellules sont placées dans une situation de gradient de potentiel inférieure par exemple 1000V. Le générateur d’impulsion est réglé à 1200V puis des essais seront réalisés de manière incrémentale, par exemple en rajoutant +50V à chaque fois, jusqu’au déclenchement d’une décharge électrostatique. Ensuite pour que la probabilité de survenue d’une décharge reste faible. L’opérateur choisit par exemple une différence de potentiel de 50 V.If the probability of occurrence of an electrostatic discharge is significant at a potential difference of 1200V, the cells are placed in a lower potential gradient situation, for example 1000V. The pulse generator is set to 1200V then tests will be carried out incrementally, for example by adding +50V each time, until an electrostatic discharge is triggered. Then so that the probability of a discharge occurring remains low. The operator chooses, for example, a potential difference of 50 V.
A l’étape suivante, le générateur d’impulsion 14 est réglé de manière à ce qu’il génère des impulsions propres à se propager le long du système 12. Les lignes d’amenée 20 et de retour 26 ainsi que l’électrode 15, possèdent sensiblement la même impédance, de sorte que l’impulsion n’est pas déformée lorsqu’elle se propage à travers le système 12.In the next step, the pulse generator 14 is adjusted so that it generates pulses capable of propagating along the system 12. The supply lines 20 and return 26 as well as the electrode 15 , have substantially the same impedance, so that the pulse is not distorted when it propagates through the system 12.
L’opérateur ajuste les caractéristiques des impulsions émises par le générateur 14. Par exemple, une impulsion a une amplitude entre 100 et 4000 V, de préférence entre 200 et 1000 V, notamment 500 V, et une durée brève comprise entre 1 et 50 ns, de préférence entre 2 et 20 ns, notamment 10 ns.The operator adjusts the characteristics of the pulses emitted by the generator 14. For example, a pulse has an amplitude between 100 and 4000 V, preferably between 200 and 1000 V, in particular 500 V, and a short duration of between 1 and 50 ns , preferably between 2 and 20 ns, especially 10 ns.
Lorsque l’impulsion parvient au niveau de la section 16, le champ électrique au voisinage de cette section est renforcé. Le champ électrique est en particulier renforcé dans la zone intermédiaire entre les premières et secondes zones entre lesquelles on souhaite déclencher une décharge. L’augmentation du champ électrique conduit à une augmentation de la différence de potentiel entre les premières et secondes zones. La différence de potentiel est ainsi portée, en un temps extrêmement court, au-delà des 1200 V, par exemple à 1500 V si les caractéristiques de l’impulsion sont adaptées pour ce faire. Dans ces conditions électriques, la probabilité de survenue d’une décharge électrostatique est quasiment égale à l’unité, de sorte que la survenue d’une décharge est immédiatement consécutive au passage de l’impulsion sur la section 16.When the pulse reaches section 16, the electric field in the vicinity of this section is reinforced. The electric field is particularly reinforced in the intermediate zone between the first and second zones between which it is desired to trigger a discharge. The increase in the electric field leads to an increase in the potential difference between the first and second zones. The potential difference is thus brought, in an extremely short time, beyond 1200 V, for example to 1500 V if the characteristics of the pulse are adapted to do this. Under these electrical conditions, the probability of occurrence of an electrostatic discharge is almost equal to unity, so that the occurrence of a discharge is immediately following the passage of the pulse on section 16.
L’impulsion poursuit son déplacement jusqu’au bout de l’électrode micro-ruban 15 puis en étant absorbée par l’impédance 30.The pulse continues its movement to the end of the microstrip electrode 15 then being absorbed by the impedance 30.
Ainsi, le dispositif de la
En se référant à la
Le dispositif 101 comporte un support 102, sur lequel est disposé la cellule 103 recouverte de sa couche de verre 104.The device 101 comprises a support 102, on which the cell 103 covered with its glass layer 104 is placed.
