SCR Démystifié : Comment les Redresseurs Contrôlés au Silicium Alimentent l'Électronique Moderne

Nous avons tous entendu parler d'un thyristor auparavant, mais qu'en est-il du type le plus populaire ? Un SCR, qui signifie redresseur contrôlé au silicium, agit comme un interrupteur tout en offrant de nombreux autres avantages. Non seulement il offre des capacités de conversion CA-CC, mais il présente également la capacité de contrôler la puissance. Ceux-ci offrent également une large gamme d'applications pour les circuits, présentant plus de contrôle.

Comprendre un SCR et comment il fonctionne peut sembler assez complexe. Alors, commençons ! Dans cet article, nous vous orienterons dans la bonne direction pour en apprendre davantage sur ce dispositif.

Qu'est-ce qu'un SCR

SCR (redresseur contrôlé au silicium) est un thyristor spécial avec des capacités de commutation MARCHE-ARRÊT par conditions de polarisation ou contrôle d'entrée de grille. Son symbole ressemble identiquement à une diode. Comme son nom l'indique, il comprend du silicium qui contrôle la puissance et transforme la tension CA en CC. De plus, le SCR voit plus d'implémentations que d'autres types de thyristors, y compris TRIAC, SCS et DIAC. Ceux-ci s'intègrent sur un circuit CA.

(Symbole d'un SCR. Source : Tosaka/Wikimedia Commons)

Généralement, le semi-conducteur SCR à quatre couches PNPN consiste en trois jonctions (J1, J2 et J3). Vous trouverez J1 entre la première couche P et N, J2 entre la couche N et P, et finalement, J3 entre la dernière couche P et N. Trois terminaux sécurisent l'anode (électrode positive située sur la couche P supérieure), la cathode (trouvée sur la couche N) et la grille. De plus, l'entrée sert de terminal de contrôle du SCR. Les couches P et N externes subissent un dopage lourd, tandis que les couches P et N centrales subissent un dopage léger. Ensuite, le terminal de grille se connecte à la couche P centrale. Le courant peut circuler à travers ce dispositif unidirectionnel dans une direction et absorber dans la direction opposée.

De plus, ce dispositif présente des vitesses opérationnelles élevées, une longévité, une haute tension, des capacités de gestion de courant et un gain de puissance.

Comment Fonctionne le SCR

Les redresseurs contrôlés au silicium fonctionnent de la même manière qu'une diode : bloquant le courant inverse et conduisant le courant direct. Il résiste également aux hautes tensions. De plus, ce dispositif contient une grille pour conduire le courant direct positif à travers le terminal d'anode (A). L'application d'une courte impulsion de contrôle à la grille fera que le SCR deviendra conducteur entre le chemin de pont (anode vers cathode). Lorsque cela se produit, le courant d'anode circule à travers jusqu'à ce que la valeur atteigne zéro, forçant le SCR à s'éteindre. Ensuite, la grille devra recevoir une autre impulsion de contrôle de tension pour le rendre conducteur à nouveau. Sinon, il n'aura pas besoin de plus de tension de grille une fois qu'il conduit.

Un SCR fonctionne également en trois modes : blocage direct, mode de conduction direct et blocage inverse. Cependant, la tension nominale reste la même pour les méthodes de blocage allumé et éteint.

Le déclenchement du SCR pour le mettre en MARCHE se produit par des méthodes variables. Elles incluent le déclenchement par tension, le déclenchement thermique, le déclenchement par lumière et le déclenchement DV/DT.

Déclenchement par Tension

(L'application de tension active le SCR)

Le premier, le déclenchement par tension, implique l'application d'une tension supérieure au point maximum, causant l'ouverture du terminal de grille. Cependant, la mise en œuvre de cette approche pourrait causer des dommages permanents au dispositif. C'est parce qu'un SCR contrôle les valeurs hautes de la tension, qui échoueront à performer tandis que la grille reste ouverte.

Déclenchement Thermique

Le déclenchement thermique fera également conduire le dispositif à mesure que sa température augmente. En effet, les paires de trous et d'électrons s'agrandiront. En conséquence, le courant régénératif augmente, forçant le SCR à s'activer. Cependant, cette technique de déclenchement pourrait causer un emballement thermique.

Déclenchement par Lumière

Pendant ce temps, le déclenchement par lumière implique de projeter de la lumière sur la surface du SCR, causant la multiplication des paires d'électrons et de trous. Cela force le dispositif à s'activer.

Déclenchement DV/DT

Un taux de tension élevé entre l'anode et la cathode allumera également le SCR. Cependant, l'augmentation rapide du courant pourrait casser le dispositif. Par conséquent, nous recommandons de mettre en œuvre une protection pour cette approche.

Applications du SCR

SCR comme Interrupteur

(Les résistances protègent les diodes sur un circuit de disjoncteur CA)

Cette application implique l'utilisation de deux SCR, qui créent et rompent un circuit. La tension d'entrée CA distribue des impulsions de déclenchement de régulation aux grilles des SCR. Deux résistances maintiennent les deux diodes en sécurité tandis que la résistance administrée à la grille réduit le courant. Le circuit démarre pendant l'état fermé de l'interrupteur. Ensuite, SCR₁ se déclenche pendant le demi-cycle positif en raison de son état polarisé en direct. Si la valeur du courant atteint zéro, le dispositif se désactivera. Après cela, SCR₂ se déclenche en raison de la polarité de tension inverse et il reçoit le courant correct. L'ouverture de l'interrupteur cause la rupture du circuit. En effet, les SCR ne recevront plus d'impulsions de déclenchement tandis que le courant se met à zéro.

