Principes de commande des thyristors et des triacs

Commençons par les schémas les plus simples. Dans le cas le plus simple, pour commander un thyristor, il suffit de fournir brièvement un courant constant d'une certaine valeur à son électrode de commande. Le mécanisme de fourniture de ce courant peut être représenté schématiquement en imaginant un interrupteur qui se ferme et alimente, comme l'étage de sortie d'une puce ou d'un transistor.

Il s'agit d'une méthode apparemment simple, mais la puissance du signal de commande ici doit être significative. Ainsi, dans des conditions normales pour le triac KU208, ce courant doit être d'au moins 160 mA, et pour le trinistor KU201, il doit être d'au moins 70 mA. Ainsi, à une tension de 12 volts et avec un courant moyen de, disons, 115 mA, la puissance de commande sera désormais de 1,4 W.

Les exigences de polarité du signal de commande sont les suivantes : le SCR nécessite une tension de commande positive par rapport à la cathode, et le triac (thyristor équilibré) nécessite la même polarité que le courant d'anode, ou négative pour chacun des demi-cycles .

L'électrode de commande du triac n'est pas shuntée, le trinistor est manipulé avec une résistance de 51 ohms.Les thyristors modernes nécessitent de moins en moins de courant de commande, et très souvent on trouve des circuits où le courant de commande des SCR est réduit à environ 24 mA, et pour les triacs à 50 mA.

Il peut arriver qu'une forte diminution du courant dans le circuit de commande affecte la fiabilité de l'appareil, de sorte que les développeurs doivent parfois choisir des thyristors séparément pour chaque circuit. Sinon, pour ouvrir le thyristor à faible courant, sa tension d'anode devrait être élevée à ce moment-là, ce qui entraînerait un courant d'appel et des interférences nocifs.

L'absence de contrôle selon le schéma le plus simple décrit ci-dessus est évidente : il existe une connexion galvanique permanente du circuit de contrôle avec le circuit électrique. Les triacs de certains circuits permettent de connecter l'une des bornes du circuit de commande au fil neutre. Les SCR ne permettent une telle solution qu'en ajoutant un pont de diodes au circuit de charge.

En conséquence, la puissance fournie à la charge est divisée par deux car la tension est fournie à la charge dans une seule des périodes de l'onde sinusoïdale du secteur. En pratique, nous avons le fait que les circuits avec commande à thyristor de courant continu sans isolation galvanique des nœuds ne sont presque jamais utilisés, sauf lorsque la commande, pour une bonne raison, doit être effectuée de cette manière.

Une solution courante de contrôle des thyristors consiste à appliquer la tension à l'électrode de grille directement à partir de l'anode via une résistance en fermant l'interrupteur pendant quelques microsecondes. La clé ici peut être un transistor bipolaire haute tension, un petit relais ou une photorésistance.

Cette approche est acceptable à une tension d'anode relativement élevée, elle est pratique et simple même si la charge contient un composant réactif. Mais il y a aussi un inconvénient: des exigences ambiguës pour la résistance de limitation de courant, qui doit être petite en valeur nominale, de sorte que le thyristor s'allume plus près du début du demi-cycle de l'onde sinusoïdale lors de sa première mise sous tension, pas à tension secteur nulle (en l'absence de synchronisation), 310 volts peuvent également y parvenir, mais le courant traversant l'interrupteur et traversant l'électrode de commande du thyristor ne doit pas dépasser les valeurs maximales autorisées pour eux.

Le thyristor lui-même s'ouvrira à la tension Uop = Iop * Rlim. En conséquence, du bruit se produira et la tension de charge diminuera légèrement.La résistance calculée de la résistance Rlim est réduite de la valeur de la résistance du circuit de charge (y compris sa composante inductive), qui se trouve être connecté en série avec le résistance au moment de la mise sous tension.

Mais dans le cas des appareils de chauffage, le fait qu'à froid leur résistance soit dix fois inférieure à celle d'un appareil chauffé est pris en compte. Soit dit en passant, étant donné que dans les triacs, le courant d'activation pour les demi-ondes positives et négatives peut différer légèrement, une petite composante constante peut apparaître sur la charge.

Le temps d'activation du SCR n'est généralement pas supérieur à 10 μs, par conséquent, pour un contrôle de puissance de charge économique, un train d'impulsions avec un rapport cyclique de 5, 10 ou 20 peut être appliqué pour des fréquences de 20, 10 et 5 kHz, respectivement. La puissance diminuera de 5 à 20 fois.

L'inconvénient est le suivant : le thyristor peut s'allumer, et non en début d'alternance.C'est plein de vagues et de bruit. Et pourtant, même si la mise en marche se produit juste avant le début de la montée en tension à partir de zéro, à ce moment le courant de l'électrode de commande peut ne pas encore atteindre la valeur de maintien, alors le thyristor s'éteindra immédiatement après la fin de la impulsion.

En conséquence, le thyristor s'allumera et s'éteindra d'abord pendant de courts intervalles jusqu'à ce que finalement le courant prenne une forme sinusoïdale. Pour les charges à composante inductive, le courant peut ne pas atteindre la valeur de maintien, ce qui impose une limite inférieure à la durée des impulsions de commande, et la consommation électrique ne diminuera pas beaucoup.

La séparation du circuit de commande du réseau est assurée par le soi-disant démarrage par impulsion, qui peut être facilement réalisé en installant un petit transformateur d'isolement sur un anneau de ferrite d'un diamètre inférieur à 2 cm.Il est important que la tension d'isolement d'un tel transformateur doit être élevé, et pas comme n'importe quel transformateur d'impulsions industriel...

Afin de réduire significativement la puissance nécessaire au contrôle, il sera nécessaire de recourir à un contrôle plus précis. Le courant de gâchette doit être coupé juste au moment où le thyristor est allumé. Lorsque l'interrupteur est fermé, le thyristor s'allume et lorsque le thyristor commence à conduire le courant, le microcircuit cesse de fournir du courant à travers l'électrode de commande.

Cette approche économise vraiment l'énergie nécessaire pour piloter le thyristor. Si l'interrupteur est actuellement fermé, la tension d'anode n'est toujours pas suffisante, le thyristor ne sera pas ouvert par le microcircuit (la tension doit être légèrement supérieure à la moitié de la tension d'alimentation du microcircuit). La tension d'enclenchement est réglable choix des résistances de découplage.

Pour contrôler le triac de cette manière, il est nécessaire de suivre la polarité, donc un bloc d'une paire de transistors et de trois résistances est ajouté au circuit, ce qui fixe le moment où la tension passe par zéro. Des schémas plus complexes sortent du cadre de cet article.