thyristors triacs et gto resume table des matieres

THYRISTORS TRIACS ET GTO
R.V.HONORAT
RESUME
L'électronique constitue aujourd'hui la solution efficace et économique aux très
nombreuses applications qui mettent en jeu des puissances électriques de plus en
plus importantes.
La croissance des puissances contrôlées posent de nombreux problèmes
tec hniques au niveau des semiconducteurs, des circuits associés et de
l'environnement.
C e livre traite «dans le détail» la technologie et la mise en œuvre des
thyristors, triacs et GTO. Le lecteur y trouvera donc toutes les notions de base
indispensables pour en maîtriser le fonctionnement.
TABLE DES MATIERES
Introduction 5
Chapitre 1. Les familles de semi-conducteurs de puissance 7
1. La diode 7
2. Le thyristor 8
3. Le triac 8
4. Le transistor de puissance 9
5. Le darlington 10
6. Le transistor MOS de puissance 10
7. La notion de BIPMOS 10
8. Le thyristor GTO 11
9. Le "Smart Power" ou la puissance intelligente 11
Chapitre 2. Rappel de quelques notions 13
1. Le redressement 15
2. La diode en redressement 15
- Le redressement mono-alternance 16
- Le chargeur de batterie 18
- Le redressement monophasé bi-alternance 18
3. Le thyristor et le triac : le redressement commandé 20
- Le redressement mono-alternance 20
- Le redressement bi-alternance 21
- L'onduleur à thyristor 22
- Les ponts mixtes monophasés 23
- Le redresseur triphasé 24
- Le gradateur monophasé 25
4. La conversion continu-continu 26
- Le hacheur série ou hacheur abaisseur 27
- Le hacheur parallèle ou hacheur élévateur 28
- Les hacheurs réversibles 28
- L'onduleur 29
Onduleur en tension 29
Onduleur de courant ou commutateur de courant 30
5. Les convertisseurs à résonance 30
- La topologie des convertisseurs résonnants 30
- Principe du convertisseur à résonance 31
- Circuits équivalents de convertisseurs abaisseurs 32

- Les familles de convertisseurs résonnants 33
Chapitre 3. Des applications nouvelles et actuelles 37
1. Un hacheur pour les lave-linge 37
2. Des GTO pour les plaques de cuisson 38
3. Un convertisseur de fréquence pour les ballasts des tubes fluorescents 38
4. Des alimentations statiques sans coupure 39
5. Des alimentations à découpage 40
6. Des variateurs de vitesse à convertisseur triphasé 40
7. La commande des moteurs de broches des machines-outils 41
8. La soudure électrique 42
9. La traction électrique: TGV, trolley 42
10. De bonnes raisons techniques et économiques 43
Chapitre 4. Le thyristor 45
1. Généralités 45
2. La famille des thyristors 46
3. Théorie du thyristor 46
- Structure et symbole 46
- L'état bloqué du thyristor 48
- Le thyristor en tension directe 48
- L'effet d'avalanche 50
4. Les conditions d'amorçage du thyristor 51
5. Courbe caractéristique du thyristor 54
6. Les caractéristiques dynamiques du thyristor 58
- L'amorçage 58
- Effet d'un circuit RC sur l'amorçage d'un thyristor 59
- Le blocage 61
- Le courant de maintien 61
- Le courant d'accrochage 62
- Action de la gâchette 65
- Les courants de fuite 66
Chapitre 5. Le thyristor en commutation 67
1. Amorçage par la gâchette 67
2. Importance de la vitesse de croissance du courant 70
3. Caractéristiques de gâchette 72
4. Courant d'accrochage et courant de maintien 73
5. Désamorçage 73
6. Limites en fréquence 76
7. La pente de tension 77
8. Régime de conduction directe 79
9. Influence de la température 80
- Température de jonction 81
- Température de fond de boîtier 82
10. Puissance dissipée 82
- Résistance thermique 83
- Impédance thermique 83
11. Courant moyen maximal 84
Chapitre 6. Le désamorçage des thyristors 85
1. Généralités 85
2. Modes de désamorçage 87
3. Désamorçage par circuit LC 90
4. Ouverture des GTO 91
- Ouverture par capacité 92
- Ouverture par inductance 93
- Circuit UJT 93
- Circuit d'extinction compatible avec la charge du thyristor placée dans le circuit de cathode 95
- Utilisation d'une source auxiliaire de tension négative 95
Chapitre 7. Les différentes familles de thyristors 97
1. Thyristors à usage général ou thyristors standards 99
2. Thyristors à contrôle de phase 99
3. Thyristors de protection 99
4. Thyristors rapides 99
5. Thyristors asymétriques 101
6. Thyristors asymétriques à gâchette assistée 103
7. Thyristors sensibles 104
8. Thyristors à amplification de gâchette 108
9. Thyristors RL T 108
10. Thyristors blocables GTO 109
11. Thyristors M OS 110

