Projet Thyristor

8/18/2019 Projet Thyristor

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I- Description

I-1-Généralité

Le thyristor est un composant électronique au silicium formé de quatre couches

alternativement PN:

L’extrémité N constitue la cathode.

L’extrémité P constitue l’anode.

Une troisième électrode de commande gchette est implantée dans la couche P ad!acente " la

cathode.

#rois !onctions se trouvent donc en série :

$% : !onction cathode

$c : !onction de commande$a : !onction anode &figure '(

)n électronique* le thyristor est équivalent " un interrupteur unidirectionnel commandé " lafermeture.

Symbole

Aspectil comporte + ,roches.-l faut se référer " uncatalogue pour

connatre l’ordre du ,rochage.

Pour amorcer un thyristor -l faut : /que la tension v'0 soit positive 1 /un courant de gchette suffisant le

#emps que i'0 s’éta,lisse. Le thyristor se comporte comme un interrupteur fermé.

Pour bloquer le thyristor-l faut annuler le courant i'0 .

Le thyristor se comportecomme un interrupteur ouvert.

Figure A

i'0 ia

' %


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2es convertisseurs " thyristors servent " moduler l’énergie entre une source et un actionneur.

La modulation de l’énergie se fait par : Une conversion alternatif3continu

Une conversion alternatif3 alternatif

Une conversion continu 3continu

Une conversion continu 3alternatif

I-2-Fonctionnement d’un thyristor

I-2-1-Etats bloqué du thyristor

L’une au moins des !onctions PN du thyristor est ,loquée :

4ous tension inverse : la tension anode cathode notée 5'0 est négative : la !onction $a et $%

sont polarisées en inverse et donc ,loquées le courant de fuite a une intensité très fai,le en

raison des différences de dopage entre les couches. 6’est la !onction d’onde qui supporte la

plus grande partie de la tension inverse.

4ous tension directe : la tension anode cathode est positive 5'0 7 8 donc

9le courant de gchette est nul ou très fai,le

9le thyristor n’est pas amorcé au préala,le

La !onction $c est polarisée en inverse et ,loquée

I-2-2- Amorçae du thyristor

L’amorage d’un thyristor est o,tenu par différents phénomènes physiques* dans tous les cas

l’amorage rend le thyristor conducteur de l’anode vers la cathode &i'0 7 8(. La tension 5'0

est alors fai,le de l’ordre de quelques dixièmes de volts.

92ans un amorage par tension : le courant gchette a une intensité -g nulle. 4i la tension

5'0 dépasse une certaine valeur 5;< tou!ours élevée il y a amorage et conduction du

thyristor. La caractéristique de

6onduction est représentée en trait épais sur la figure=* - est l’intensité du courant positive

entre ' et 0* -m est la valeur minimale de - qui maintien l’état de conducteur du thyristor d’o>

le nom de ?’courant de maintien’’ qui est donné par le constructeur &figure=(.


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IL

IM

Vb00BVkkkk**B

I

-l est la valeur minimale de l’intensité - qui assure " l’avalanche de la !onction -l est appelé

courant d’accrochage &-l 7 -m avec pour ordre de grandeur [email protected] si -n est le courant nominal

du thyristor(.

9'morage par élévation de température se produit " -gB8 pour une valeur élevée de 5'0*

mais inférieure " 5;< c’est une ,rusque élévation de température qui risque de provoquer

l’amorage.

9L’amorage par rapide variation de la tension :

4oit d53dt élevée " l’intensité -gB8. L’ordre de grandeur de d53dt est alors de =88 " +8853Cs.

Une croissance très rapide de la tension 5'0* soit d5'03dt positif amorce le thyristor. 6eci

s’explique par le fait que la !onction de commande " l’état ,loqué se comporte comme un

condensateur* d’o> la naissance du courant d’intensité -B6 d5'03dt.

L’intensité - devient supérieure " -l ce qui provoque l’amorage.

9L’amorage par courant de gchette :

La caractéristique 5D0Bf&-g( d’un thyristor a l’allure indiquée " la figure suivante &figureE(:


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IGK

VGKM

IGKO

O IGa IGMIG

6’est la caractéristique tension/courant d’une !onction PN &!onction $%( polarisée en direct.

L’amorage est o,tenu quand -g dépasse une

Le seul type d’amorage intéressant consiste " envoyer un courant de gchette entrant* en

appliquant une tension gchette/cathode positive* lorsque la tension anode cathode est elle/

mFme positive.

