Les thyristors sont des dispositifs électroniques à semi-conducteurs dotés d'une vitesse de commutation élevée. Ces appareils peuvent être utilisés pour contrôler toutes sortes de composants électroniques de faible consommation. Cependant, outre l'électronique de faible puissance, les équipements de puissance sont contrôlés avec succès à l'aide de thyristors. Considérons les circuits classiques de connexion d'un thyristor pour contrôler des charges assez élevées, par exemple des lampes électriques, des moteurs électriques, des radiateurs électriques, etc.

La commutation du semi-conducteur à l'état ouvert est possible en appliquant une petite impulsion de courant d'appel à l'électrode de commande U.

Lorsque le thyristor laisse passer le courant de charge dans le sens direct, l'électrode anodique A est positive par rapport à l'électrode cathodique K, du point de vue du serrage régénératif.

Typiquement, l'impulsion de déclenchement de l'électrode Y doit avoir une durée de plusieurs microsecondes. Cependant, plus l'impulsion est longue, plus la décomposition interne de l'avalanche se produit rapidement. Le temps d'ouverture de la transition augmente également. Mais le courant de grille maximum ne doit pas être dépassé.

Schéma 1 : KN1, KN2 - boutons poussoirs sans fixation ; L1 - charge sous forme de lampe à incandescence 100 W ; R1, R2 - résistances constantes 470 Ohm et 1 kOhm

Ce simple circuit marche/arrêt est utilisé pour contrôler une lampe à incandescence. Pendant ce temps, le circuit peut être utilisé comme interrupteur pour un moteur électrique, un radiateur ou toute autre charge conçue pour être alimentée par une tension constante.

Ici, le thyristor a un état de transition polarisé en direct et est commuté en mode court-circuit par le bouton normalement ouvert KH1.

Ce bouton connecte l'électrode de commande U à la source d'alimentation via la résistance R1. Si la valeur de R1 est trop élevée par rapport à la tension d'alimentation, l'appareil ne fonctionnera pas.

Il suffit d'appuyer sur le bouton KH1, le thyristor passe à l'état conducteur direct et reste dans cet état quelle que soit la position ultérieure du bouton KH1. Dans ce cas, la composante actuelle de la charge présente une valeur supérieure au courant de serrage du thyristor.

Avantages et inconvénients de l'utilisation d'un thyristor

L’un des principaux avantages de l’utilisation de ces semi-conducteurs comme interrupteur est le gain de courant très élevé. Un thyristor est un appareil réellement contrôlé par le courant.

La résistance cathodique R2 est généralement incluse pour réduire la sensibilité de l'électrode Y et augmenter le potentiel du rapport tension-courant, ce qui évite un faux fonctionnement de l'appareil.

Lorsque le thyristor se verrouille et reste à l'état « passant », cet état ne peut être réinitialisé qu'en interrompant l'alimentation électrique ou en réduisant le courant anodique à la valeur de maintien inférieure.

Par conséquent, il est logique d'utiliser le bouton KH2 normalement fermé pour ouvrir le circuit, réduisant ainsi à zéro le courant circulant à travers le thyristor, provoquant le passage de l'appareil à l'état « arrêt ».

Cependant, le système présente également un inconvénient. L'interrupteur mécanique normalement fermé KH2 doit être suffisamment puissant pour correspondre à la puissance de l'ensemble du circuit.

En principe, on pourrait simplement remplacer le semi-conducteur par un interrupteur mécanique haute puissance. Une façon de résoudre le problème de puissance consiste à connecter un collecteur en parallèle avec le thyristor.

Schéma 2 : KN1, KN2 - boutons poussoirs sans fixation ; L1 - lampe à incandescence 100 W ; R1, R2 - résistances constantes 470 Ohm et 1 kOhm

Le raffinement du circuit - l'activation d'un interrupteur de faible puissance normalement ouvert en parallèle avec la transition A-K donne l'effet suivant :

• l'activation de KH2 crée un « court-circuit » entre les électrodes A et K,
• Le courant de serrage diminue jusqu'à une valeur minimale,
• L'appareil passe à l'état « éteint ».

Thyristor en circuit alternatif

Lorsqu'il est connecté à une source CA, le thyristor fonctionne légèrement différemment. Cela est dû au changement périodique de polarité de la tension alternative.

Par conséquent, une application dans des circuits alimentés en courant alternatif entraînera automatiquement la mise en polarisation inverse de la jonction. C'est-à-dire que pendant la moitié de chaque cycle, l'appareil sera à l'état « éteint ».

Pour la variante à tension alternative, le circuit de déclenchement à thyristors est similaire au circuit à alimentation en tension constante. La différence est insignifiante - l'absence d'un interrupteur supplémentaire KH2 et l'ajout d'une diode D1.

Grâce à la diode D1, la polarisation inverse par rapport à l'électrode de commande U est évitée.

Pendant le demi-cycle positif de la forme d'onde sinusoïdale, le dispositif est décalé vers l'avant, mais lorsque le commutateur KN1 est désactivé, un courant de gâchette nul est fourni au thyristor et le dispositif reste « éteint ».

Dans l'alternance négative, le dispositif reçoit une polarisation inverse et restera également « éteint », quel que soit l'état du commutateur KH1.

Schéma 3 : KN1 - interrupteur à verrouillage ; D1 - n'importe quelle diode pour haute tension ; R1, R2 - résistances constantes 180 Ohm et 1 kOhm, L1 - lampe à incandescence 100 W

Si l'interrupteur KH1 est fermé, au début de chaque demi-cycle positif le semi-conducteur restera complètement « éteint ».

Mais suite à l'obtention d'une tension de déclenchement positive suffisante (augmentation du courant de commande) sur l'électrode Y, le thyristor passera à l'état « passant ».

Le verrouillage de l'état de maintien reste stable pendant le demi-cycle positif et est automatiquement réinitialisé à la fin du demi-cycle positif. Évidemment, parce que ici, le courant anodique tombe en dessous de la valeur actuelle.

Lors du prochain demi-cycle négatif, l'appareil sera complètement « éteint » jusqu'au prochain demi-cycle positif. Ensuite, le processus est répété à nouveau.

Il s'avère que la charge ne dispose que de la moitié de la puissance disponible de l'alimentation. Le thyristor agit comme et conduit le courant alternatif uniquement pendant les demi-cycles positifs, lorsque la jonction est polarisée vers l'avant.

Contrôle demi-onde

Le contrôle de phase des thyristors est la forme la plus courante de contrôle de l'alimentation CA.

Un exemple de circuit de contrôle de phase de base est présenté ci-dessous. Ici, la tension de gâchette du thyristor est générée par le circuit R1C1 via la diode de déclenchement D1.

Pendant le demi-cycle positif, lorsque la jonction est polarisée en direct, le condensateur C1 est chargé via la résistance R1 par la tension d'alimentation du circuit.

L'électrode de commande Y est activée uniquement lorsque le niveau de tension au point «x» fait fonctionner la diode D1. Le condensateur C1 est déchargé vers l'électrode de commande U, mettant l'appareil à l'état « allumé ».

La durée de la moitié positive du cycle, lorsque la conduction s'ouvre, est contrôlée par la constante de temps de la chaîne R1C1, spécifiée par la résistance variable R1.

Schéma 4 : KN1 - interrupteur à verrouillage ; R1 - résistance variable 1 kOhm ; C1 - condensateur 0,1 F ; D1 - n'importe quelle diode pour haute tension ; L1 - lampe à incandescence 100 W ; P - sinusoïde de conductivité

L'augmentation de la valeur de R1 entraîne un retard dans la tension de déclenchement appliquée à l'électrode de commande du thyristor, ce qui entraîne à son tour un retard dans le temps de conduction du dispositif.