Le dispositif 101 comporte un moyen d’établissement d’une différence de potentiel entre les premières et secondes zones entre lesquelles on souhaite que se développe une décharge électrostatique. Dans ce mode de réalisation, ce moyen comporte un générateur de courant 110 dont une borne est reliée à la masse et une autre borne, reliée à la cellule 103, ainsi qu’un générateur de tension, dans le présent exemple, qu’une lampe 111 propre à émettre des rayons lumineux ultraviolets capables d’arracher des charges électriques au matériau constitutif de la couche de verre 104 pour la polariser.The device 101 includes means for establishing a potential difference between the first and second zones between which it is desired for an electrostatic discharge to develop. In this embodiment, this means comprises a current generator 110, one terminal of which is connected to ground and another terminal, connected to cell 103, as well as a voltage generator, in the present example, that a lamp 111 capable of emitting ultraviolet light rays capable of extracting electrical charges from the material constituting the glass layer 104 to polarize it.
Le système 112 comporte un générateur d’impulsion 114, une ligne d’amenée 120, une électrode micro-ruban 115, une ligne de retour 26 et un moyen d’absorption d’impulsion 30, ces éléments étant identiques aux éléments correspondants du premier mode de réalisation de la
Dans ce second mode de réalisation, l’électrode micro-ruban 115 décrit, dans un plan horizontal, une courbe, sensiblement un arc de cercle sur 180°. Le bord extérieur de l’électrode 115 s’écarte légèrement de cette courbe pour présenter localement une section 116 ayant une courbure maximale. La section 116 est ainsi propre à générer un effet de pointe. Dans le présent exemple, elle est située sensiblement à mi-longueur de l’électrode micro-ruban 115 et disposée de manière à être tangente, débordant légèrement sur la pointe, au plan des faces latérales des composants 103 et 104, au droit des première et seconde zones de ces faces entre lesquelles on souhaite générer une décharge électrostatique.In this second embodiment, the micro-strip electrode 115 describes, in a horizontal plane, a curve, substantially an arc of a circle over 180°. The outer edge of the electrode 115 deviates slightly from this curve to locally present a section 116 having maximum curvature. Section 116 is thus capable of generating a peak effect. In the present example, it is located approximately halfway along the micro-strip electrode 115 and arranged so as to be tangent, projecting slightly over the tip, in the plane of the lateral faces of the components 103 and 104, to the right of the first and second zones of these faces between which it is desired to generate an electrostatic discharge.
Selon un autre mode de réalisation non représenté, l’électrode peut présenter une section amincie au niveau de la pointe 116 de manière à forcer le signal à aller vers la pointe 116.According to another embodiment not shown, the electrode may have a thinned section at the tip 116 so as to force the signal to go towards the tip 116.
Dans ce second mode de réalisation, l’électrode micro-ruban 115 est directement appliquée sur la face supérieure de la couche de verre 104. Elle possède une impédance Z’0. Les lignes d’amenée et de retour ainsi que le moyen d’absorption 130 possèdent respectivement une impédance adaptée à l’impédance Z’0 de l’électrode micro-ruban.In this second embodiment, the microstrip electrode 115 is directly applied to the upper face of the glass layer 104. It has an impedance Z'0. The supply and return lines as well as the absorption means 130 respectively have an impedance adapted to the impedance Z'0 of the microstrip electrode.
Les valeurs courantes sont de l’ordre de 50 Ohms.Common values are around 50 Ohms.
La lampe 111 étant disposée au-dessus de l’électrode 115, pour autoriser le passage des rayons lumineux depuis la lampe vers le composant à polariser, l’électrode micro-ruban 115 est constituée d’un treillis de fil métallique qui ménagent ainsi des jours permettant le passage de la lumière.The lamp 111 being arranged above the electrode 115, to allow the passage of light rays from the lamp towards the component to be polarized, the micro-strip electrode 115 is made up of a mesh of metal wire which thus provides days allowing the passage of light.
