Redresseurs contrôlés au silicium - Bases, fonctionnement et applications

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L'électronique de puissance moderne a vraiment commencé avec l'avènement des thyristors. Les thyristors sont également connus sous le nom de redresseurs contrôlés au silicium ou SCR. Il s'agit de dispositifs semi-conducteurs à quatre couches et à trois bornes. Et les thyristors sont des dispositifs unidirectionnels.

Les redresseurs contrôlés au silicium sont des dispositifs à semi-conducteurs généralement utilisés pour contrôler une puissance élevée couplée à une haute tension. Par conséquent, ces dispositifs trouvent des applications dans les systèmes de commande de puissance CA haute tension, les circuits de gradateurs de lampe, les circuits de régulation, etc. Le SCR trouve également une application dans le redressement du CA haute puissance dans la transmission de puissance CC haute tension. Le SCR appartient à la famille des thyristors et en fait, le nom SCR est le nom commercial du thyristor de General Electrics.




Le SCR est un appareil à quatre couches avec des matériaux alternés de type N et P. Le SCR se compose d'une quatre couches de semi-conducteur qui forme une structure PNPN ou NPNP. Le silicium est utilisé comme semi-conducteur intrinsèque, auquel les dopants appropriés sont ajoutés. Il a trois bornes appelées anode, cathode et porte. La cathode est la plus dopée et la grille et l'anode sont moins fortement dopées. La couche centrale de type N n'est que légèrement dopée et est également plus épaisse que les autres couches, ce qui lui permet de supporter une tension de blocage élevée.

Le SCR a trois jonctions à savoir J1, J2 et J3. L'anode est connectée au matériau de type P de la structure PNPN tandis que la cathode est connectée au matériau de type N. La porte est connectée au matériau de type P à proximité de la cathode.



Ce sont des dispositifs unidirectionnels et ne conduisent le courant que dans un seul sens. C'est de l'anode à la cathode. Le déclenchement du SCR a lieu lorsque sa grille reçoit une tension positive. Le SCR est généralement utilisé dans les applications de commutation telles que le pilote de relais, les chargeurs de batterie, etc.

Le thyristor a trois états de base:


Blocage inverse: Dans cet état, le thyristor bloque le courant de la même manière que celui d'une diode polarisée en inverse.

Blocage avant: Dans cet état, le fonctionnement des thyristors est tel qu'il bloque la conduction de courant directe qui serait normalement portée par une diode polarisée en direct.

Conduite avant: Dans cet état, le thyristor a été déclenché en conduction. Il restera conducteur jusqu'à ce que le courant direct tombe en dessous d'une valeur seuil connue sous le nom de courant de maintien.

Fonctionnement des thyristors

SCR-SYMBOLE

SCR-SYMBOLE

Le SCR démarre la conduction lorsqu'il est polarisé en direct. A cet effet, la cathode est maintenue à une tension négative et l'anode à une tension positive. Lorsque la tension de polarisation directe est appliquée au SCR, la jonction J1 et J3 devient polarisée en direct tandis que la jonction J2 devient polarisée en inverse. Lorsqu'une tension positive est appliquée à la grille, la jonction J2 devient polarisée en direct et le SCR devient passant.

THYRISTOR

En fonctionnement, le thyristor peut être considéré comme un transistor NPN et PNP connecté dos à dos, formant une boucle de rétroaction positive à l'intérieur du dispositif. Le transistor avec son émetteur connecté à la cathode du thyristor est un dispositif NPN tandis que le transistor avec son émetteur connecté à l'anode du thyristor est un appareil PNP . La grille est connectée à la base du transistor NPN. La sortie d'un transistor est appliquée à l'entrée du second et la sortie du second transistor est, à son tour, renvoyée à l'entrée du premier. Cela signifie que lorsqu'un courant commence à circuler, il s'accumule rapidement jusqu'à ce que les deux transistors soient complètement activés ou saturés. Voyons un petit exemple:

À partir du circuit ci-dessous, nous avons utilisé ici un thyristor TYN616.