11. Thyristors M OS 110
- Technologie 111
- Caractéristique du thyristor MOS 112
12. Photothyristors ou optothyristors 114
13. Structures thyristors 116
14. Triacs 116
Chapitre 8. La commande des Thyristors, Triacs et GTO 119
1. Principes 119
2. Déclenchement en courant continu 119
3. Déclenchement en courant alternatif 240
4. Déclenchement par impulsions ou trains d'ondes 125
- déclenchement par une impulsion 125
- déclenchement par trains d'ondes 128
5. La commande synchrone 130
- principe 130
- réalisation du détecteur de zéro comparateur 133
- réalisation d'interrupteurs synchrones 134
6. Variation de puissance par angle de conduction 138
- principes 138
- amorçage par réseau RC, double alternance 142
- déclenchement par circuit déphaseur 142
- déclenchement par circuits intégrés 144
- déclenchement par dispositifs spéciaux 145
- déclenchement en double alternance par thyristor asservi 147
- commande par circuit spécial 147
7. Variation de puissance par commande synchrone 148
- principe des montages de commande-régulation 148
- commande par paquets d'alternances ou de périodes entières 156
Chapitre 9. La protection des Thyristors, Triacs et GTO 157
1. Protection contre les di / dt 157
2. Protection contre les dv / dt 158
3. Blocage avec charge inductive 159
4. Diagrammes de calcul du réseau RC 161
5. Protection des GTO 165
Chapitre 10. Le Triac 167
1. Fonctionnement du triac en interrupteur commandé 167
- La structure du triac 167
- Le fonctionnement du triac 169
- Caractéristiques statiques gâchette ouverte 169
- Amorçage par courant de gâchette 171
2. La commande du triac 176
3. Fonctionnement sur charge inductive 180
4. Les différents types de triacs 183
- Les triacs standards 183
- Les triacs sensibles 183
- Les alternistors 185
- Les opto-triacs 185
Chapitre 11. La mise en œuvre des triacs 187
1. Paramètres pour une utilisation fiable 187
- Contraintes thermiques 187
- Contraintes en courant 189
- Surcharges accidentelles 189
- Surcharges répétitives 191
2. Facultés de blocage 191
- Tension de crête à l'étaL bloqué 191
- Vitesse critique de croissance de la tension 191
3. Protections 195
- Protection contre les surintensités et les fronts de courant 195
- Protection contre les amorçages intempestifs 196
Chapitre 12. Les applications des triacs 199
1. L'emploi des triacs 199
2. Le triac comme contacteur statique 202
- Interrupteur statique actionné par un microcontact 202
- Interrupteur "marche-arrêt" par contacts fugitifs 203
- Interrupteurs statiques commandés au zéro de tension 203
- Interrupteur statique mono 220 V, IDA 203
- Contacteur statique triphasé, 3 fils, 380 volts 3 x 30 ampères 204
- Relais statique en coupure sur un seul fil 205
- Circuits de démarrage de moteurs alternatifs 206