En conséquence, la proportion du demi-cycle effectué par l'appareil peut être ajustée entre 0 et 180º. Cela signifie que la moitié de la puissance dissipée par la charge (lampe) peut être ajustée.

Il existe de nombreuses façons d'obtenir un contrôle pleine onde des thyristors. Par exemple, vous pouvez inclure un semi-conducteur dans un circuit redresseur à pont de diodes. Cette méthode convertit facilement la composante alternative en un courant de thyristor unidirectionnel.

Cependant, une méthode plus courante consiste à utiliser deux thyristors connectés en parallèle inverse.

L’approche la plus pratique semble être l’utilisation d’un seul triac. Ce semi-conducteur permet une transition dans les deux sens, ce qui rend les triacs plus adaptés aux circuits de commutation CA.

Disposition technique complète du thyristor

- un dispositif ayant les propriétés d'un semi-conducteur, dont la conception est basée sur un semi-conducteur monocristallin comportant trois jonctions p-n ou plus.

Son fonctionnement implique la présence de deux phases stables :

• « fermé » (le niveau de conductivité est faible) ;
• « ouvert » (le niveau de conductivité est élevé).

Les thyristors sont des dispositifs qui remplissent les fonctions de commutateurs électroniques de puissance. Un autre nom pour eux est celui des thyristors à opération unique. Cet appareil permet de réguler l'impact de charges puissantes grâce à des impulsions mineures.

Selon la caractéristique courant-tension du thyristor, une augmentation du courant dans celui-ci provoquera une diminution de la tension, c'est-à-dire qu'une résistance différentielle négative apparaîtra.

De plus, ces dispositifs semi-conducteurs peuvent connecter des circuits avec des tensions allant jusqu'à 5 000 volts et des courants jusqu'à 5 000 ampères (à une fréquence ne dépassant pas 1 000 Hz).

Les thyristors à deux et trois bornes conviennent au fonctionnement en courant continu et alternatif. Le plus souvent, le principe de leur fonctionnement est comparé au fonctionnement d'une diode de redressement et on pense qu'ils constituent un analogue à part entière d'un redresseur, en un sens encore plus efficace.

Les types de thyristors diffèrent les uns des autres :

• Methode de CONTROLE.
• Conductivité (unilatérale ou bilatérale).

Principes généraux de gestion

La structure du thyristor comporte 4 couches semi-conductrices connectées en série (p-n-p-n). Le contact connecté à la couche P externe est l'anode et le contact connecté à la couche N externe est la cathode. De ce fait, avec un montage standard, un thyristor peut comporter au maximum deux électrodes de commande, qui sont fixées sur les couches internes. Selon la couche connectée, les conducteurs sont divisés en cathode et anode en fonction du type de contrôle. Le premier type est le plus souvent utilisé.

Le courant dans les thyristors circule vers la cathode (depuis l'anode), donc la connexion à la source de courant se fait entre l'anode et la borne positive, ainsi qu'entre la cathode et la borne négative.

Les thyristors avec électrode de commande peuvent être :

• verrouillable ;
• Déverrouillable.

Une propriété indicative des dispositifs non verrouillables est leur manque de réponse à un signal provenant de l'électrode de commande. La seule façon de les fermer est de réduire le niveau de courant qui les traverse afin qu'il soit inférieur au courant de maintien.

Lors du contrôle d'un thyristor, certains points doivent être pris en compte. Un dispositif de ce type change les phases de fonctionnement de « off » à « on » et inversement par sauts et uniquement sous condition d'influence externe : en utilisant du courant (manipulation de tension) ou des photons (dans le cas d'un photothyristor).

Pour comprendre ce point, il faut rappeler qu'un thyristor possède principalement 3 sorties (thyristor) : anode, cathode et électrode de commande.

L'UE (électrode de commande) est précisément responsable de l'activation et de la désactivation du thyristor. L'ouverture du thyristor se produit à condition que la tension appliquée entre A (anode) et K (cathode) devienne égale ou supérieure à la tension de fonctionnement du thyristor. Certes, dans le second cas, une exposition à une impulsion de polarité positive entre Ue et K sera nécessaire.

Avec une alimentation constante en tension d'alimentation, le thyristor peut être ouvert indéfiniment.

Pour le passer à l'état fermé, vous pouvez :

• Réduisez le niveau de tension entre A et K à zéro ;
• Réduisez la valeur du courant A afin que l'intensité du courant de maintien soit plus grande ;
• Si le fonctionnement du circuit est basé sur l'action du courant alternatif, l'appareil s'éteindra sans intervention extérieure lorsque le niveau de courant lui-même chutera à zéro ;
• Appliquez une tension de blocage à l'UE (pertinent uniquement pour les types verrouillables de dispositifs à semi-conducteurs).

L'état fermé dure également indéfiniment jusqu'à ce qu'une impulsion de déclenchement se produise.

Méthodes de contrôle spécifiques

• Amplitude .

Il représente la fourniture d’une tension positive d’amplitude variable à l’Ue. L'ouverture du thyristor se produit lorsque la valeur de tension est suffisante pour franchir la transition de commande du courant de redressement (Irect). En modifiant la tension sur l'UE, il devient possible de modifier le temps d'ouverture du thyristor.

Le principal inconvénient de cette méthode est la forte influence du facteur température. De plus, chaque type de thyristor nécessitera un type de résistance différent. Ce point n'ajoute pas de facilité d'utilisation. De plus, le temps d'ouverture du thyristor ne peut être réglé que pendant la première moitié de l'alternance positive du réseau.

• Phase.

Elle consiste à changer la phase Ucontrol (par rapport à la tension à l'anode). Dans ce cas, un pont déphaseur est utilisé. Le principal inconvénient est la faible pente d'Ucontrol, de sorte qu'il n'est possible de stabiliser le moment d'ouverture du thyristor que pendant une courte période.

• Phase d'impulsion .

Conçu pour surmonter les lacunes de la méthode des phases. A cet effet, une impulsion de tension avec un front raide est appliquée à Ue. Cette approche est actuellement la plus courante.

Thyristors et sécurité

En raison du caractère impulsionnel de leur action et de la présence d'un courant de récupération inverse, les thyristors augmentent considérablement le risque de surtension lors du fonctionnement de l'appareil. De plus, le risque de surtension dans la zone semi-conductrice est élevé s'il n'y a aucune tension dans d'autres parties du circuit.

Par conséquent, afin d’éviter des conséquences négatives, il est d’usage de recourir aux programmes CFTP. Ils empêchent l'apparition et le maintien de valeurs de tension critiques.

Modèle de thyristor à deux transistors

A partir de deux transistors il est tout à fait possible d'assembler un dinistor (thyristor à deux bornes) ou un trinistor (thyristor à trois bornes). Pour ce faire, l'un d'eux doit avoir une conductivité p-n-p, l'autre une conductivité n-p-n. Les transistors peuvent être fabriqués à partir de silicium ou de germanium.

La connexion entre eux s'effectue à travers deux canaux :

• Anode du 2ème transistor + Electrode de commande du 1er transistor ;
• Cathode du 1er transistor + Electrode de commande du 2ème transistor.

Si vous vous passez d'électrodes de commande, le résultat sera un dinistor.

La compatibilité des transistors sélectionnés est déterminée par la même quantité de puissance. Dans ce cas, les relevés de courant et de tension doivent nécessairement être supérieurs à ceux nécessaires au fonctionnement normal de l'appareil. Les données sur la tension de claquage et le courant de maintien dépendent des qualités spécifiques des transistors utilisés.

