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RÉSUMÉ
Cet article présente les principes de commande des principaux composants à semi-conducteur de puissance bipolaires à commande en courant. L’article se focalise sur la mise en forme et l’amplification des courants de gâchette (thyristors, triacs et GTO) pour la commande de ces composants (transistors bipolaires). Les circuits de commande de composants tels que le BJT ou le thyristor GTO dont certaines applications sont restreintes voire obsolètes, sont volontairement traités afin de mieux présenter les circuits de commande de composants tels que les BJT SiC ou les IGCT.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Stéphane LEFEBVRE : Agrégé de Génie électrique - Docteur de l’École normale supérieure de Cachan - Maître de conférences au Conservatoire national des arts et métiers
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Bernard MULTON : Agrégé de Génie électrique - Docteur de l’Université de Paris 6 - Professeur des Universités à l’École normale supérieure de Cachan – Antenne de Bretagne
INTRODUCTION
Des contextes et les principes de la commande des composants bipolaires de puissance ont fait l’objet d’articles précédents Commande des semi-conducteurs de puissance : contextes et Commande des semi-conducteurs de puissance : principes.
Dans cet article sont développés les circuits de commande :
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des thyristors pour lesquels une synchronisation des circuits de déclenchement est nécessaire ;
-
des triacs qui se commandent sensiblement comme des thyristors ;
-
des transistors bipolaires qui sont généralement placés en conduction dans un régime limite entre la saturation dure et la quasi-saturation grâce à l’utilisation d’une diode d’antisaturation ;
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des thyristors GTO (Gate Turn Off) dont le principe de commande est assez proche de celui des transistors bipolaires.
Les circuits de commande pour MOSFET et IGBT font l’objet de l’article MOSFET et IGBT : circuits de commande.
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- Version courante de mai 2018 par Stéphane LEFEBVRE, Bernard MULTON, Nicolas ROUGER
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2. Triacs
Les triacs se commandent sensiblement comme les thyristors à ceci près qu’ils sont souvent utilisés dans des convertisseurs de faible puissance à fortes contraintes économiques et dans lesquels le coût des circuits de commande doit être très faible.
Par ailleurs, la tenue aux dV/dt des triacs (de l’ordre de 10 V/µs environ) est considérablement plus faible que celle des thyristors (de l’ordre de 1 000 V/µs). Il y a donc un risque d’amorçage intempestif dû à des perturbations venant du réseau et lors de leur blocage sur charge inductive (surtension de recouvrement inverse).
Il est rare que l’on utilise des transformateurs d’impulsion. La tendance actuelle est à l’intégration des fonctions pour permettre une commande quasi-directe par des circuits logiques, voire par des microcontrôleurs.
Depuis les années 1990, les fabricants ont mis au point des circuits intégrés de puissance comprenant un ou plusieurs triacs à commande isolée par opto-coupleurs (opto-triacs), le pilotage se résume à l’envoi d’une simple impulsion de courant dans la diode d’émission de l’opto-coupleur intégré.
Le fabricant SGS Thomson propose une technologie dite ACS (Alternative Current Switches) (figure 6) qui permet, sans isolation galvanique, la commande directe par microcontrôleur, l’objectif principal étant de réaliser des contacteurs statiques remplaçant les programmateurs mécaniques dans les appareils électroménagers. Dans ce cas, la présence d’une diode en série dans le circuit de gâchette impose un courant...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - RAONIC (D.M.) - SCR Self-Supplied Gate Driver for Medium-Voltage Application with Capacitor as Storage Element (Thyristors à commande de gâchette auto-alimentée pour applications moyenne tension avec un condensateur de stockage) - . IEEE Trans. On Ind. Appl., Vol. 36, No 1, Janvier/Février 2000, pp. 212-216.
-
(2) - GONTHIER (L.) - The new ACS series : a breakthrough in ruggedness & drive for home appliances (La nouvelle série ACS ; un saut technologique en robustesse et commande pour les applications domestiques) - – Note d’Application 1172, SGS Thomson, 1999.
-
(3) - Philips Semiconductors - Power Semiconductor - . Chapter 6 : Power control with thyristors and triacs.
-
(4) - LAFORE (D.), LI (J.M.), REDOUTE (J.) - A very fast power hybrid module working in thyristor mode - . EPE Conf. 1991, Florence, pp. 2439-2441.
-
(5) - RISCHMÜLLER (K.) - Darlington, Bipmos, Cascode : caractéristiques et critères d’emploi - . Électronique Applications no 31, septembre 1983, pp. 35-44.
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