Symboles TRIAC Expliqués : Guide du Débutant pour Composants de Commutation de Puissance

Vous travaillez sur des applications de commutation de puissance ou avez besoin d'un composant PCB polyvalent ? Le TRIAC est l'option idéale. Son symbole mérite une attention particulière car il indique ses propriétés bidirectionnelles. Si vous êtes novice, pas d'inquiétude : cet article décortique ce qu'est un TRIAC, son fonctionnement, ses symboles, applications, construction, et bien plus.

C'est parti !

Qu'est-ce qu'un TRIAC ?

TRIAC est l'acronyme de TRIode for AC (Alternating Current). C'est un composant électronique à trois bornes capable de réguler la tension dans les deux sens lorsqu'il est déclenché. On le définit aussi comme un dispositif semi-conducteur à trois bornes et quatre couches contrôlant la puissance alternative variable.

Au-delà d'être une marque générique, le TRIAC est un sous-ensemble des thyristors, similaire au relais classique : un faible courant et tension de commande pilotent un courant et une tension de fuite bien plus importants. Il ressemble aux SCR (Silicon Controlled Rectifiers), car tous deux laissent passer le courant.

Tous deux conduisent en continu même si le courant de porte s'arrête ; ils ne bloquent que lorsque le courant principal (courant de maintien) chute.

Différence clé : Le SCR nécessite une tension positive pour se déclencher, alors que le TRIAC accepte une tension positive ou négative. De plus, le SCR est unidirectionnel, le TRIAC est bidirectionnel.

En bref, le TRIAC est un interrupteur pratique pour le courant alternatif grâce à sa bidirectionnalité. En déclenchant l'angle de phase contrôlé attaché au circuit principal, il régule automatiquement la tension normale vers la commande de phase ou la charge. On l'utilise avec l'électronique de puissance bipolaire pour réguler la vitesse de moteurs universels, le gradateur de lampes, les radiateurs électriques, etc.

Construction du TRIAC

Le dispositif bidirectionnel a trois bornes et quatre couches. Sa construction repose sur deux SCR montés en parallèle inverse avec une région de porte commune sur une même puce.

Il possède six régions dopées. La borne de porte G a un contact ohmiqué avec les matériaux P et N, permettant à une impulsion de déclenchement de n'importe quelle polarité d'amorcer la conduction. Les termes « cathode » et « anode » ne s'appliquent pas car le TRIAC est un dispositif bilatéral.

On étiquette les bornes : borne principale 1 (MT₁), borne principale 2 (MT₂) et porte G.

Comment Fonctionne un TRIAC ?

La meilleure façon de comprendre son fonctionnement est d'analyser le déclenchement dans chaque quadrant. La structure physique d'un TRIAC donné influence sa sensibilité relative.

Quadrant 1

Le fonctionnement commence dans le premier quadrant lorsque MT₂ et la porte sont positifs par rapport à MT₁. Le courant de porte active un transistor NPN correspondant, qui tire du courant de la base d'un transistor PNP correspondant, le mettant aussi en conduction. Une partie du courant de porte est perdue par le chemin ohmiqué dans le silicium P, traversant directement MT₁ sans passer par la base du NPN. L'injection de trous dans le silicium P fait que les couches empilées (N, P, N) sous MT₁ agissent comme un NPN qui s'allume car sa base reçoit du courant. Cela affecte aussi les couches P, N au-dessus de MT₂ qui agissent comme un PNP s'allumant car sa base de type N est polarisée en direct avec son émetteur (MT₂). Le schéma de déclenchement ressemble à celui d'un SCR. Ce quadrant est très sensible car le courant de porte s'injecte dans la base des transistors principaux.

Quadrant 2

Le deuxième quadrant opère quand MT₂ est positif et la porte négative par rapport à MT₁. La mise en conduction se fait en trois temps : le courant circule de MT₁ vers la porte via la jonction P-N sous la porte, activant une structure NPN/PNP qui voit la porte comme une cathode. Quand le courant de porte augmente, le côté gauche du silicium P sous la porte monte vers MT₁. Un courant s'établit entre les côtés droit et gauche du silicium P, allumant le NPN sous MT₁ et le PNP au milieu du côté droit du silicium P supérieur. Le chemin de conduction principal rejoint alors celui du quadrant 1.