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La création de dispositifs semi-conducteurs pour l'électronique de puissance a commencé en 1953, lorsqu'il est devenu possible d'obtenir du silicium de haute pureté et de former des disques de silicium de grande taille. En 1955, un dispositif commandé par semi-conducteur a été créé pour la première fois, ayant une structure à quatre couches et appelé « thyristor ».

Il a été activé en appliquant une impulsion à l'électrode de commande à une tension positive entre l'anode et la cathode. La coupure du thyristor est assurée en réduisant à zéro le courant continu qui le traverse, pour lequel de nombreux circuits de commutation inductifs-capacitifs ont été développés. Non seulement ils augmentent le coût du convertisseur, mais ils aggravent également son poids et ses dimensions et réduisent sa fiabilité.

Ainsi, parallèlement à la création du thyristor, ont commencé des recherches visant à assurer sa coupure via l'électrode de commande. Le principal problème était d’assurer une résorption rapide des porteurs de charge dans les zones de base.

Les premiers thyristors de ce type sont apparus en 1960 aux États-Unis. Ils s'appelaient Gate Turn Off (GTO). Dans notre pays, ils sont mieux connus sous le nom de thyristors verrouillables ou commutables.

Au milieu des années 90, un thyristor de coupure avec une cosse en anneau pour l'électrode de commande a été développé. Il s'appelait Gate Commutated Thyristor (GCT) et est devenu un développement ultérieur de la technologie GTO.

Thyristors GTO

Appareil

Un thyristor désactivé est un dispositif semi-conducteur entièrement contrôlable basé sur une structure classique à quatre couches. Il est activé et désactivé en appliquant des impulsions de courant positives et négatives à l'électrode de commande. En figue. 1 montre le symbole (a) et le schéma fonctionnel (b) du thyristor désactivé. Comme un thyristor conventionnel, il possède une cathode K, une anode A et une électrode de commande G. Les différences dans les structures des dispositifs résident dans une disposition différente des couches horizontales et verticales avec des conductivités n et p.

La conception de la couche cathodique n a subi le plus grand changement. Il est divisé en plusieurs centaines de cellules élémentaires, réparties uniformément sur le territoire et connectées en parallèle. Cette conception est due au désir d'assurer une réduction uniforme du courant sur toute la surface de la structure semi-conductrice lorsque l'appareil est éteint.

La couche de base p, bien qu'elle soit constituée d'une seule unité, comporte un grand nombre de contacts d'électrodes de commande (approximativement égal au nombre de cellules cathodiques), également répartis uniformément sur la zone et connectés en parallèle. La couche de base n est réalisée de manière similaire à la couche correspondante d'un thyristor classique.

La couche anodique p comporte des shunts (zones n) reliant la base n au contact anodique via de petites résistances distribuées. Les shunts d'anode sont utilisés dans les thyristors qui n'ont pas de capacité de blocage inverse. Ils sont conçus pour réduire le temps d'arrêt de l'appareil en améliorant les conditions d'extraction des charges de la région de base n.

La conception principale des thyristors GTO est de type tablette avec une plaquette de silicium à quatre couches prise en sandwich par des disques de molybdène compensant la température entre deux bases en cuivre avec une conductivité thermique et électrique accrue. L'électrode de commande, qui possède une borne dans un boîtier en céramique, est en contact avec la plaquette de silicium. Le dispositif est serré par des surfaces de contact entre deux moitiés de refroidisseurs, isolées l'une de l'autre et dont la conception est déterminée par le type de système de refroidissement.

Principe de fonctionnement

Le cycle du thyristor GTO comporte quatre phases : marche, conduction, arrêt et blocage.

Dans la coupe schématique de la structure du thyristor (Fig. 1, b), la borne inférieure de la structure est l'anode. L'anode est en contact avec la couche P. Puis de bas en haut se trouvent : la couche de base n, la couche de base p (ayant une borne d'électrode de commande), la couche n, qui est en contact direct avec la borne cathodique. Quatre couches forment trois jonctions p-n : j1 entre les couches p et n ; j2 entre les couches n et p ; j3 entre les couches p et n.

La phase 1- inclusion. Le passage de la structure du thyristor de l'état bloqué à l'état passant (mise sous tension) n'est possible que lorsqu'une tension continue est appliquée entre l'anode et la cathode. Les transitions j1 et j3 sont décalées vers l'avant et ne gênent pas le passage des porteurs de charge. La totalité de la tension est appliquée à la jonction médiane j2, qui est polarisée en inverse. Près de la transition j2, une zone dépourvue de porteurs de charge se forme, appelée région de charge d'espace. Pour activer le thyristor GTO, une tension de polarité positive U G est appliquée à l'électrode de commande et à la cathode via le circuit de commande (la borne «+» de la couche p). En conséquence, le courant de commutation I G circule dans le circuit.

Les thyristors à coupure ont des exigences strictes concernant la pente du front dIG/dt et l'amplitude du courant de commande IGM. Par la jonction j3, en plus du courant de fuite, le courant d'activation I G commence à circuler. Les électrons créant ce courant seront injectés de la couche n dans la couche p. Ensuite, certains d’entre eux seront transférés par le champ électrique de la transition de base j2 vers la couche n.

Dans le même temps, la contre-injection de trous de la couche p à la couche n puis à la couche p va augmenter, c'est-à-dire Il y aura une augmentation du courant créé par les porteurs de charge minoritaires.

Le courant total traversant la jonction de base j2 dépasse le courant d'activation, le thyristor s'ouvre, après quoi les porteurs de charge traverseront librement ses quatre régions.

Phase 2- État conducteur. En mode de circulation de courant continu, il n'est pas nécessaire de fournir un courant de commande I G si le courant dans le circuit anodique dépasse le courant de maintien. Cependant, en pratique, pour que toutes les structures du thyristor désactivé soient constamment dans un état conducteur, il est encore nécessaire de maintenir le courant prévu pour un régime de température donné. Ainsi, pendant tout l'état de mise sous tension et de conduction, le système de commande génère une impulsion de courant de polarité positive.

A l'état conducteur, toutes les zones de la structure semi-conductrice assurent un mouvement uniforme des porteurs de charge (électrons de la cathode à l'anode, trous en sens inverse). Le courant anodique circule par les transitions j1, j2, et le courant total de l'anode et de l'électrode de commande traverse la transition j3.

Phase 3- fermer. Pour désactiver le thyristor GTO avec une polarité de tension constante U T (voir Fig. 3), une tension de polarité négative UGR est appliquée à l'électrode de commande et à la cathode via le circuit de commande. Il provoque un courant de coupure dont la circulation conduit à la résorption des principaux porteurs de charge (trous) dans la couche de base p. En d’autres termes, il y a une recombinaison de trous entrés dans la couche p à partir de la couche de base n et d’électrons entrés dans la même couche via l’électrode de commande.

Au fur et à mesure que la jonction de base j2 s'en libère, le thyristor commence à se bloquer. Ce processus se caractérise par une forte diminution du courant direct I T du thyristor sur une courte période jusqu'à une petite valeur I TQT (voir Fig. 2). Immédiatement après le verrouillage de la transition de base j2, la transition j3 commence à se fermer, cependant, en raison de l'énergie stockée dans l'inductance des circuits de commande, elle reste dans un état légèrement ouvert pendant un certain temps.

Riz. 2. Graphiques des modifications du courant anodique (iT) et de l'électrode de commande (iG)

Une fois toute l’énergie stockée dans l’inductance du circuit de commande consommée, la jonction j3 côté cathode est complètement désactivée. À partir de ce moment, le courant traversant le thyristor est égal au courant de fuite qui circule de l'anode à la cathode à travers le circuit d'électrode de commande.