Dans le procédé d’utilisation du dispositif 101, l’opérateur dispose le composant à tester sur le support et dispose l’électrode micro-ruban 115 sur la couche de verre 104 de telle sorte que la section 116 soit au droit de la face latérale de la cellule 103.In the method of using the device 101, the operator places the component to be tested on the support and places the micro-strip electrode 115 on the glass layer 104 such that the section 116 is in line with the side face of cell 103.
A l’étape suivante, une borne du générateur de courant 110 est connectée à la cellule 103 tandis que son autre borne est reliée à la masse. Le générateur 110 est activé de manière à porter la cellule 103 à un premier potentiel. Simultanément la lampe 111 est allumée de manière à éclairer la face supérieure de la couche de verre 104. La lumière dans la bande de longueur d’ondes ultraviolettes arrache des électrons au matériau constitutif du verre, de sorte que la couche 104 se polarise positivement.In the next step, one terminal of the current generator 110 is connected to the cell 103 while its other terminal is connected to ground. The generator 110 is activated so as to bring the cell 103 to a first potential. Simultaneously the lamp 111 is lit so as to illuminate the upper face of the glass layer 104. The light in the ultraviolet wavelength band strips electrons from the material constituting the glass, so that the layer 104 becomes positively polarized.
D’autres moyens peuvent être utilisés comme par exemple un canon à électron dont l’énergie est réglée de manière à produire le même phénomène d’émission électronique, menant à une situation de gradient de potentiel inversé ou un plasma dont l’action serait d’annuler le potentiel en surface d’un échantillon sous test de sorte à obtenir une différence de potentiel en imposant un potentiel négatif dans la structure.Other means can be used such as for example an electron gun whose energy is adjusted so as to produce the same electronic emission phenomenon, leading to a situation of inverted potential gradient or a plasma whose action would be d cancel the surface potential of a sample under test so as to obtain a potential difference by imposing a negative potential in the structure.
Ces moyens sont réglés de manière à créer une différence de potentiel entre la cellule et la couche de verre d’environ 1000 V, en tout cas de telle sorte que la probabilité de survenue d’une décharge reste faible, mais que la tension s’approche de la valeur critique.These means are adjusted so as to create a potential difference between the cell and the glass layer of approximately 1000 V, in any case such that the probability of a discharge occurring remains low, but that the voltage increases. critical value approach.
A l’étape suivante, le générateur d’impulsion 114 est réglé de manière à ce qu’il génère des impulsions. L’opérateur ajuste les caractéristiques des impulsions émises par le générateur 114. Par exemple, une impulsion a une amplitude entre 100 et 4000 V et une durée brève comprise entre 1 et 50 ns.In the next step, the pulse generator 114 is adjusted so that it generates pulses. The operator adjusts the characteristics of the pulses emitted by the generator 114. For example, a pulse has an amplitude between 100 and 4000 V and a short duration of between 1 and 50 ns.
L’impulsion émise se propage le long du système 112.The emitted pulse propagates along system 112.
Lorsque l’impulsion parvient au niveau de la section 116, le champ électrique au voisinage de cette section est renforcé. Ceci cause une augmentation de la différence de potentiel entre une première zone de la cellule 103 et une seconde zone de la couche de verre 104 situées au droit de la section 116. Cette augmentation de la différence de potentiel s’effectue en un très court intervalle de temps. La différence de potentiel atteinte garantie le déclenchement immédiat d’une décharge entre les première et seconde zones. Ainsi, sensiblement simultanément au passage de l’impulsion au niveau de la section 116 une décharge est déclenchée entre les première et seconde zones.When the pulse reaches section 116, the electric field in the vicinity of this section is reinforced. This causes an increase in the potential difference between a first zone of the cell 103 and a second zone of the glass layer 104 located to the right of section 116. This increase in the potential difference takes place in a very short interval of time. The potential difference reached guarantees the immediate triggering of a discharge between the first and second zones. Thus, substantially simultaneously with the passage of the pulse at section 116, a discharge is triggered between the first and second zones.
