LE THYRISTOR TSAII IMSE. S Date ***************

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1 TSAII Date *************** LE THYRISTOR IMSE. S202.1 Cours. 1.1 Symbole Brochage : Caractéristiques : Commande de gâchette : Conditions d amorçage : Condition de blocage Protection contre les di/dt Protection contre les dv/dt Protection contre les courts-circuits Spécifications techniques Application :... 5 mise à jour le 27/08/14

2 TSAII LE THYRISTOR IMSE-S /7 1.1 Symbole. A Equivalence Ig K 1.2 Brochage : 1.3 Caractéristiques : En appliquant une courte impulsion sur la gate (entre gate et cathode) on injecte un grand nombre de porteurs localement ce qui modifie sensiblement la hauteur de la barrière de potentiel et va donc rendre le dispositif conducteur (turn on), un peu comme dans un transistor. Mais la différence essentielle, résultant de l'existence d'une jonction supplémentaire, c est qu'à partir de cet instant la gâchette n'a plus aucun rôle. On décrit souvent le thyristor avec une image empruntée à la plomberie en disant qu'il est équivalent à une chasse d'eau. Tant qu'on n'a pas tiré la manette rien ne se passe et une fois qu'elle est tirée on ne peut plus arrêter l'écoulement. Pour interrompre le processus de conduction du thyristor, une fois qu'il est enclenché, il n'y a qu'une solution : c'est inverser le sens du courant et alors la troisième jonction PN qui va se trouver polarisée en inverse va effectivement, comme dans une diode, bloquer tout passage du courant (à l'exception du micro

3 TSAII LE THYRISTOR IMSE-S /7 courant inverse typique d'une jonction PN). En conséquence le diagramme caractéristique d'un thyristor sera celui ci-dessous. On remarquera que, selon l'importance du courant de gâchette, la valeur de la tension directe pour laquelle se produit le déclenchement est différente. On imagine qu'il sera donc aisé de piloter précisément l'instant de déclenchement quand le thyristor sera soumis entre anode et cathode à une tension sinusoïdale et donc de contrôler la puissance mise en jeu dans le dispositif en série avec ce thyristor. 1.4 Commande de gâchette : Nous donnons ci-dessous quelques éléments définissant la plage convenable de commande de la gâchette pour obtenir un déclenchement du thyristor sans risque de destruction de celui-ci. On notera que la technologie mise en oeuvre dans le boîtier d'un thyristor a pour effet de limiter au maximum la résistance thermique et donc de faciliter au mieux l'évacuation des calories dissipées tant au niveau de la gâchette que de la jonction en inverse.

4 TSAII LE THYRISTOR IMSE-S /7 1.5 Conditions d amorçage : Tension anode cathode positive et suffisante Vak > 0 Courant de gâchette (de G vers K) suffisant Ig > Ig(max) catalogue * la notation Ig(max) indique la valeur maximale du courant (continu) de gâchette nécessaire à l amorçage de tous les thyristors d une même référence. Ig(max) est donc la valeur minimale à prendre en compte pour le dimensionnement de la résistance de gâchette Courant principal Iak supérieur au courant d accrochage Il (latching current): Iak > Il * dans le cas où le thyristor pilote une charge fortement inductive, le courant principal s établit lentement, le courant de gâchette doit être maintenu pendant un temps suffisant (impulsion longue) 1.6 Condition de blocage. Courant principal inférieur au courant de maintien Iak < Ih (holding current), pendant un temps supérieur au temps de désamorçage tq. *lorsque le thyristor fonctionne en courant redressé (cas du pont mixte ou du pont complet), son blocage est naturel (à chaque période). Dans le cas d un fonctionnement en courant continu (hacheur), il faut recourir à des dispositifs de blocage (blocage forcé). 1.7 Protection contre les di/dt Au début de l amorçage du thyristor, seule une petite partie de la jonction est conductrice. Si la vitesse de croissance du courant principal est trop importante, elle peut entraîner des densités de courant énormes qui vont détruire le composant. Pour limiter ce phénomène, on utilise des petites inductances en série avec le thyristor. 1.8 Protection contre les dv/dt Si la tension anode cathode augmente trop rapidement, elle peut entraîner un amorçage intempestif du thyristor (sans signal de gâchette). Pour neutraliser ce phénomène, on utilise le circuit suivant : Lorsqu un front raide se présente entre les points A et B, le condensateur se charge à travers D et l impédance de la ligne. La tension Vak évolue plus lentement (comme aux bornes du