Le processus de recombinaison et, par conséquent, de désactivation du thyristor de désactivation dépend en grande partie de la pente du front dIGQ/dt et de l'amplitude I GQ du courant de commande inverse. Pour assurer la pente et l'amplitude requises de ce courant, une tension UG doit être appliquée à l'électrode de commande, qui ne doit pas dépasser la valeur admissible pour la transition j3.

Phase 4- état de blocage. En mode état de blocage, la tension de polarité négative U GR de l'unité de commande reste appliquée à l'électrode de commande et à la cathode. Le courant total I GR circule dans le circuit de commande, constitué du courant de fuite des thyristors et du courant de commande inverse passant par la jonction j3. La transition j3 est polarisée en sens inverse. Ainsi, dans un thyristor GTO à l'état de blocage direct, deux jonctions (j2 et j3) sont polarisées en inverse et deux régions de charge d'espace sont formées.

Pendant tout l'état d'arrêt et de blocage, le système de contrôle génère une impulsion de polarité négative.

Circuits de sécurité

L'utilisation de thyristors GTO nécessite l'utilisation de circuits de protection spéciaux. Ils augmentent le poids et les dimensions, le coût du convertisseur, et nécessitent parfois des dispositifs de refroidissement supplémentaires, mais sont nécessaires au fonctionnement normal des appareils.

Le but de tout circuit de protection est de limiter le taux d'augmentation de l'un des deux paramètres de l'énergie électrique lors de la commutation d'un dispositif semi-conducteur. Dans ce cas, les condensateurs du circuit de protection CB (Fig. 3) sont connectés en parallèle au dispositif protégé T. Ils limitent le taux d'augmentation de la tension directe dUT/dt lorsque le thyristor est bloqué.

Les selfs LE sont installées en série avec le dispositif T. Elles limitent la vitesse de montée du courant direct dIT/dt lorsque le thyristor est passant. Les valeurs dUT/dt et dIT/dt pour chaque appareil sont standardisées, elles sont indiquées dans les ouvrages de référence et les données de passeport des appareils.

Riz. 3. Schéma du circuit de protection

En plus des condensateurs et des selfs, des éléments supplémentaires sont utilisés dans les circuits de protection pour assurer la décharge et la charge des éléments réactifs. Il s'agit notamment de : la diode DB, qui contourne la résistance RB lorsque le thyristor T est bloqué et le condensateur CB est chargé, la résistance RB, qui limite le courant de décharge du condensateur CB lorsque le thyristor T est passant.

Système de contrôle

Le système de commande (CS) contient les blocs fonctionnels suivants : un circuit de validation constitué d'un circuit pour générer une impulsion de déverrouillage et d'une source de signal pour maintenir le thyristor à l'état ouvert ; circuit pour générer un signal de verrouillage ; circuit de maintien du thyristor à l'état fermé.

Tous les types de systèmes de contrôle ne nécessitent pas tous les blocs répertoriés, mais chaque système de contrôle doit contenir des circuits pour générer des impulsions de déverrouillage et de verrouillage. Dans ce cas, il est nécessaire d'assurer l'isolation galvanique du circuit de commande et du circuit de puissance du thyristor désactivé.

Pour contrôler le fonctionnement du thyristor désactivé, deux systèmes de contrôle principaux sont utilisés, qui diffèrent par la manière dont ils fournissent un signal à l'électrode de commande. Dans le cas présenté à la Fig. 4, les signaux générés par le bloc logique St sont soumis à une isolation galvanique (séparation de potentiel), après quoi ils sont fournis via les touches SE et SA à l'électrode de commande du thyristor T désactivé. Dans le second cas, les signaux agir d'abord sur les touches SE (on) et SA (off), qui sont sous le même potentiel que l'unité de commande, sont ensuite fournies à l'électrode de commande à travers les dispositifs d'isolation galvanique UE et UA.

En fonction de l'emplacement des clés SE et SA, on distingue les schémas de contrôle à faible potentiel (NPSU) et à haut potentiel (VPSU, Fig. 4).

Riz. 4. Option circuit de commande

Le système de contrôle NPSU est structurellement plus simple que le VPSU, mais ses capacités sont limitées en termes de génération de signaux de commande de longue durée fonctionnant en mode courant continu circulant à travers le thyristor, ainsi que pour assurer la pente des impulsions de commande. Pour générer des signaux de longue durée, il est nécessaire d’utiliser des circuits push-pull plus coûteux.

Dans VPSU, une pente élevée et une durée accrue du signal de commande sont obtenues plus facilement. De plus, ici, le signal de commande est entièrement utilisé, tandis que dans le NPSU, sa valeur est limitée par un dispositif de séparation de potentiel (par exemple, un transformateur d'impulsions).

Un signal d'information - une commande d'allumage ou d'extinction - est généralement fourni au circuit via un convertisseur optoélectronique.

Thyristors GCT

Au milieu des années 90, ABB et Mitsubishi ont développé un nouveau type de thyristors à commutation de grille (GCT). En fait, le GCT est une nouvelle amélioration du GTO, ou sa modernisation. Cependant, la conception fondamentalement nouvelle de l'électrode de commande, ainsi que les processus sensiblement différents qui se produisent lorsque l'appareil est éteint, incitent à l'envisager.

Le GCT a été conçu pour être exempt des défauts du GTO, nous devons donc d'abord résoudre les problèmes qui surviennent avec le GTO.

Le principal inconvénient du GTO réside dans les pertes d'énergie importantes dans les circuits de protection de l'appareil lors de sa commutation. L'augmentation de la fréquence augmente les pertes, c'est pourquoi, dans la pratique, les thyristors GTO sont commutés avec une fréquence ne dépassant pas 250-300 Hz. Les principales pertes se produisent dans la résistance RB (voir Fig. 3) lorsque le thyristor T est bloqué et, par conséquent, le condensateur CB est déchargé.

Le condensateur CB est conçu pour limiter le taux d'augmentation de la tension directe du/dt lorsque l'appareil est éteint. En rendant le thyristor insensible à l'effet du/dt, il a été possible d'abandonner le circuit d'amortissement (le circuit de formation de chemin de commutation), qui était implémenté dans la conception du GCT.

Caractéristiques de contrôle et de conception

La principale caractéristique des thyristors GCT, par rapport aux dispositifs GTO, est un arrêt rapide, obtenu à la fois en modifiant le principe de contrôle et en améliorant la conception de l'appareil. Un arrêt rapide est réalisé en convertissant la structure du thyristor en une structure de transistor lorsque le dispositif est éteint, ce qui rend le dispositif insensible à l'effet du/dt.

Le GCT dans les phases passante, conductrice et bloquante est contrôlé de la même manière que le GTO. Lorsqu'il est désactivé, le contrôle GCT a deux fonctionnalités :

• le courant de commande Ig est égal ou supérieur au courant anodique Ia (pour les thyristors GTO, Ig est 3 à 5 fois inférieur) ;
• l'électrode de commande a une faible inductance, ce qui permet d'atteindre un taux de montée du courant de commande dig/dt de 3000 A/µs ou plus (pour les thyristors GTO, la valeur dig/dt est de 30 à 40 A/µs).

Riz. 5. Répartition des courants dans la structure du thyristor GCT lorsqu'il est éteint

En figue. La figure 5 montre la répartition des courants dans la structure du thyristor GCT lorsque l'appareil est éteint. Comme indiqué, le processus de mise sous tension est similaire à celui des thyristors GTO. Le processus d'arrêt est différent. Après application d'une impulsion de commande négative (-Ig) d'amplitude égale à la valeur du courant anodique (Ia), tout courant continu traversant le dispositif est dévié vers le système de commande et atteint la cathode, en contournant la transition j3 (entre les régions p et n). La jonction j3 est polarisée en inverse et le transistor cathodique npn est bloqué. La désactivation supplémentaire du GCT est similaire à la désactivation de tout transistor bipolaire, ce qui ne nécessite pas de limitation externe du taux d'augmentation de la tension directe du/dt et permet donc l'absence de chaîne d'amortissement.