6ertaine valeur minimale notée -ga* " laquelle correspond 5D0a* la partie trait épais de la

cour,e indique tous les couples de valeur &-g* 5D0( ou l’amorage est certain sous 5'0 7 8.

I-!-"aracteristiques dynamiques d’amorçae #

;ien entendu* dans cette étude* nous ne considérons que l’amorage par courant entrant dans

la gchette.

#d : le temps de retard " la croissance du courant d’intensité -

#r : le temps de montée du courant qui est aussi le temps d’étalement de l’avalanche

#onBtdGtrB temps total de l’amorage

Les caractéristiques sont données " la figure suivante &figure+(.


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IG

tm

10%t

IGM maxi

10%

t

90%

60

VAK**

t

p

I

IL

t


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VGkU

URG0

M

IG

Pour amorcer correctement un thyristor* il suffit d’envoyer une impulsion positive entre

gchette et cathode* de manière " ce que l’intensité -g soit positive et supérieure " -ga* ceci

pendant la durée #am nécessaire pour l’intensité - du courant de charge dépasse nettement la

valeur de l’intensité -l du courant d’accrochage.

I-$- "ommande d’un thyristor %"ondition de

&onctionnement'

Happelons les principaux résultats énoncés qui vont intervenir dans l’étude de la commande

d’un thyristor.

Pour l’amorage il faut

des impulsions entre gchette et cathode de puissance et de durée suffisante pour

amorcer le thyristor.

que la charge soit résistive ou inductive.

9Le niveau minimal de l’impulsion &en tension 5D0min et en courant -gmin( réaliser

l’amorage certain de tous les thyristors.

4ur la caractéristique de la figure le constructeur fournit deux cour,es extremes 6I et 6m

entre lesquels se trouvent toutes les caractéristiques 5D0Bf&-g( des thyristors d’une série

donnée il définit d’autre part trois Jone d’amorages représentés &figureK(.

)n hachure fin pour l’amorage* certain* cette Jone est limitée par l’hyper,ole de pour 4ur la

caractéristique de la figure le constructeur fournit deux cour,es extrFmes 6I et 6m entre les

quelles se trouvent toutes les caractéristiques 5D0Bf&-g( des thyristors d’une série donnée il


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définit d’autre part trois Jones d’amorages représentés &figureK(.puissance maximale

admissi,le pour le thyristor.

La partie hachurée en trait épais pour la Jone d’amorage impossi,le.

)n ,lanc pour la Jone d’amorage incertain* ces deux dernières Jones ne doivent !amais Ftre

utilisées.

)n effet pour que l’amorage du thyristor soit o,tenu il faut que la droite d’équation :

5D0BU/Hg-g traverse la Jone d’amorage certain.

L’intersection de cette droite avec la caractéristique 5D0Bf&-g( d’un thyristor se trouve

en I* a l’intérieure de la Jone en trait épais.

II- (edressement commandé

II-1- (edressement mono alternanceII-1-1- )rincipe

*+ontae

FIG 1 : montage redressement commandé mono/alterance

Le thyristor est passant qu’" partir du moment ou l’on envoie le signal de gchette et " lacondition que la tension 5'0 soit positive

L’amorage s’effectue avec un retard t8 après chaque dé,ut de période #

Le signal de gchette doit Ftre synchronisé avec celui de la tension 5

L’angle B .t8 s’appelle l’angle de retard " l’amorage.


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II-2- (edressement commandé triphasé.

II-1- (edressement polyphasé , thyristor

+ontae

-"as d’une chare résistie

Analyse

Pour M3GOtO M3G

#h= est passant

UcB5= et 5#h=B8

Pour M3GOtOQ M3G

#hE est passant

UcB5E et 5#hEB8

5=/5#h=/5EB8

5#h=B5=/5E

Pour QM3GOtO=+ M3G


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#h+ est passant

UcB5+

5#hEB5E/5+

.scilloramme

/ension moyenne

UcmoyB&+5emax3EM(.R+.cos


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0es microcontrleurs et les

)I"

I- 0es microcontrleurs

A- GénéralitésUn microcontrSleur se présente comme étant une unité de traitement de l’information de type

microprocesseur contenant tous les composants d’un système informatique* " savoir

microprocesseur* des mémoires et des périphériques &ports* timers* convertisseursT(. 6haque

fa,ricant a sa ou ses familles de microcontrSleur. Une famille se caractérise par un noyau

commun &le microprocesseur* le !eu d’instructionT(. 'insi les fa,ricants peuvent présenter ungrand nom,re de pins qui s’adaptent plus au moins " certaines tches. Iais un programmeur

connaissant une famille n’a pas ,esoin d’apprendre " utiliser chaque mem,re* il lui faut

connatre !uste ces différences par rapport au père de la famille. 6es différences sont souvent*

la taille des mémoires* la présence ou l’a,sence des périphériques et leurs nom,res.

