thyristors triacs et gto resume table des matieres
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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 t ec 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 Chapitre 1. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Chapitre 2. 1. 2. 3. 4. 5 Les familles de semi-conducteurs de puissance La diode Le thyristor Le triac Le transistor de puissance Le darlington Le transistor MOS de puissance La notion de BIPMOS Le thyristor GTO Le "Smart Power" ou la puissance intelligente 7 8 8 9 10 10 10 11 11 Rappel de quelques notions 13 Le redressement La diode en redressement Le redressement mono-alternance Le chargeur de batterie Le redressement monophasé bi-alternance Le thyristor et le triac : le redressement commandé Le redressement mono-alternance Le redressement bi-alternance L'onduleur à thyristor Les ponts mixtes monophasés Le redresseur triphasé Le gradateur monophasé La conversion continu-continu 15 15 16 18 18 20 20 21 22 23 24 25 26 5. 7 Le hacheur série ou hacheur abaisseur Le hacheur parallèle ou hacheur élévateur Les hacheurs réversibles L'onduleur Onduleur en tension Onduleur de courant ou commutateur de courant Les convertisseurs à résonance La topologie des convertisseurs résonnants Principe du convertisseur à résonance Circuits équivalents de convertisseurs abaisseurs 27 28 28 29 29 30 30 30 31 32 Chapitre 3. Les familles de convertisseurs résonnants 33 Des applications nouvelles et actuelles 37 Un hacheur pour les lave-linge Des GTO pour les plaques de cuisson Un convertisseur de fréquence pour les ballasts des tubes fluorescents Des alimentations statiques sans coupure Des alimentations à découpage Des variateurs de vitesse à convertisseur triphasé La commande des moteurs de broches des machines-outils La soudure électrique La traction électrique: TGV, trolley De bonnes raisons techniques et économiques 37 38 38 39 40 40 41 42 42 43 Le thyristor 45 Généralités La famille des thyristors Théorie du thyristor Structure et symbole L'état bloqué du thyristor Le thyristor en tension directe L'effet d'avalanche Les conditions d'amorçage du thyristor Courbe caractéristique du thyristor Les caractéristiques dynamiques du thyristor L'amorçage Effet d'un circuit RC sur l'amorçage d'un thyristor Le blocage Le courant de maintien Le courant d'accrochage Action de la gâchette Les courants de fuite 45 46 46 46 48 48 50 51 54 58 58 59 61 61 62 65 66 Le thyristor en commutation 67 Amorçage par la gâchette Importance de la vitesse de croissance du courant Caractéristiques de gâchette Courant d'accrochage et courant de maintien Désamorçage Limites en fréquence La pente de tension Régime de conduction directe Influence de la température Température de jonction Température de fond de boîtier Puissance dissipée Résistance thermique Impédance thermique Courant moyen maximal 67 70 72 73 73 76 77 79 80 81 82 82 83 83 84 Le désamorçage des thyristors 85 1. 2. Généralités Modes de désamorçage 85 87 3. 4. Désamorçage par circuit LC Ouverture des GTO 90 91 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Chapitre 4. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Chapitre 5. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Chapitre 6. Chapitre 7. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Ouverture par capacité Ouverture par inductance Circuit UJT Circuit d'extinction compatible avec la charge du thyristor placée dans le circuit de cathode Utilisation d'une source auxiliaire de tension négative Les différentes familles de thyristors Thyristors à usage général ou thyristors standards Thyristors à contrôle de phase Thyristors de protection Thyristors rapides Thyristors asymétriques Thyristors asymétriques à gâchette assistée Thyristors sensibles Thyristors à amplification de gâchette Thyristors RL T Thyristors blocables GTO Thyristors M OS 92 93 93 95 95 97 99 99 99 99 101 103 104 108 108 109 110 11. 12. 13. 14. Chapitre 8. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Chapitre 9. 1. 2. 3. 4. 5. Chapitre 10. 1. 2. 3. 4. Thyristors M OS Technologie Caractéristique du thyristor MOS Photothyristors ou optothyristors Structures thyristors Triacs 110 111 112 114 116 116 La commande des Thyristors, Triacs et GTO 119 Principes Déclenchement en courant continu Déclenchement en courant alternatif Déclenchement par impulsions ou trains d'ondes déclenchement par une impulsion déclenchement par trains d'ondes La commande synchrone principe réalisation du détecteur de zéro comparateur réalisation d'interrupteurs synchrones Variation de puissance par angle de conduction principes amorçage par réseau RC, double alternance déclenchement par circuit déphaseur déclenchement par circuits intégrés déclenchement par dispositifs spéciaux déclenchement en double alternance par thyristor asservi commande par circuit spécial Variation de puissance par commande synchrone principe des montages de commande-régulation commande par paquets d'alternances ou de périodes entières 119 119 240 125 125 128 130 130 133 134 138 138 142 142 144 145 147 147 148 148 156 La protection des Thyristors, Triacs et GTO 157 Protection contre les di / dt Protection contre les dv / dt Blocage avec charge inductive Diagrammes de calcul du réseau RC Protection des GTO 157 158 159 161 165 Le Triac 167 Fonctionnement du triac en interrupteur commandé La structure du triac Le fonctionnement du triac Caractéristiques statiques gâchette ouverte Amorçage par courant de gâchette La commande du triac 167 167 169 169 171 176 Fonctionnement sur charge inductive Les différents types de triacs Les triacs standards 180 183 183 Chapitre 11. 