Circuit THYRISTOR

  • Lorsque la porte est ouverte, trois tensions de rupture sont déterminées sur la tension directe minimale à laquelle le thyristor conduit fortement. Maintenant, la plupart de la tension d'alimentation apparaît à travers la résistance de charge. Le courant de maintien est la porte de courant d'anode maximum ouverte lors de la rupture.
  • Lorsque la porte à l'état OFF, le thyristor fournit une résistance à l'infini que dans l'état ON, il offre une résistance très faible, qui est de l'ordre de 0,010 à 10.

Mode de déclenchement

Dans l'état normal d'arrêt, le SCR empêche le passage de courant à travers celui-ci, mais lorsque la tension de grille à cathode augmente et dépasse un niveau particulier, le SCR s'allume et se conduit comme un transistor. Une particularité importante du SCR est que, une fois qu'il est conduit, il reste verrouillé et continue à conduire même après la suppression de la tension de grille. Le SCR reste activé jusqu'à ce que le courant de maintien des appareils tombe à une valeur faible. Mais si la porte reçoit une tension pulsée et que le courant à travers elle est inférieur au courant de verrouillage, le SCR restera à l'état désactivé. Le SCR peut être déclenché sans tension positive à la porte. Le SCR est généralement connecté avec l'anode au rail positif et la cathode au rail négatif. Si la tension appliquée à l'anode augmente, le couplage capacitif dans le dispositif induit une charge dans la grille et des déclenchements SCR. Ce type de déclenchement sans le courant de porte externe est appelé «déclenchement DV / dt». Cela se produit généralement à la mise sous tension. C'est ce qu'on appelle l'effet Rate.

Mais le déclenchement DV / dt n'allumera pas complètement le SCR et le SCR partiellement déclenché dissipera beaucoup d'énergie et l'appareil pourrait l'endommager. Pour empêcher le déclenchement DV / dt, un réseau d'amortissement est utilisé. Un autre mode de déclenchement consiste à augmenter la tension directe du SCR au-dessus de sa tension de claquage nominale. Le déclenchement de la tension directe se produit lorsque la tension aux bornes du SCR augmente avec sa grille ouverte. C'est ce qu'on appelle «panne avalanche» au cours de laquelle la jonction 2 de l'appareil tombe en panne. Cela active également partiellement le SCR et endommagera l'appareil. La tension ne doit donc pas dépasser la tension nominale du SCR.

Comment éteindre le SCR?

Une fois que le SCR est allumé, il sera en mode conducteur même après la suppression du courant de grille. Il s'agit du verrouillage SCR. Le SCR peut être désactivé par déclenchement inversé. Cela peut être fait en appliquant une tension négative à la grille. L'appareil peut également être éteint soit en supprimant le courant d'anode, soit en court-circuitant momentanément la grille et la cathode.

Applications du thyristor:

Les thyristors sont principalement utilisés dans les dispositifs où le contrôle de haute puissance, éventuellement couplé à une haute tension, est exigé. Leur fonctionnement les rend appropriés pour une utilisation dans des applications de contrôle d'alimentation CA moyenne à haute tension, par exemple, la gradation de la lampe, les contrôleurs et contrôle moteur .

Une application de la commande de relais SCR à l'aide de SCR:

RELAIS CONTRÔLÉ SCR

Si l'interrupteur S1 est momentanément enfoncé, le relais s'active. Il peut être désactivé en appuyant sur S2.

Si le commutateur S1 est remplacé par un LDR et R1 avec un préréglage de 4,7K, le relais s'allumera lorsque la lumière s'allumera sur LDR. Préréglage ajustez le point de déclenchement.

Si le commutateur S1 est remplacé par une thermistance NTC (coefficient de température négatif) de 4,7 K et R1 avec un préréglage de 1 K, le relais s'allume lorsque la température augmente. Préréglage ajustez le point de déclenchement.

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