Le changement dans la conception du GCT est dû au fait que les processus dynamiques qui se produisent dans l'appareil lorsqu'il est éteint se déroulent un à deux ordres de grandeur plus rapidement que dans le GTO. Ainsi, si le temps minimum d'arrêt et de blocage pour GTO est de 100 μs, pour GCT cette valeur ne dépasse pas 10 μs. Le taux d'augmentation du courant de commande lors de la désactivation du GCT est de 3 000 A/µs, GTO - ne dépasse pas 40 A/µs.

Pour garantir une dynamique élevée des processus de commutation, la conception de la sortie de l'électrode de commande et la connexion de l'appareil au formateur d'impulsions du système de contrôle ont été modifiées. La sortie se fait en anneau, encerclant l'appareil en cercle. L'anneau traverse le corps céramique du thyristor et est en contact : intérieurement avec les alvéoles de l'électrode de commande ; à l'extérieur - avec une plaque reliant l'électrode de commande au générateur d'impulsions.

Aujourd'hui, les thyristors GTO sont produits par plusieurs grandes entreprises au Japon et en Europe : Toshiba, Hitachi, Mitsubishi, ABB, Eupec. Paramètres de l'appareil pour la tension UDRM : 2 500 V, 4 500 V, 6 000 V ; par courant ITGQM (courant de verrouillage répétitif maximum) : 1000 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A, 4000 A, 6000 A.

Les thyristors GCT sont produits par Mitsubishi et ABB. Les appareils sont conçus pour une tension UDRM jusqu'à 4 500 V et un courant ITGQM jusqu'à 4 000 A.

Actuellement, l'entreprise russe Elektrovypryamitel OJSC (Saransk) fabrique des thyristors GCT et GTO. Des thyristors des séries TZ-243, TZ-253, TZ-273, ZTA-173, ZTA-193, ZTF-193 sont produits (similaires à GCT ) etc. avec un diamètre de plaquette de silicium allant jusqu'à 125 mm et une plage de tension UDRM 1200 - 6000 V et de courant ITGQM 630 - 4000 A.

Parallèlement aux thyristors de coupure et pour être utilisés avec eux, JSC Elektrovypryamitel a développé et mis en production en série des diodes à récupération rapide pour les circuits d'amortissement (amortisseur) et des diodes à courant inverse, ainsi qu'un puissant transistor à impulsions pour les étages de sortie. du pilote de contrôle (système de contrôle).

Thyristors IGCT

Grâce au concept de contrôle strict (contrôle fin des profils d'alliage, technologie mesa, irradiation de protons et d'électrons pour créer une répartition particulière de centres de recombinaison contrôlés, technologie des émetteurs dits transparents ou minces, utilisation d'une couche tampon dans le région de base n, etc.), il a été possible d'obtenir une amélioration significative des caractéristiques de GTO lorsqu'il est désactivé. La prochaine avancée majeure dans la technologie HD GTO du point de vue des appareils, du contrôle et des applications a été l'idée de dispositifs contrôlés basés sur le nouveau thyristor à commutation de grille intégré (IGCT). Grâce à la technologie de contrôle strict, une commutation uniforme augmente la zone de fonctionnement sûre de l'IGCT jusqu'aux limites limitées par la rupture d'avalanche, c'est-à-dire aux capacités physiques du silicium. Aucun circuit de protection contre le dépassement du/dt n'est requis. En combinaison avec des performances améliorées en matière de perte de puissance, de nouvelles applications ont été trouvées dans la gamme des kilohertz. La puissance requise pour le contrôle est réduite d'un facteur 5 par rapport aux GTO standards, principalement en raison de la conception de l'anode transparente. La nouvelle famille de dispositifs IGCT, avec des diodes monolithiques intégrées haute puissance, a été développée pour des applications dans la plage de 0,5 à 6 MV*A. Grâce aux capacités techniques existantes de connexion série et parallèle, les dispositifs IGCT permettent d'augmenter le niveau de puissance jusqu'à plusieurs centaines de mégavolts - ampères.

Avec une unité de contrôle intégrée, le courant cathodique diminue avant que la tension anodique ne commence à augmenter. Ceci est obtenu grâce à la très faible inductance du circuit de l'électrode de commande, réalisée grâce à la connexion coaxiale de l'électrode de commande en combinaison avec une carte de commande multicouche. Il est ainsi devenu possible d'atteindre une vitesse de courant de coupure de 4 kA/µs. À la tension de commande UGK=20 V. lorsque le courant cathodique devient nul, le courant anodique restant va à l'unité de commande, qui a à ce moment une faible résistance. De ce fait, la consommation d'énergie de l'unité de contrôle est minimisée.

Travaillant avec un contrôle « dur », le thyristor, lorsqu'il est allumé, passe de l'état p-n-p-n au mode p-n-p en 1 μs. La coupure s'effectue entièrement en mode transistor, éliminant ainsi toute possibilité d'effet déclencheur.

La réduction de l'épaisseur du dispositif est obtenue en utilisant une couche tampon du côté anode. La couche tampon des semi-conducteurs de puissance améliore les performances des éléments traditionnels en réduisant leur épaisseur de 30 % pour la même tension de claquage direct. Le principal avantage des éléments minces réside dans leurs caractéristiques technologiques améliorées avec de faibles pertes statiques et dynamiques. Une telle couche tampon dans un dispositif à quatre couches nécessite la suppression des courts-circuits anodiques, mais libère néanmoins efficacement des électrons pendant l'arrêt. Le nouveau dispositif IGCT combine une couche tampon avec un émetteur anodique transparent. L'anode transparente est une jonction pn avec une efficacité d'émetteur contrôlée par le courant.

Pour une immunité au bruit et une compacité maximales, l'unité de contrôle entoure l'IGCT, formant une structure unique avec le refroidisseur, et contient uniquement la partie du circuit nécessaire au contrôle de l'IGCT lui-même. En conséquence, le nombre d'éléments de l'unité de commande est réduit, les paramètres de dissipation thermique, les surcharges électriques et thermiques sont réduits. Par conséquent, le coût de l’unité de contrôle et le taux de défaillance sont également considérablement réduits. L'IGCT, avec son unité de contrôle intégrée, se fixe facilement dans le module et est connecté avec précision à l'alimentation électrique et à la source du signal de commande via fibre optique. En relâchant simplement le ressort, une force de serrage calculée avec précision est appliquée à l'IGCT, créant un contact électrique et thermique, grâce à un système de contact de serrage soigneusement conçu. Cela garantit une facilité de montage maximale et une fiabilité maximale. Lors du fonctionnement de l'IGCT sans amortisseur, la diode de roue libre doit également fonctionner sans amortisseur. Ces exigences sont satisfaites par une diode haute puissance dans un boîtier de serrage aux caractéristiques améliorées, produite à l'aide d'un processus d'irradiation en combinaison avec des processus classiques. La capacité à fournir di/dt est déterminée par le fonctionnement de la diode (voir Fig. 6).

Riz. 6. Schéma simplifié d'un onduleur triphasé sur IGCT

Le principal fabricant d'IGCT est ABB Paramètres de tension des thyristors U DRM : 4 500 V, 6 000 V ; courant ITGQM : 3000 A, 4000 A.