Par conséquent, un interrupteur traditionnel peut gérer le courant de grille en mA, ce qui signifie qu'il peut activer/désactiver le courant de charge.

Protection contre les surtensions

(Un SCR peut fournir une protection contre les surtensions sur un circuit.)

En raison de sa capacité de commutation rapide, un SCR maintient d'autres composants électroniques en sécurité contre les surtensions. Ceux-ci doivent se connecter en parallèle avec la charge électrique. Lorsque l'excès de tension se produit, la grille du SCR s'active. Ensuite, il tire le courant des sources d'alimentation, ce qui abaisse la tension de la charge électrique. La mise en œuvre de deux SCR fournit les meilleurs résultats pour ce scénario. Le premier se concentre sur le demi-cycle positif tandis que l'autre se concentre sur le demi-cycle négatif. Une résistance abaisse le courant de court-circuit pendant les deux processus de déclenchement des SCR. La connexion d'une diode Zener en série avec chaque résistance forme un circuit qui peut détecter la haute tension.

Circuits d'Impulsion

(Une allumage électronique utilise un SCR.)

Un SCR fournit également des applications pour les impulsions de tension et de courant de forme d'onde élevée sur un circuit. Un condensateur se charge pendant le demi-cycle positif de l'alimentation principale. À partir de là, le SCR s'allume via le demi-cycle négatif. Le SCR s'éteint quand le condensateur se décharge et que le courant direct atteint zéro. Après cela, le processus MARCHE se répétera, causant la fréquence d'impulsion de sortie à correspondre à la fréquence de l'alimentation.

Différents Types de SCR

Plastique Discret : Le type SCR en plastique discret contient trois broches montées sur un revêtement en plastique semi-conducteur. De plus, ceux-ci s'intègrent sur un PCB, disponibles de 25A à 1000V.

Base à Goujon : Facile à attacher, cette unité consiste en une base vissée et fournit une faible résistance thermique. De plus, le dispositif à base de goujon supporte 5 à 150A de courant avec une tension complète.

Module Plastique : Cela consiste en plus d'un dispositif tout en fournissant les mêmes qualités que le plastique discret. Il peut gérer jusqu'à 100A et se fixer à un PCB avec un dissipateur thermique boulonné.

Presse-Pack : Ces SCR presse-pack s'enferment dans une céramique avec les électrodes pour isoler l'anode et la cathode. Ils offrent également un support pour 200A ou plus et des applications nécessitant plus de 1200V.

Base Plate : Une base plate vient avec une isolation, la gardant en sécurité du dissipateur thermique. Avec des qualités similaires à la base à goujon, cela peut gérer un courant mesurant de 10 à 400A.

Modes de Fonctionnement du SCR

Mode de Blocage Direct :

Le SCR fonctionne en mode de blocage direct lorsque son anode reçoit une tension positive et la cathode une tension négative. Cela force un petit courant de fuite direct à passer à travers le dispositif.

Mode de Conduction Direct :

En mode de conduction direct, le SCR s'allume, le faisant conduire le courant de l'anode à la cathode. Cela se produit en appliquant une tension à la grille ou en dépassant la tension de claquage direct.

Mode de Blocage Inverse :

L'application d'une tension positive à la cathode et d'une tension négative à l'anode met le SCR en mode de blocage inverse. En effet, les jonctions J1 et J3 passent en polarisation inverse tandis que J2 se met en polarisation directe, empêchant le flux de courant à travers le SCR.

Schéma de circuit SCR

(Schéma de circuit variateur de lumière SCR. Source : Cadmium/Wiki media commons)

Comment tester un SCR

(Utilisez un multimètre pour tester le SCR)

Une approche de test SCR implique l'utilisation d'un multimètre, un processus efficace. Pour commencer, vous devrez régler le commutateur du multimètre sur haute résistance. Ensuite, connectez le fil positif du multimètre à la grille d'anode du SCR et le fil négatif à la cathode. Après avoir suivi cette étape, le multimètre indiquera un circuit ouvert. Si vous inversez les connexions, il affichera également un circuit disponible.

Ensuite, connectez les terminaux de grille du SCR et l'anode à l'extrémité positive du multimètre. Après cela, vous devrez connecter la cathode du SCR à l'extrémité opposée. En effet, cela cause l'affichage d'une lecture de faible résistance par le multimètre, ce qui signifie que l'interrupteur du SCR est sur MARCHE. Le retrait du terminal de grille d'anode produira la même tâche, représentant une forme de verrouillage. Des résultats de test positifs signifient que le SCR fournit une performance de haute qualité.

Résumé

Après tout, un SCR héberge des applications pratiques pour les circuits simples. Non seulement cela, mais il peut également protéger les composants contre les surtensions. Il agit aussi comme un redresseur, convertissant le CA en CC tout en contrôlant la puissance. Cela seul fait de ce dispositif une nécessité. De plus, il vient en quelques types qui servent leur but avec des caractéristiques bénéfiques. Finalement, un SCR fonctionne en trois modes différents, le rendant un dispositif complexe. Il nécessite une tension appliquée pour fournir des capacités de commutation.

Avez-vous des questions concernant un redresseur contrôlé au silicium ? N'hésitez pas à nous contacter !