Le TRIAC est un dispositif semi-conducteur à trois électrodes (anode 1, anode 2, gâchette) pouvant passer de l'état bloqué à l'état de conduction dans ses deux sens de polarisation. En d'autres termes, il s'agit d'un composant de la même famille que le thyristor, mais qui est BIDIRECTIONNEL (le thyristor étant unidirectionnel).
Le TRIAC peut d'ailleurs être comparé à deux thyristors en parallèle, monté tête-bêche (figure 15).
On peut considérer le TRIAC, comme une STRUCTURE P1 N1 P2 N2 de thyristor, dans lequel A1 est la cathode (reliée à N2), A2 l'anode (reliée à P1) G, la gâchette (reliée à P2), mais avec en plus :
- A1 reliée également à P2
- B2 reliée également à une couche supplémentaire N4
- G reliée également à une couche supplémentaire N3
En l'absence de signal sur la gâchette, le dispositif peut être considéré comme deux redresseurs polarisés en sens inverse. Aucun courant ne circule dans le triac, donc dans la charge (sauf un très léger courant de fuite).
On admet donc que le TRIAC se comporte comme un interrupteur ouvert. Cependant, selon la polarisation on peut avoir les états suivants :
1°) Si A2 est à un potentiel positif de 1,5 volt par rapport à A1, une tension positive ou négative de valeur convenable, appliquée sur la gâchette, provoque l'amorçage : LE TRIAC se met à conduire.
2°) Si A2 est à un potentiel négatif de 1,5 volt par rapport à A1, une tension positive ou négative de valeur convenable, appliquée sur la gâchette, provoque l'amorçage : LE TRIAC se met à conduire.
3°) Si le courant allant de A2 à A1 ou de A1 à A2 est établi, le TRIAC est VERROUILLÉ et la tension de gâchette peut être supprimée, qu'elle soit POSITIVE ou NÉGATIVE : LE TRIAC reste en état de conduction.
4°) Lorsque le courant dans le TRIAC est établi (dans un sens ou dans l'autre), il est nécessaire pour le bloquer, de réduire l'intensité de ce courant, à une valeur proche de zéro.
L'intensité minimum pour laquelle le TRIAC reste conducteur est appelée intensité minimale de maintien (IH).
La condition ci-dessus (courant proche de zéro), existe évidemment chaque fois que la tension alternative du réseau, passe par zéro, c'est-à-dire à chaque demi-alternance.
Comme nous venons de le voir, le TRIAC peut être déclenché par une impulsion POSITIVE ou NÉGATIVE sur la GÂCHETTE, quelque que soit la polarité de A2 par rapport à A1. Toutefois, il existe un SENS PRÉFÉRENTIEL, illustré figure 17.
Lorsque le déclenchement a eu lieu, la résistance interne du triac est faible ; de ce fait, la chute de tension entre A2 et A1 a une valeur également faible (de l'ordre de 1,2 volt). Cela signifie que la puissance dissipée en pure perte dans le TRIAC est très faible par rapport à la puissance de la charge.
Mentionnons encore qu'un TRIAC peut supporter sans inconvénient des surcharges brèves, assez intenses. Ainsi, un TRIAC de 6 ampères par exemple peut supporter pendant quelques alternances, un courant de l'ordre de 100 ampères.
Cette caractéristique est très intéressante, car au démarrage d'un moteur par exemple, l'intensité instantanée demandée, est beaucoup plus importante que l'intensité de fonctionnement du moteur en régime normal.
En appliquant une tension V1 à A1, V2 à A2 et VG à la GÂCHETTE, en prenant V1 comme référence, c'est-à-dire V1 = 0, on peut définir les quatre quadrants de polarisation de la figure 17.
Comment se produit l'amorçage dans les 4 cas possibles ?
a) AMORÇAGE QUADRANT 1 (+ +)
Dans ce cas nous avons V2 > V1.
On applique une impulsion positive sur la gâchette entre G et A1 (+ sur G).