L’impulsion poursuit son déplacement en quittant l’électrode micro-ruban 115, le long de la ligne de retour 126, puis en étant absorbée par l’impédance 130.The pulse continues its movement by leaving the microstrip electrode 115, along the return line 126, then being absorbed by the impedance 130.
Une fois encore, l’étape d’acquisition de donnée par exemple au moyen d’un analyseur spectral, peut être parfaitement synchronisé avec la survenue du phénomène à analyser, par exemple en prenant comme signal de déclenchement (« trigger » en anglais) l’instant d’émission de l’impulsion par le générateur 114.Once again, the data acquisition step, for example by means of a spectral analyzer, can be perfectly synchronized with the occurrence of the phenomenon to be analyzed, for example by taking as trigger signal (“trigger” in English) instant of emission of the pulse by the generator 114.
D’après par exemple la demande de brevet publiée FR 2 917 836, l’homme du métier sait comment calculer l’impédance caractéristique d’une électrode micro-ruban, en particulier lorsque cette électrode présente les géométries respectivement rectiligne et circulaire des premier et second modes de réalisation.According for example to the published patent application FR 2 917 836, those skilled in the art know how to calculate the characteristic impedance of a micro-strip electrode, in particular when this electrode has the respectively rectilinear and circular geometries of the first and second embodiment.
Le dispositif qui vient d’être présenté permet de déclencher des décharges électrostatiques de manière contrôlée à la fois spatialement, pour que la décharge se développe dans une zone d’intérêt précisément définie, et temporellement, à un instant précis permettant la synchronisation de la survenue de la décharge avec le déclenchement des moyens d’analyse.The device which has just been presented makes it possible to trigger electrostatic discharges in a controlled manner both spatially, so that the discharge develops in a precisely defined zone of interest, and temporally, at a precise instant allowing the synchronization of the occurrence of the discharge with the triggering of the analysis means.
Bien évidemment, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres. En particulier, toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux.Obviously, the invention is not limited to the examples which have just been described and numerous adjustments can be made to these examples without departing from the scope of the invention. In particular, the different characteristics, shapes, variants and embodiments of the invention can be associated with each other in various combinations to the extent that they are not incompatible or exclusive of each other. In particular, all the variants and embodiments described above can be combined with each other.
Le dispositif pourrait par exemple être utilisé pour déclencher d’autres type de décharge y compris dans l’air, dans le vide ou dans un gaz.The device could for example be used to trigger other types of discharge including in air, in a vacuum or in a gas.
Le dispositif n’est pas réservé à l’étude spectroscopique seule mais toute étude des décharges électrostatiques ou arcs électriques.The device is not reserved for spectroscopic study alone but for any study of electrostatic discharges or electric arcs.
Les ligne micro-rubans peuvent être épaisses/pleines et posées sur un verre de cellule mais elles peuvent également être très minces et déposées sous vide.The microstrip lines can be thick/solid and placed on a cell glass but they can also be very thin and deposited under vacuum.
Par exemple, un système pourrait intégrer le dispositif au milieu de la couche de verre en appliquant une autre couche de verre par-dessus. Le système pourrait aussi être mis sous la couche de verre avant collage de celle-ci sur la cellule.For example, a system could integrate the device into the middle of the glass layer by applying another glass layer on top. The system could also be placed under the layer of glass before bonding it to the cell.
Les lignes micro-rubans peuvent être ajourées, trouées grillagées.The micro-strip lines can be perforated, mesh holes.
Le dispositif à tester est ensemble de deux cellules solaires, il peut en compter 4 ou 6 ou plus, jusqu’à un panneau solaire.The device to be tested is a set of two solar cells, it can have 4 or 6 or more, up to a solar panel.