Conclusion

Le développement rapide de la technologie des transistors de puissance au début des années 90 a conduit à l'émergence d'une nouvelle classe de dispositifs : les transistors bipolaires à grille isolée (IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistors). Les principaux avantages de l'IGBT sont la fréquence de fonctionnement élevée, l'efficacité, la simplicité et la compacité des circuits de commande (en raison du faible courant de commande).

L'émergence ces dernières années d'IGBT avec des tensions de fonctionnement jusqu'à 4 500 V et la capacité de commuter des courants jusqu'à 1 800 A a conduit au déplacement des thyristors à coupure déclenchée (GTO) dans des appareils d'une puissance jusqu'à 1 MW et d'une tension jusqu'à 3,5 kV.

Cependant, les nouveaux dispositifs IGCT, capables de fonctionner à des fréquences de commutation de 500 Hz à 2 kHz et offrant des performances supérieures à celles des IGBT, combinent une combinaison optimale d'une technologie de thyristors éprouvée avec ses faibles pertes inhérentes et d'une technologie de coupure sans amortisseur et très efficace. électrode de commande L’IGCT est aujourd’hui la solution idéale pour les applications d’électronique de puissance moyenne et haute tension.

Les caractéristiques des interrupteurs de puissance puissants et modernes avec dissipateur thermique double face sont présentées dans le tableau. 1.

Tableau 1. Caractéristiques des interrupteurs puissants et modernes avec dissipateur thermique double face

Type d'appareil	Avantages	Défauts	Domaines d'utilisation
Thyristor traditionnel (SCR)	Pertes les plus faibles à l’état activé. Capacité de surcharge la plus élevée. Grande fiabilité. Facilement connecté en parallèle et en série.	Non capable de verrouillage forcé via l'électrode de commande. Faible fréquence de fonctionnement.	Entraînement CC ; alimentations puissantes; soudage; fusion et chauffage; compensateurs statiques; Clés AC
GTO	Capacité de verrouillage contrôlée. Capacité de surcharge relativement élevée. Possibilité de connexion série. Fréquences de fonctionnement jusqu'à 250 Hz à des tensions jusqu'à 4 kV.	Pertes élevées à l'état passant. Très grosses pertes dans le système de contrôle. Systèmes complexes de contrôle et de fourniture d'énergie au potentiel. Grandes pertes de commutation.	Entraînement électrique ; compensateurs statiques, puissance réactive; systèmes d'alimentation électrique sans coupure ; chauffage par induction
IGCT	Capacité de verrouillage contrôlée. La capacité de surcharge est la même que celle du GTO. Faibles pertes de commutation à l’état passant. Fréquence de fonctionnement - jusqu'à unités, kHz. Unité de commande intégrée (pilote). Possibilité de connexion série.	Non identifié en raison du manque d’expérience opérationnelle	Alimentations électriques puissantes (sous-stations d'onduleur et de redressement des lignes de transmission à courant continu) ; entraînement électrique (onduleurs de tension pour convertisseurs de fréquence et entraînements électriques à des fins diverses)
IGBT	Capacité de verrouillage contrôlée. Fréquence de fonctionnement la plus élevée (jusqu'à 10 kHz). Système de contrôle simple et faible consommation. Pilote intégré.	Pertes très élevées à l'état passant.	Entraînement électrique (hachoirs); systèmes d'alimentation électrique sans interruption ; compensateurs statiques et filtres actifs ; alimentations clés

Contenu:

La découverte des propriétés des transitions semi-conductrices peut à juste titre être considérée comme l'une des plus importantes du XXe siècle. En conséquence, les premiers dispositifs semi-conducteurs sont apparus - des diodes et des transistors. Ainsi que les schémas dans lesquels ils sont utilisés. L'un de ces circuits est la connexion de deux transistors bipolaires de types opposés - p-n-p c n-p-n. Ce circuit est illustré ci-dessous dans l'image (b). Il illustre ce qu'est un thyristor et le principe de son fonctionnement. Il contient des commentaires positifs. En conséquence, chaque transistor augmente les propriétés d'amplification de l'autre transistor.

Équivalent transistor

Dans ce cas, tout changement de conductivité des transistors dans n'importe quelle direction augmente comme une avalanche et se termine dans l'un des états limites. Ils sont soit verrouillés, soit déverrouillés. Cet effet est appelé déclenchement. Et au fur et à mesure du développement de la microélectronique, les deux transistors furent réunis en 1958 sur le même substrat, généralisant les transitions du même nom. Le résultat fut un nouveau dispositif semi-conducteur appelé thyristor. Le principe de fonctionnement d'un thyristor repose sur l'interaction de deux transistors. Grâce à la combinaison des transitions, il possède le même nombre de broches que le transistor (a).

Dans le schéma, l'électrode de commande est la base de la structure du transistor n-p-n. C'est le courant de base du transistor qui modifie la conductivité entre son collecteur et son émetteur. Mais le contrôle peut également être effectué sur la base p-n-p transistor. C'est le dispositif d'un thyristor. Le choix de l'électrode de commande est déterminé par ses caractéristiques, notamment les tâches effectuées. Par exemple, certains d’entre eux n’utilisent aucun signal de commande. Alors pourquoi utiliser des électrodes de contrôle...

Dinistor

Ce sont des tâches dans lesquelles des variétés de thyristors à deux électrodes - les dinistors - sont utilisées. Ils contiennent des résistances connectées à l'émetteur et à la base de chaque transistor. Plus loin sur le schéma, ce sont R1 et R3. Pour chaque appareil électronique, il existe des restrictions sur la quantité de tension appliquée. Par conséquent, jusqu'à une certaine valeur, les résistances mentionnées maintiennent chacun des transistors dans un état verrouillé. Mais avec une nouvelle augmentation de la tension, des courants de fuite apparaissent à travers les jonctions collecteur-émetteur.

Ils sont captés par une rétroaction positive et les deux transistors, c'est-à-dire le dinistor, sont déverrouillés. Pour ceux qui souhaitent expérimenter, une image avec un diagramme et les valeurs des composants est présentée ci-dessous. Vous pouvez l'assembler et vérifier ses propriétés de fonctionnement. Faisons attention à la résistance R2, qui diffère par le choix de la valeur souhaitée. Il complète l'effet de fuite et donc la tension de déclenchement. Par conséquent, un dinistor est un thyristor dont le principe de fonctionnement est déterminé par la valeur de la tension d'alimentation. S'il est relativement grand, il s'allumera. Bien entendu, il est également intéressant de savoir comment l’éteindre.

Difficulté à s'éteindre

Éteindre les thyristors était, comme on dit, difficile. Pour cette raison, pendant assez longtemps, les types de thyristors se sont limités aux seules deux structures mentionnées ci-dessus. Jusqu'au milieu des années 90 du XXe siècle, seuls ces deux types de thyristors étaient utilisés. Le fait est que la désactivation du thyristor ne peut se produire que lorsque l'un des transistors est désactivé. Et pendant un certain temps. Elle est déterminée par le taux de disparition des charges correspondant à la transition gated. Le moyen le plus fiable de « clouer » ces charges est de couper complètement le courant circulant dans le thyristor.

La plupart d’entre eux fonctionnent de cette façon. Non pas en courant continu, mais en courant redressé, correspondant à une tension sans filtrage. Elle passe de zéro à la valeur d'amplitude, puis diminue à nouveau jusqu'à zéro. Et ainsi de suite, selon la fréquence de la tension alternative redressée. A un instant donné entre les valeurs de tension nulle, un signal est envoyé à l'électrode de commande et le thyristor est déverrouillé. Et lorsque la tension passe par zéro, elle se verrouille à nouveau.