En appelant T le thyristor P1 N1 P2 N2 ayant A2 comme anode et A1 comme cathode (voir figure 15) et T' le thyristor P2 N1 P1 N4 avec A1 comme anode et A2 comme cathode, nous avons :
T est sous tension directe ; le courant positif de gâchette provoque l'amorçage de T comme un transistor normal.
b) AMORÇAGE QUADRANT 3 ( - - )
Dans ce cas nous avons V2 <>
On applique une impulsion négative sur la gâchette entre G et A1 (- sur G).
Le courant de gâchette IG entre par A1, traverse la diode P2 N3 dans le sens direct et entraîne ainsi l'affaissement de la barrière de potentiel P1 N1. En effet, la diode P2 N3 est traversée par des TROUS de P2 vers N3 et par des électrons de N3 vers P2.
Ces électrons diffusent à travers P2 jusqu'à la jonction P2 N1, qui les dirigent dans N1 (action de la jonction sur les porteurs minoritaires qui l'atteignent) ; il en résulte une diminution de la barrière de potentiel P2 N1 et par suite une augmentation du courant des TROUS de P2 vers N1
Ces trous sont absorbés par la jonction P1 N1 dont le courant inverse augmente, avec pour effet d'amorcer T'.
c) AMORÇAGE QUADRANT 2 ( + - )
Dans ce cas nous avons V2 <>
On applique une impulsion négative sur la gâchette entre G et A1 (- sur G).
Le courant de déclenchement circule de P2 vers N3 et amorce T', comme précédemment.
d) AMORÇAGE QUADRANT 4 ( - + )
Dans ce cas nous avons V2 <>
On applique une impulsion positive sur la gâchette entre G et A1 (+ sur G).
Le processus de déclenchement peut se comparer à celui du premier quadrant, donc T conducteur.
En réalité le phénomène est plus complexe, car pour une étude détaillée et par ailleurs hypothétique, il conviendrait de considérer la zone de conduction N3 P2 N1 P1, d'où il ressort que dans le quatrième quadrant, la sensibilité au déclenchement est plus réduite que dans les autres cas.
Les deux méthodes d'amorçage les plus utilisées sont celles décrites en a) et en b), c'est-à-dire celle du premier et du 3ème quadrant. En effet, lorsque A2 et G ont la même polarité, le courant de gâchette nécessaire pour provoquer l'amorçage est beaucoup plus faible que lorsque ces polarités sont opposées.
Le SENS PRÉFÉRENTIEL d'amorçage, en se référant à la figure 17 est donc celui où nous avons :
A2 + VG + et A2 - VG -
Les ouvrages les plus complets traitant des thyristors et des triacs étant américains (ce qui explique l'usage de plus en plus fréquent de termes anglo-saxons dans les textes français et confirme que l'évolution technique a une influence certaine sur le langage), il est bon de donner la signification des symboles utilisés pour donner les caractéristiques de ces composants (figure 18).
Extrait d'un document SILEC (fabricant de semi-conducteurs), voici comment se présentent les caractéristiques essentielles d'un TRIAC (type TTAL 220).
*** VALEURS D'UTILISATION ***
ITeff 200 A = Courant efficace à l'état passant.
ITRM 600 A = Courant de pointe maximum repéré à l'état passant.
ITSM 1600 A à 50 Hz = Courant de pointe maximum accidentel.
VDWM 200 V = Tension de crête maximum à l'état bloqué.
VRSM 300 V = Tension inverse de pointe accidentelle
*** CARACTÉRISTIQUES DE GÂCHETTE ***
IFGM 5 A = Courant direct de pointe.
VFGM 10 V = Tension direct de pointe
VRGM 5 V = Tension inverse de pointe
PG 10 W = Puissance gâchette (de l'anglais POWER GATE).
Parmi les autres caractéristiques importantes qu'il faut citer, mentionnons :
VBO = Tension maximale que peut supporter le composant en restant maintenu à l'état bloqué. Si cette tension est dépassée le triac s'amorce.
dv/dt = Taux de croissance maximum de la tension d'anode pouvant être supporté par le dispositif, sans risque d'amorçage.
di/dt = Taux de croissance maximum du courant d'anode pouvant être supporté par le dispositif sans entraîner sa destruction.
A l'aide de ces indications, on peut ainsi compléter le schéma de la figure 16 par les indications suivantes (figure 19).
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