DIAC Expliqués : Conception, Fonctionnement et Applications Clés

On trouve couramment le DIAC dans des applications comme le contrôle de vitesse de moteur universel, variateur de lampe CA, etc. C'est parce que ce semi-conducteur contrôle le courant jusqu'à ce qu'il descende sous le courant de maintien du dispositif.

Le DIAC n'entre pas dans un état de faible courant. Au contraire, quand il entre en conduction, la tension diminue par augmentation du courant. Ce semi-conducteur appartient à la famille des thyristors, mais agit plutôt comme un dispositif de déclenchement bidirectionnel à large plage.

Voulez-vous en savoir plus sur les DIAC ? Restez avec nous : structure en couches, fonctionnement, etc.

Au travail !

Qu'est-ce qu'un DIAC ?

DIAC signifie « Diode pour Courant Alternatif ». Ce dispositif à l'état solide comporte deux jonctions semi-conductrices et trois couches.

À première vue, on peut confondre la structure du DIAC avec un transistor. Mais le DIAC n'a pas de borne à la couche de base. C'est donc un dispositif à deux bornes (A1 et A2).

Le DIAC n'amplifie pas ; il se comporte comme une diode de commutation bidirectionnelle. Le courant continu du DIAC provient de l'une ou l'autre polarité d'une tension CA appropriée.

Le DIAC existe en différents boîtiers : CMS, gros boîtiers avec châssis, petits boîtiers à fils, etc.

Quel est le Symbole du DIAC ?

On représente le DIAC par deux diodes connectées en parallèle mais en opposition. Le dispositif a deux bornes (Anode 1 et Anode 2).

Symbole du DIAC

Source : Wikimedia Commons

On peut aussi noter les bornes principales par MT. Les bornes sont réversibles comme des condensateurs car bidirectionnelles. Le DIAC n'a pas de borne de grille.

Construction du DIAC

Comme mentionné, la construction ressemble au transistor, mais sans borne de base. Les trois couches du DIAC ont un dopage égal, offrant des propriétés de commutation symétriques selon les polarités de tension appliquée.

Construction NPN du DIAC

Source : Wikimedia Commons

Les couches semi-conductrices près des bornes combinent couches négatives et positives. Quand on applique une tension aux bornes, la couche de polarité correspondante s'active. La fusion des deux polarités aide au fonctionnement bidirectionnel du DIAC.

Fonctionnement du DIAC

Si la borne A1 (ou MT1) est positive, elle active la couche P1 près de MT1. La conduction suit l'ordre : P1-N2-P2-N3.

Au moment où le courant va de MT1 vers MT2, la jonction P2-N3 est polarisée inverse, tandis que la jonction P1-N2 est polarisée directe.

Si MT2 est positive, la couche P2 près de MT2 s'active. Conduction : P2-N2-P1-N1.

Quand le courant va de MT2 vers MT1, la jonction N2-P1 est polarisée inverse, mais P1-N1 et P2-N2 sont polarisées directes. La conduction se fait dans les deux sens.

Quelles sont les Caractéristiques V-I du DIAC ?

Comme le DIAC conduit dans les deux polarités, la courbe se situe dans les premier et troisième quadrants, formant un Z.

Le premier quadrant = demi-cycle positif (courant MT1 → MT2). Troisième quadrant = demi-cycle négatif (courant MT2 → MT1).

Initialement, la résistance du DIAC est élevée (jonction polarisée inverse). Un faible courant de fuite traverse le DIAC : zone de blocage sur la courbe.

Quand la tension appliquée atteint la tension de claquage, la résistance chute brutalement. La conduction débute, causant une chute de tension instantanée pendant que le courant monte (état de conduction).

Graphique DIAC

Source : Wikimedia Commons

La plupart des DIAC ont une tension de claquage autour de 30 V, mais la valeur exacte dépend du dispositif.

Le DIAC reste en conduction (demi-cycle négatif) jusqu'à ce que le courant atteigne le courant de maintien (holding current), le courant minimum pour rester dans l'état ON.