Pour l'éteindre à une tension et un courant constants, pour lesquels il n'y a pas de valeur nulle, il faut un shunt qui fonctionne pendant un certain temps. Dans sa forme la plus simple, il s'agit soit d'un bouton connecté à l'anode et à la cathode, soit connecté en série. Si l'appareil est déverrouillé, il présente une tension résiduelle. En appuyant sur le bouton, il est remis à zéro et le courant qui le traverse s'arrête. Mais si le bouton ne contient pas de dispositif spécial et que ses contacts s'ouvrent, le thyristor se rallumera certainement.

Cet appareil doit être un condensateur connecté en parallèle avec le thyristor. Il limite le taux d’augmentation de la tension aux bornes de l’appareil. Ce paramètre est le plus regrettable lors de l'utilisation de ces dispositifs semi-conducteurs, car la fréquence de fonctionnement avec laquelle le thyristor est capable de commuter la charge est réduite et, par conséquent, la puissance commutée. Ce phénomène est dû aux capacités internes caractéristiques de chacun des modèles de ces dispositifs semi-conducteurs.

La conception de tout dispositif semi-conducteur forme inévitablement un groupe de condensateurs. Plus la tension augmente rapidement, plus les courants qui les chargent sont importants. De plus, ils se produisent dans toutes les électrodes. Si un tel courant dans l'électrode de commande dépasse une certaine valeur seuil, le thyristor s'allumera. Le paramètre dU/dt est donc donné pour tous les modèles.

• La coupure du thyristor, du fait du passage de la tension d'alimentation par zéro, est dite naturelle. Les options d'arrêt restantes sont dites forcées ou artificielles.

Variété de gamme de modèles

Ces options de commutation ajoutent de la complexité aux commutateurs à thyristors et réduisent leur fiabilité. Mais le développement de la variété des thyristors s'est avéré très fructueux.

De nos jours, la production industrielle d'un grand nombre de variétés de thyristors est maîtrisée. Leur champ d'application ne concerne pas seulement les circuits de puissance puissants (dans lesquels des diode-thyristor, triac), mais aussi des circuits de commande (dinistor, optothyristor). Le thyristor dans le diagramme est représenté comme indiqué ci-dessous.

Parmi eux, il existe des modèles dont les tensions et courants de fonctionnement sont les plus élevés parmi tous les dispositifs à semi-conducteurs. L’alimentation électrique industrielle étant impensable sans transformateurs, le rôle des thyristors dans son développement ultérieur est fondamental. Les modèles haute fréquence verrouillables dans les onduleurs assurent la génération de tension alternative. De plus, sa valeur peut atteindre 10 kV avec une fréquence de 10 kilohertz pour une intensité de courant de 10 kA. Les dimensions des transformateurs sont réduites plusieurs fois.

Le thyristor commutable est activé et désactivé uniquement en influençant l'électrode de commande avec des signaux spéciaux. La polarité correspond à la structure spécifique de cet appareil électronique. C'est l'une des variétés les plus simples, appelée GTO. En plus de cela, des thyristors d'arrêt plus complexes avec des structures de contrôle intégrées sont utilisés. Ces modèles sont appelés GCT et aussi IGCT. L'utilisation de transistors à effet de champ dans ces structures classe les thyristors bloqués parmi les dispositifs de la famille MCT.

Nous avons essayé de rendre notre avis informatif non seulement pour les visiteurs avertis de notre site, mais également pour les nuls. Maintenant que nous savons comment fonctionne un thyristor, nous pouvons mettre ces connaissances en pratique. Par exemple, lors de simples réparations d’appareils électroménagers. L'essentiel est que pendant que vous vous laissez emporter par votre travail, n'oubliez pas les précautions de sécurité !

Pour comprendre le fonctionnement du circuit, vous devez connaître l'action et le but de chacun des éléments. Dans cet article, nous examinerons le principe de fonctionnement d'un thyristor, les différents types et modes de fonctionnement, caractéristiques et types. Nous essaierons de tout expliquer le plus clairement possible, afin que ce soit clair même pour les débutants.

Un thyristor est un élément semi-conducteur qui n'a que deux états : « ouvert » (le courant circule) et « fermé » (pas de courant). De plus, les deux états sont stables, c’est-à-dire que la transition ne se produit que sous certaines conditions. La commutation elle-même se produit très rapidement, mais pas instantanément.

Par son mode d'action, il peut être comparé à un interrupteur ou à une clé. Mais le thyristor commute en utilisant la tension et s'éteint lorsque le courant est perdu ou que la charge est supprimée. Le principe de fonctionnement d’un thyristor n’est donc pas difficile à comprendre. Vous pouvez la considérer comme une clé à commande électrique. Eh bien pas vraiment.

Un thyristor possède généralement trois sorties. Un contrôle et deux à travers lesquels le courant circule. Vous pouvez essayer de décrire brièvement le principe de fonctionnement. Lorsqu'une tension est appliquée à la sortie de commande, le circuit est commuté via le collecteur d'anode. Autrement dit, il est comparable à un transistor. La seule différence est que dans un transistor, la quantité de courant transmis dépend de la tension appliquée à la borne de commande. Et le thyristor est soit complètement ouvert, soit complètement fermé.

Apparence

L'apparence du thyristor dépend de la date de sa fabrication. Les éléments de l’époque de l’Union soviétique sont en métal, en forme de « soucoupe volante » à trois bornes. Deux bornes - la cathode et l'électrode de commande - sont situées sur le « fond » ou le « couvercle » (quel que soit le côté que vous regardez). De plus, l’électrode de commande est de plus petite taille. L'anode peut être située du côté opposé de la cathode ou dépasser du côté sous la rondelle qui se trouve sur le corps.

Deux types de thyristors - modernes et soviétiques, désignation sur schémas

Les thyristors modernes sont différents. Il s'agit d'un petit rectangle en plastique avec une plaque métallique en haut et trois épingles en bas. Dans la version moderne, il y a un inconvénient : vous devez regarder dans la description laquelle des bornes est l'anode, où se trouvent la cathode et l'électrode de commande. Généralement, la première est l’anode, puis la cathode et celle à l’extrême droite est l’électrode. Mais c’est généralement le cas, c’est-à-dire pas toujours.

Principe d'opération

Selon le principe de fonctionnement, un thyristor peut également être comparé à une diode. Il fera passer le courant dans une direction - de l'anode à la cathode, mais cela ne se produira qu'à l'état « ouvert ». Dans les schémas, un thyristor ressemble à une diode. Il existe également une anode et une cathode, mais il existe également un élément supplémentaire - une électrode de commande. Bien sûr, il existe des différences dans la tension de sortie (par rapport à une diode).

Dans les circuits à tension alternative, le thyristor ne laissera passer qu'une seule alternance - la supérieure. Lorsque la demi-onde inférieure arrive, elle se réinitialise à l'état « fermé ».

Le principe de fonctionnement d'un thyristor en termes simples

Considérons le principe de fonctionnement d'un thyristor. L'état de départ de l'élément est fermé. Le « signal » pour passer à l’état « ouvert » est l’apparition d’une tension entre l’anode et la borne de commande. Il existe deux manières de remettre le thyristor à l'état « fermé » :

• retirer la charge ;
• réduire le courant en dessous du courant de maintien (une des caractéristiques techniques).

Dans les circuits à tension variable, en règle générale, le thyristor est réinitialisé selon la deuxième option. Le courant alternatif dans un réseau domestique a une forme sinusoïdale lorsque sa valeur s'approche de zéro et qu'une réinitialisation se produit. Dans les circuits alimentés par des sources CC, il est nécessaire soit de couper l'alimentation de force, soit de retirer la charge.