Quadrant 3

Le troisième quadrant opère quand MT₂ et la porte sont négatifs par rapport à MT₁. Cela commence quand la jonction PN entre la porte et MT₁ se polarise en direct, injectant des porteurs minoritaires dans les deux couches jonctionnées. Les électrons s'injectent dans la couche P sous la porte. Tous ne se recombinent pas : ils migrent vers la région N inférieure. La seconde phase abaisse le potentiel de la région N, qui agit comme base d'un PNP s'allumant directement. La tension de la couche monte et agit comme collecteur du PNP au-dessus de MT₂, qui s'active.

Quadrant 4

Le quatrième quadrant opère quand MT₂ est négatif par rapport à MT₁ et la porte positive. Le processus de déclenchement est le même qu'au quadrant 3. On commence par le contrôle de porte : le courant va de la couche P sous la porte vers la couche N, injectant des porteurs minoritaires dans la région P. Certains électrons traversent la région N sans se recombiner. Le processus suit le même chemin que le quadrant 3 jusqu'au dernier chemin de conduction. Ce quadrant est moins sensible ; certains TRIAC à snubber ou niveau logique ne se déclenchent pas dans ce quadrant, seulement dans les trois autres.

Symboles du TRIAC

Le symbole du TRIAC combine deux SCR égaux en parallèle inverse, leurs portes fusionnées en une seule porte. Aucun courant ne circule tant qu'une impulsion de courant de porte n'est pas injectée en G.

Applications du TRIAC

Le TRIAC est l'un des composants les plus répandus de la famille des thyristors. On le trouve dans :

• Ventilateurs électriques
• Contrôle de puissance CA
• Commutation de lampes de forte puissance
• Variateurs de lumière (gradateurs)
• Moteurs électriques

Caractéristiques du TRIAC

La courbe caractéristique d'un TRIAC comporte quatre modes :

• Mode 1 : Quadrant 1 actif → V_MT21 et V_G1 positifs
• Mode 2 : Quadrant 2 actif → V_MT21 positif, V_G1 négatif
• Mode 3 : Quadrant 3 actif → V_MT21 et V_G1 négatifs
• Mode 4 : Quadrant 4 actif → V_MT21 négatif, V_G1 positif

Où : V_MT21 = tension MT₂ par rapport à MT₁ ; V_G1 = tension de porte par rapport à MT₁.

Valeurs typiques :

• Courant de maintien : 75 mA
• Courant de déclenchement moyen : 5 mA
• Courant d'état passant : 25 A
• Tension d'état passant : 1,5 V

Comment Tester un TRIAC

Testez un TRIAC avec un ohmmètre ou multimètre :

1. Mettez le multimètre en mode ohmmètre.
2. Vérifiez la polarité des pointes avec une diode jonction.
3. Reliez MT₁ à la pointe négative et MT₂ à la pointe positive.
4. Reliez la porte à MT₂ avec un fil de liaison.
5. Le multimètre ne doit pas montrer de continuité. Inversez les pointes (MT₁ sur positive, MT₂ sur négative) et revérifiez.
6. Reliez à nouveau la porte à MT₂ ; l'ohmmètre doit afficher une jonction diode en direct.

Différence entre DIAC et TRIAC

Le DIAC (Diode pour Courant Alternatif) est une combinaison en parallèle inverse de deux diodes. Le TRIAC est un parallèle inverse de deux SCR dont les portes sont fusionnées.

• TRIAC : 3 bornes ; DIAC : 2 bornes.
• Capacité de puissance du TRIAC supérieure.
• TRIAC : déclenchement par tension positive ou négative sur la porte. DIAC : déclenchement par tension aux bornes ≥ tension de claquage.
• TRIAC a une borne de porte ; DIAC n'en a pas.

Conclusion

Les symboles TRIAC sont faciles à comprendre grâce à leur simplicité. Le TRIAC a ses atouts : un seul fusible pour la protection, claquage sûr dans les deux sens. Ce semi-conducteur bidirectionnel à trois bornes est efficace pour contrôler la puissance alternative.

Qu'en pensez-vous ? Prévoyez-vous de l'utiliser pour votre prochain projet de puissance CA ? Des questions ? Contactez-nous !