Comment Utilise-t-on un DIAC ?

Souvent utilisé avec des circuits TRIAC, à cause des défauts du TRIAC : légère différence entre les deux moitiés du dispositif, donc amorçage non symétrique.

Cette asymétrie produit des harmoniques indésirables dans la forme d'onde de sortie.

Plus la forme d'onde est asymétrique, plus les harmoniques sont élevés. La solution : connecter le DIAC en série avec la grille du TRIAC pour obtenir une forme d'onde symétrique dans les deux demi-cycles.

Le DIAC empêche le courant de grille de circuler jusqu'à ce que la tension appliquée atteigne un certain niveau dans les deux directions. Le point d'amorçage du TRIAC devient plus uniforme.

Applications du DIAC

En tant que dispositif de déclenchement majeur, on trouve le DIAC dans :

• Contrôle de chauffage
• Variateurs de lumière (dimmers)
• Circuits de commande de vitesse de moteur

Voici comment il fonctionne dans ces circuits :

Schéma de circuit DIAC

Source : Wikimedia Commons

Circuit Variateur de Lumière

On obtient une tension de grille variable par un arrangement RC à la grille du TRIAC. Quand le dispositif est éteint, la montée de tension est limitée par le réseau série (R4-C1) aux bornes du TRIAC.

À l'application de la tension d'entrée, R2 détermine le taux de charge de C1 et C2. Le DIAC se déclenche et conduit quand la tension aux bornes de C3 dépasse la tension de claquage du DIAC.

Le condensateur C3 se décharge via le DIAC conduisant vers la grille du TRIAC. Quand le TRIAC passe, il alimente la lampe. Le taux de charge du condensateur varie en modifiant R2.

La tension au déclencheur du TRIAC est ainsi contrôlée sur les deux demi-cycles de l'entrée commandée. Globalement, le DIAC régule la puissance fournie à la lampe.

Circuit de Contrôle de Chauffage

Avec le DIAC, le chauffage a un contrôle doux de sa chaleur. Connecter un LC aux bornes du TRIAC pour réduire le taux de montée de tension quand le TRIAC est éteint.

On régule les demi-cycles (négatif et positif) de la tension d'entrée du chauffage en modifiant R2. On obtient un contrôle doux des différentes positions de R2 en mettant R4 en diagonale par rapport au DIAC.

Différence entre DIAC et TRIAC

DIAC	TRIAC
1. Deux bornes (MT1, MT2)	Trois bornes (MT1, MT2, Grille)
2. Dispositif bidirectionnel : courant dans les deux sens quand tension ≥ tension de claquage	Dispositif bidirectionnel : courant quand on déclenche sa grille
3. Capacité de puissance plus faible	Capacité de puissance plus élevée
4. Équivalent à deux diodes en parallèle inverse	Deux SCR en parallèle inverse ; les grilles forment la grille du TRIAC
5. Affiche des caractéristiques de résistance négative	Pas de résistance négative ; beaucoup d'applications CA
6. Déclenchement par tension aux bornes ≥ tension de claquage	Déclenchement par tension (positive ou négative) à la grille

Avantages et Inconvénients du DIAC

Avantages

• Contrôle de puissance doux avec TRIAC et autres thyristors
• Caractéristiques de commutation symétriques
• Commutation facile en diminuant la tension appliquée
• Réduit les harmoniques indésirables
• Faible chute de tension en état passant

Inconvénients

• Ne peut pas bloquer de haute tension
• Ne conduit qu'au-dessus de ~30 V
• Faible puissance

Conclusion

Le DIAC est un dispositif puissant qui déclenche et conduit la tension dans quelques applications, grâce à ses caractéristiques de commutation symétriques. Mais il travaille avec le TRIAC pour de meilleurs résultats.

Prévoyez-vous d'utiliser des DIAC pour votre prochain projet ? Des questions sur l'utilisation efficace ? Contactez-nous.