Autrement dit, le thyristor fonctionne différemment dans les circuits à tension constante et alternative. Dans un circuit à tension constante, après l'apparition d'une tension à court terme entre l'anode et la borne de commande, l'élément passe à l'état « ouvert ». Il peut alors y avoir deux scénarios :

• L'état « ouvert » est maintenu même après la disparition de la tension de sortie de commande de l'anode. Ceci est possible si la tension appliquée à la borne de commande de l'anode est supérieure à la tension de non-déverrouillage (cette donnée figure dans les spécifications techniques). Le flux de courant à travers le thyristor est arrêté, en fait uniquement en coupant le circuit ou en coupant la source d'alimentation. De plus, l’arrêt/coupure du circuit peut être de très courte durée. Une fois le circuit rétabli, aucun courant ne circule jusqu'à ce que la tension soit à nouveau appliquée à la borne de commande de l'anode.
• Après avoir supprimé la tension (elle est inférieure à la tension de déverrouillage), le thyristor passe immédiatement à l'état « fermé ».

Ainsi, dans les circuits CC, il existe deux options pour utiliser un thyristor : avec et sans maintien de l'état ouvert. Mais le plus souvent, ils utilisent le premier type - lorsqu'il reste ouvert.

Le principe de fonctionnement d'un thyristor dans les circuits à tension alternative est différent. Là, le retour à l'état verrouillé se produit « automatiquement » - lorsque le courant descend en dessous du seuil de maintien. Si la tension est constamment appliquée à l'anode-cathode, à la sortie du thyristor, nous obtenons des impulsions de courant qui se produisent à une certaine fréquence. C’est exactement ainsi que sont construites les alimentations à découpage. À l’aide d’un thyristor, ils convertissent l’onde sinusoïdale en impulsions.

Vérification de la fonctionnalité

Vous pouvez vérifier le thyristor à l'aide d'un multimètre ou en créant un simple circuit de test. Si vous avez les spécifications techniques sous les yeux lors d'un test, vous pouvez en même temps vérifier la résistance des transitions.

Test avec un multimètre

Tout d'abord, analysons le test de continuité avec un multimètre. Nous passons l'appareil en mode de numérotation.

Veuillez noter que la valeur de la résistance varie d'une série à l'autre - vous ne devez pas y prêter une attention particulière. Si vous souhaitez vérifier la résistance des transitions, regardez les spécifications techniques.

La figure montre les diagrammes de test. La figure à l'extrême droite est une version améliorée avec un bouton installé entre la cathode et le terminal de commande. Pour que le multimètre enregistre le courant circulant dans le circuit, appuyez brièvement sur le bouton.

Utiliser une ampoule et une source DC (une batterie fonctionnera également)

Si vous n'avez pas de multimètre, vous pouvez tester le thyristor à l'aide d'une ampoule et d'une source d'alimentation. Même une batterie ordinaire ou toute autre source de tension constante fera l’affaire. Mais la tension doit être suffisante pour allumer l'ampoule. Vous aurez également besoin d'une résistance ou d'un morceau de fil ordinaire. Un circuit simple est assemblé à partir de ces éléments :

• Le plus de la source d'alimentation est fourni à l'anode.
• Nous connectons une ampoule à la cathode et connectons sa deuxième borne au négatif de la source d'alimentation. La lumière ne s'allume pas car la thermistance est verrouillée.
• Connectez brièvement (à l'aide d'un morceau de fil ou d'une résistance) l'anode et la borne de commande.
• Le voyant s'allume et continue de s'allumer même si le cavalier est retiré. La thermistance reste ouverte.
• Si vous dévissez l'ampoule ou éteignez la source d'alimentation, l'ampoule s'éteindra naturellement.
• Si le circuit/l'alimentation est rétabli, il ne s'allumera pas.

Parallèlement au test, ce circuit permet de comprendre le principe de fonctionnement du thyristor. Après tout, l’image s’avère très claire et compréhensible.

Types de thyristors et leurs propriétés particulières

Les technologies des semi-conducteurs sont toujours en cours de développement et d’amélioration. Au fil de plusieurs décennies, de nouveaux types de thyristors sont apparus, qui présentent quelques différences.

• Dinistors ou thyristors à diodes. Ils diffèrent en ce qu'ils n'ont que deux sorties. Ils sont ouverts en appliquant une haute tension à l'anode et à la cathode sous la forme d'une impulsion. Ils sont également appelés « thyristors non contrôlés ».
• SCR ou thyristors triodes. Ils disposent d'une électrode de commande, mais l'impulsion de commande peut être fournie :
  • Vers la sortie de contrôle et la cathode. Nom - avec contrôle cathodique.
  • À l'électrode de commande et à l'anode. En conséquence, contrôle de l'anode.

Il existe également différents types de thyristors selon le mode de verrouillage. Dans un cas, il suffit de réduire le courant anodique en dessous du niveau de courant de maintien. Dans un autre cas, une tension de blocage est appliquée à l'électrode de commande.

Par conductivité

Nous avons dit que les thyristors ne conduisent le courant que dans un seul sens. Il n'y a pas de conduction inverse. De tels éléments sont appelés non conducteurs inverses, mais il n'existe pas que de tels éléments. Il existe d'autres options :

• Ils ont une faible tension inverse et sont appelés conducteurs inverses.
• Avec conductivité inverse non standardisée. Ils sont installés dans des circuits où une tension inverse ne peut pas se produire.
• Triacs. Thyristors symétriques. Conduire le courant dans les deux sens.

Les thyristors peuvent fonctionner en mode commutation. Autrement dit, lorsqu'une impulsion de commande arrive, fournissez du courant à la charge. La charge, dans ce cas, est calculée sur la base de la tension ouverte. La puissance dissipée maximale doit également être prise en compte. Dans ce cas, mieux vaut choisir des modèles métalliques en forme de « soucoupe volante ». Il est pratique d'y fixer un radiateur pour un refroidissement plus rapide.

Classification par modes de fonctionnement spéciaux

Les sous-types de thyristors suivants peuvent également être distingués :

• Verrouillable et non verrouillable. Le principe de fonctionnement d'un thyristor déverrouillable est légèrement différent. Il est à l'état ouvert lorsque le plus est appliqué à l'anode, le moins est à la cathode. Il passe à l'état fermé lorsque la polarité change.
• Action rapide. Ils ont un court temps de transition d'un état à un autre.
• Impulsion. Il passe très rapidement d'un état à un autre et est utilisé dans des circuits à modes de fonctionnement pulsés.

L'objectif principal est d'allumer et d'éteindre une charge puissante à l'aide de signaux de commande de faible puissance.

Le principal domaine d'utilisation des thyristors est celui de clé électronique utilisée pour fermer et ouvrir un circuit électrique. En général, de nombreux appareils courants sont construits sur des thyristors. Par exemple, une guirlande avec des feux de position, des redresseurs, des sources de courant pulsé, des redresseurs et bien d'autres.

Caractéristiques et leur signification

Certains thyristors peuvent commuter des courants très élevés, auquel cas ils sont appelés thyristors de puissance. Ils sont fabriqués dans un boîtier métallique pour une meilleure dissipation de la chaleur. Les petits modèles avec un corps en plastique sont généralement des options à faible consommation utilisées dans les circuits à faible courant. Mais il y a toujours des exceptions. Ainsi, pour chaque objectif spécifique, l'option requise est sélectionnée. Ils sélectionnent bien entendu en fonction de paramètres. Voici les principaux :

Il existe également un paramètre dynamique - le temps de transition d'un état fermé à un état ouvert. Dans certains régimes, cela est important. Le type de vitesse peut également être indiqué : par temps de déverrouillage ou par temps de verrouillage.