Le dispositif à tester pourrait être tout élément sur lequel on veut étudier des décharges électrostatiques ou des arcs électriques, ou pour l’étude des décharges électrostatique ou des arcs électriques eux-mêmes.The device to be tested could be any element on which we want to study electrostatic discharges or electric arcs, or for the study of electrostatic discharges or electric arcs themselves.
Claims (10)
- un générateur d’impulsions (14 ; 114) propre à générer une impulsion électrique ;
- une électrode micro-ruban (15 ; 115) comportant localement une section (16 ; 116) présentant une courbure plus élevée que le reste de l’électrode, de manière à créer un effet de pointe propre à renforcer le champ électrostatique au voisinage de ladite section, en particulier dans une zone intermédiaire entre ladite première zone et ladite seconde zones ; et,
- une ligne d’amenée (20 ; 120) connectée entre une sortie dudit génération d’impulsions et une extrémité de l’électrode micro-ruban, la ligne d’amenée ayant une impédance électrique adaptée à celle de l’électrode micro-ruban permettant d’amener une impulsion émise par le générateur d’impulsions, jusqu’à l’électrode micro-ruban.Electrostatic discharge triggering device (1; 101) allowing the controlled generation of a discharge between a first zone of a first element and a second zone of a second element, of the type comprising an establishment means (10, 11 ; 110, 111) of a potential difference between said first and second zones, characterized in that it further comprises:
- a pulse generator (14; 114) capable of generating an electrical pulse;
- a micro-strip electrode (15; 115) locally comprising a section (16; 116) having a higher curvature than the rest of the electrode, so as to create a peak effect capable of reinforcing the electrostatic field in the vicinity of said section, in particular in an intermediate zone between said first zone and said second zones; And,
- a feed line (20; 120) connected between an output of said pulse generation and one end of the micro-strip electrode, the feed line having an electrical impedance adapted to that of the micro-strip electrode making it possible to bring a pulse emitted by the pulse generator to the microstrip electrode.
- positionner sur le dispositif (1 ; 101), relativement l’une à l’autre, une première zone d’un premier élément (3 ; 103) et une seconde zone d’un second élément (5 ; 104), de sorte que la section (16 ; 116) présentant une courbure plus élevée que le reste de l’électrode micro-ruban (15 ; 115) soit située au voisinage d’une zone intermédiaire entre les première et seconde zone ;
- établir une différence de potentiel entre lesdites première et second zones, ladite différence de potentiel étant insuffisante pour déclencher une décharge électrostatique entre lesdites première et seconde zones ;
- émettre une impulsion électrique et la transmettre depuis le générateur d’impulsions (14 ; 114), à une extrémité de la ligne micro-ruban, au moyen d’une ligne d’amenée (20 ; 120) ayant une impédance adaptée à celle de l’électrode micro-ruban, ladite impulsion étant propre, en passant au niveau de la section (16 ; 116), à renforcer le champ électrique dans ladite zone intermédiaire, de manière à garantir le déclenchement d’une décharge électrostatique entre lesdites première et seconde zones.Method of using a device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises the steps consisting of:
- position on the device (1; 101), relative to each other, a first zone of a first element (3; 103) and a second zone of a second element (5; 104), so that the section (16; 116) having a higher curvature than the rest of the microstrip electrode (15; 115) is located in the vicinity of an intermediate zone between the first and second zones;
- establish a potential difference between said first and second zones, said potential difference being insufficient to trigger an electrostatic discharge between said first and second zones;
- emit an electrical pulse and transmit it from the pulse generator (14; 114), to one end of the micro-strip line, by means of a feed line (20; 120) having an impedance adapted to that of the micro-strip electrode, said pulse being capable, when passing at the level of the section (16; 116), of reinforcing the electric field in said intermediate zone, so as to guarantee the triggering of an electrostatic discharge between said first and second zones.
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Non-Patent Citations (1)
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