- Circuits de démarrage de moteurs alternatifs 206
- Temporisations 206
- Minuteries 207
- Les variateurs de puissance 208
- Le variateur à DIAC 208
- Maintenir un niveau d'éclairement constant 208
- Faire varier le flux lumineux d'une rampe fluorescente 208
- Utilisation des triacs dans les gradateurs de lumière 209
- Commande de vitesse d'un moteur de ventilateur 212
- L'antiparasitage des variateurs en angle de conduction 213
- Commande de phase, par circuit intégré 215
- Gradateur commandé par touche sensitive 215
- Commande de vitesse d'un moteur par circuits intégrés 215
- Commande par bloc de commande 215
- Variateur de puissance par trains d'alternances 217
- Un générateur de rampe à deux transistors 218
- Régulateurs de température à plage proportionnelle 219
- Régulateur de chauffage électrique 220
- Commutation sur transformateurs 220
Chapitre 13. Le thyristor GTO 223
1. Introduction 223
2. Le fonctionnement du GTO 224
3. La structure du GTO 225
4. Le GTO en commutation 225
5. La commande du GTO 229
6. La protection du GTO 246
7. GTO disponibles 254
Chapitre 14. La mise en œuvre des GTO 257
1. Principes d'utilisation des GTO 257
2. Tensions prises en compte 258
3. Courant crête d'anode, taux de montée de la tension réappliquée au blocage, circuits d'aide à la commutation 259
4. Calculer les pertes 260
- Perte à l'état passant 260
-. Pertes à l'état bloqué 260
- Pertes à la mise en conduction 261
- Pertes au blocage 261
- Choix des composants du circuit de gâchette 263
5. Circuit de mise en conduction 263
6. Circuit de blocage 264
7. Diode en anti-parallèle 266
Chapitre 15. Les applications du GTO 267
1. Onduleur triphasé de commande d'un moteur à synchrone 270
2. Onduleur triphasé 1 kW 276
3. Utilisation du GTO dans un convertisseur CC à résonance 278
4. Inverseur PWM 280
Chapitre 16. La fabrication des thyristors 281
1. Technologie diffusée-alliée 281
2. Technologie tout diffusé 282
3. Structure planar 283
4. Glassivation 284
5. Structure épitaxiale 287
6. Contacts 287
- assemblage par soudure tendre 288
- assemblage par soudure dure 288
- assemblage par pression 288
7. La fabrication des GTO 289
Chapitre 17. BOîtiers, radiateurs et modules 293
1. Le boîtier du semi-conducteur de puissance 293
- isolement 200
- câblage 296
- dissiper la puissance des échangeurs thermiques 297
- les différents types de boîtiers 297
- pour les très fortes puissances 299
- Les radiateurs 300
- calculer un radiateur 300
2. Modules de puissance 303
Chapitre 18. Composants passifs de puissance 309

Chapitre 18. Composants passifs de puissance 309
1. Les condensateurs de puissance 309
2. Les matériaux ferrite 317
3. Les circuits imprimés 322
Chapitre 19. Le choix des composants de puissance 323
1. Les critères du choix 323
2. Thyristors ou transistors 325
3. La recherche d'une solution optimale 328
Chapitre 20. L'Electronique de puissance de l'avenir 331
1. Le profil du composant de puissance du futur 332
2. Les besoins du constructeur 332
3. La demande de l'équipementier 333
4. Le semiconducteur de puissance du futur 333
Bibliographie
1. Revues d'intérêt général 335
2. Catalogues 335
3. Colloques sur l'électronique de puissance 336
4. Articles généraux 336
5. Convertisseurs à résonance 336
6. Thyristors 337
7. Triacs 338
8. GTO 339
9. Composants passifs 341
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