1. 2. 3. Chapitre 12. 1. 2. Les triacs sensibles Les alternistors Les opto-triacs 183 185 185 La mise en œuvre des triacs 187 Paramètres pour une utilisation fiable Contraintes thermiques Contraintes en courant Surcharges accidentelles Surcharges répétitives Facultés de blocage Tension de crête à l'étaL bloqué Vitesse critique de croissance de la tension Protections Protection contre les surintensités et les fronts de courant Protection contre les amorçages intempestifs 187 187 189 189 191 191 191 191 195 195 196 Les applications des triacs 199 L'emploi des triacs Le triac comme contacteur statique Interrupteur statique actionné par un microcontact Interrupteur "marche-arrêt" par contacts fugitifs Interrupteurs statiques commandés au zéro de tension Interrupteur statique mono 220 V, IDA Contacteur statique triphasé, 3 fils, 380 volts 3 x 30 ampères Relais statique en coupure sur un seul fil Circuits de démarrage de moteurs alternatifs 199 202 202 203 203 203 204 205 206 Chapitre 13. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Chapitre 14. 1. 2. 3. 4. Chapitre 15. 1. 2. 3. 4. Chapitre 16. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Chapitre 17. 1. 2. Chapitre 18. 206 206 207 208 208 208 208 209 212 213 215 215 215 215 217 218 219 220 220 Le thyristor GTO 223 Introduction Le fonctionnement du GTO La structure du GTO Le GTO en commutation La commande du GTO La protection du GTO GTO disponibles 223 224 225 225 229 246 254 La mise en œuvre des GTO 257 Principes d'utilisation des GTO Tensions prises en compte Courant crête d'anode, taux de montée de la tension réappliquée au blocage, circuits d'aide à la commutation Calculer les pertes 257 258 259 260 -. 5. 6. 7. Circuits de démarrage de moteurs alternatifs Temporisations Minuteries Les variateurs de puissance Le variateur à DIAC Maintenir un niveau d'éclairement constant Faire varier le flux lumineux d'une rampe fluorescente Utilisation des triacs dans les gradateurs de lumière Commande de vitesse d'un moteur de ventilateur L'antiparasitage des variateurs en angle de conduction Commande de phase, par circuit intégré Gradateur commandé par touche sensitive Commande de vitesse d'un moteur par circuits intégrés Commande par bloc de commande Variateur de puissance par trains d'alternances Un générateur de rampe à deux transistors Régulateurs de température à plage proportionnelle Régulateur de chauffage électrique Commutation sur transformateurs Perte à l'état passant Pertes à l'état bloqué Pertes à la mise en conduction Pertes au blocage 260 260 261 261 Choix des composants du circuit de gâchette Circuit de mise en conduction Circuit de blocage Diode en anti-parallèle 263 263 264 266 Les applications du GTO 267 Onduleur triphasé de commande d'un moteur à synchrone Onduleur triphasé 1 kW Utilisation du GTO dans un convertisseur CC à résonance Inverseur PWM 270 276 278 280 La fabrication des thyristors 281 Technologie diffusée-alliée Technologie tout diffusé Structure planar Glassivation Structure épitaxiale Contacts assemblage par soudure tendre assemblage par soudure dure assemblage par pression La fabrication des GTO 281 282 283 284 287 287 288 288 288 289 BOîtiers, radiateurs et modules 293 Le boîtier du semi-conducteur de puissance isolement câblage dissiper la puissance des échangeurs thermiques les différents types de boîtiers pour les très fortes puissances Les radiateurs calculer un radiateur Modules de puissance 293 200 296 297 297 299 300 300 303 Composants passifs de puissance 309 Chapitre 18. 1. 2. 3. Chapitre 19. 1. 2. 3. Chapitre 20. 1. 2. 3. 4. Composants passifs de puissance 309 Les condensateurs de puissance Les matériaux ferrite Les circuits imprimés 309 317 322 Le choix des composants de puissance 323 Les critères du choix Thyristors ou transistors La recherche d'une solution optimale 323 325 328 L'Electronique de puissance de l'avenir 331 Le profil du composant de puissance du futur Les besoins du constructeur La demande de l'équipementier Le semiconducteur de puissance du futur 332 332 333 333 Revues d'intérêt général Catalogues Colloques sur l'électronique de puissance Articles généraux Convertisseurs à résonance Thyristors Triacs GTO Composants passifs 335 335 336 336 336 337 338 339 341 Bibliographie 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. TOP