5 TSAII LE THYRISTOR IMSE-S /7 condensateur). La résistance R intervient lors de l amorçage commandé et limite le courant de décharge du condensateur dans le thyristor (di/dt). Ce circuit présente aussi l avantage d un amorçage plus facile du thyristor, la décharge du condensateur permettant un établissement plus rapide du courant d accrochage Il. 1.9 Protection contre les courts-circuits. On utilise des fusibles ultra rapides UR (protistors) choisis en fonction de leur contrainte thermique I²t (A².s): I²t fusible < I²t thyristor Spécifications techniques. Exemple du thyristor rapide DK2416F (Thomson) 260 Aeff (ou datasheet suivant) I0 Courant moyen. 165A Vrrm Tension inverse. 1600v Vdrm Tension directe à l état bloqué. 1600v Itsm(10ms) Courant de surcharge de pointe. 4000A di/dt dv/dt Vitesse critique de croissance du courant. Vitesse critique de croissance de la tension. 800A/µs 200V/µS Irm Courant inverse. 25mA Igtmax Courant de gâchette d amorçage. 200mA Vgtmax Tension de gâchette à l amorçage. 3v Vtmmax Tension de crête à l état passant. 2v (à 450A) tq Temps de désamorçage. 60µs (à 200A) I²t Contrainte thermique A²s 1.11 Application : Redressement commandé (en monophasé) : pont mixte symétrique et pont mixte asymétrique.

6 TSAII LE THYRISTOR IMSE-S /7 NTB : Le montage symétrique présent l avantage d une commande plus simple (la cathode des thyristors est commune). Les thyristors doivent être surdimensionnés (roue libre). Le montage de puissance peut être simplifié (utilisation de paire thyristor diode). Pont complet : Un fonctionnement en onduleur (au-delà de 90 ) est possible sous certaines conditions : Soit la vitesse (f.e.m E) peut changer de signe (levage : redresseur en montée, onduleur en descente). Soit en croisant les connexions de l induit ou de l inducteur. Le moteur devient générateur et fournit de l énergie au réseau (freinage par récupération). Les composants de puissance sont très employés dans les redresseurs polyphasés. Sans entrer dans le détail précisons qu'en combinant des sources de tension polyphasées, donc sinusoïdales décalées dans le temps on peut obtenir une tension presque constante sans avoir la nécessité, comme en redressement monophasé, d'ajouter des condensateurs de grande valeur pour lisser la tension. Un pont triphasé double, alternance produit une tension continue avec une ondulation résiduelle dont l'amplitude est de quelques pourcents.

7 TSAII LE THYRISTOR IMSE-S /7 Bien évidemment on peut remplacer les diodes par des thyristors afin d'obtenir un redresseur commandé, ci-dessous un système simple alternance par exemple. A titre indicatif on donne un exemple d'association thyristor/diode destiné à piloter un moteur à courant continu en exploitant la tension générée par une dynamo tachymétrique solidaire du moteur pour assurer la constance de la vitesse de rotation. A quoi servent les diodes appelées diodes de roue libre? Elles ont un rôle essentiel au démarrage, pendant les premières périodes où le courant id(t) sera faible et peut-être insuffisant pour maintenir les thyristors passants. En examinant ce schéma on constate que l'on va avoir plusieurs phases de conduction : dans un premier temps T1 va être conducteur par suite d'une impulsion sur sa gâchette et D2 va conduire simultanément ce qui referme le circuit via le transfo et le moteur. Quand la tension va s'inverser le thyristor T1 va se désamorcer et alors le moteur étant lancé il continue évidemment à tourner (phase dite de roue libre) et donc à générer une fcem, l'ensemble (D2,D1) est alors conducteur. Jusqu'à l'instant où une nouvelle impulsion va être générée et amorcer T2, alors D2 n'est plus en jeu et le circuit se referme par D1.