TABLE DES MATIERES. Introduction 5. Chapitre 1. Les familles de semi-conducteurs de puissance 7

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1 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 Le transistor MOS de puissance La notion de BIPMOS Le thyristor GTO Le "Smart Power" ou la puissance intelligente 11 Chapitre 2. Rappel de quelques notions Le redressement La diode en redressement 15 - Le redressement mono-alternance 16 - Le chargeur de batterie 18 - Le redressement monophasé bi-alternance 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 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 Les convertisseurs à résonance 30 - La topologie des convertisseurs résonnants 30 - Principe du convertisseur à résonance 31 - Circuits équivalents de convertisseurs abaisseurs 32

2 - Les familles de convertisseurs résonnants 33 Chapitre 3. Des applications nouvelles et actuelles 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 43 Chapitre 4. Le thyristor Généralités La famille des thyristors Théorie du thyristor 46 - Structure et symbole 46 - L'état bloqué du thyristor 48 - Le thyristor en tension directe 48 - L'effet d'avalanche Les conditions d'amorçage du thyristor Courbe caractéristique du thyristor 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 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 80 - Température de jonction 81 - Température de fond de boîtier Puissance dissipée 82 - Résistance thermique 83 - Impédance thermique Courant moyen maximal 84 Chapitre 6. Le désamorçage des thyristors Généralités Modes de désamorçage Désamorçage par circuit LC 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 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 110

3 11. Thyristors M OS Technologie Caractéristique du thyristor MOS Photothyristors ou optothyristors Structures thyristors Triacs 116 Chapitre 8. La commande des Thyristors, Triacs et GTO 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 156 Chapitre 9. La protection des Thyristors, Triacs et GTO Protection contre les di / dt Protection contre les dv / dt Blocage avec charge inductive Diagrammes de calcul du réseau RC Protection des GTO 165 Chapitre 10. Le Triac 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 Fonctionnement sur charge inductive Les différents types de triacs Les triacs standards Les triacs sensibles Les alternistors Les opto-triacs 185 Chapitre 11. La mise en œuvre des triacs 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 196 Chapitre 12. Les applications des triacs 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 205

4 - 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 220 Chapitre 13. Le thyristor GTO Introduction Le fonctionnement du GTO La structure du GTO Le GTO en commutation La commande du GTO La protection du GTO GTO disponibles 254 Chapitre 14. La mise en œuvre des GTO 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 Perte à l'état passant Pertes à l'état bloqué Pertes à la mise en conduction Pertes au blocage Choix des composants du circuit de gâchette Circuit de mise en conduction Circuit de blocage Diode en anti-parallèle 266 Chapitre 15. Les applications du GTO Onduleur triphasé de commande d'un moteur à synchrone Onduleur triphasé 1 kw Utilisation du GTO dans un convertisseur CC à résonance Inverseur PWM 280 Chapitre 16. La fabrication des thyristors 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 289 Chapitre 17. BOîtiers, radiateurs et modules 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 303 Chapitre 18. Composants passifs de puissance 309

5 Chapitre 18. Composants passifs de puissance Les condensateurs de puissance Les matériaux ferrite Les circuits imprimés 322 Chapitre 19. Le choix des composants de puissance Les critères du choix Thyristors ou transistors La recherche d'une solution optimale 328 Chapitre 20. L'Electronique de puissance de l'avenir 331 Bibliographie 1. Le profil du composant de puissance du futur Les besoins du constructeur La demande de l'équipementier Le semiconducteur de puissance du futur 333 TOP 1. Revues d'intérêt général Catalogues Colloques sur l'électronique de puissance Articles généraux Convertisseurs à résonance Thyristors Triacs GTO Composants passifs 341