B- Les avantages du microcontrôleurL’utilisation des microcontrSleurs pour les circuits programma,les " plusieurs points forts et

,ien réels. -l suffit pour s’en persuader* d’examiner la spectaculaire évolution de l’offre des

fa,ricants de circuits intégrés en ce domaine depuis quelques années.

Nous allons voir que le nom,re d’entre eux découle du simple sens.

#out d’a,ord* un microcontrSleur intègre dans un seul et mFme ,otier ce

qui* avant nécessitait une diJaine d’éléments séparés. -l résulte donc une

diminution évidente de l’encom,rement de matériel et de circuit imprimé.


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6ette intégration a aussi comme conséquence immédiate de simplifier le

tracé du circuit imprimé puisqu’il n’est plus nécessaire de véhiculer des ,us

d’adresses et de donnée d’un composant " un autre.

L’augmentation de la fia,ilité du système puisque* le nom,re des

composants diminuant* le nom,re des connexions composants3supports ou

composants3circuits imprimés diminue.

Le microcontrSleur contri,ue " réduire les cots " plusieurs niveaux :

/Ioins cher que les autres composants qu’il remplace.

/2iminuer les cots de main d’Vuvre.

Héalisation des applications non réalisa,les avec d’autres composants.

Contenu d’un microcontrôleurUn circuit microcontrSleur doit contenir dans un seul ,otier tous Les éléments de ,ases qu’on

verra par la suite. )n effet* pour l’analyse des divers systèmes réalisés avant l’avènement des

microcontrSleurs* les fa,ricants des circuits intégrés ont affinées un peu la définition de ce

qu’il fallait intégrer pour arriver " un schéma type analogue " la figure suivante :


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Timer 1

Timer 0

Nous y retrouvons ,ien évidemment l’unité centrale qui est plus simplifiée par rapport " celle

du microprocesseur. )n contre partie* des instructions de manipulation de ,its* très utiles pour

faire des entrées3sorties lui ont été a!outées. 2ans certains circuits* cette unité centrale se voit

dotée d’un très grand nom,re de registres internes qui servent alors de mémoire vive d’o> une

impression d’a,sence de cette dernière.Un certain nom,re de microcontrSleurs étaient* et sont tou!ours d’ailleurs disponi,les sans

H


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de ce type* mais* fait de l’a,sence de toute fenFtre* cette mémoire n’est ensuite plus effaa,le.

6’est une solution intéressante pour les productions en petite série* ne !ustifiant pas une

programmation par masque. )n effet* du fait de l’a,sence de fenFtre* ces versions


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4elon le type de P-6 utilisé* on retrouvera en interne un certain nom,re de registres et

périphériques possédant des caractéristiques différentes. Les différences de caractéristiques

selon le P-6 utilisé sont :

La taille de la H'I interne 1

La mémoire ))PH


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\Une horloge système permet de cadencer tous les échanges internes ou externes au

microcontrSleur.

La dénomination P-6 est sous copyright de Iicrochip

Les P-6s sont des composants dits H-46 &Heduced -nstructions 4et 6omputer(* ou encore

composant " !eu d’instructions réduit.

La famille des P-6s est su,divisée en + grandes familles : La famille ;ase/Line* qui utilise

des mots d’instructions de =E ,its* la famille Iid/Hange* qui utilise des mots de =K ,its * et la

famille [igh/)nd* qui utilise des mots de = ,its.

Identifcation d’un PIC

Pour identifier un P-6* nous utilisons simplement son numéro.

Les E premiers chiffres indiquent la catégorie du P-6* = indique un P-6 Iid/Hange.

5ient ensuite parfois une lettre L : 6elle/ci indique que le P-6 peut fonctionner avec une plage

de tension ,eaucoup plus tolérante. )nsuite* nous trouvons :

6 indique que la mémoire programme est une )PH


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"aractéristiques énérales #

4rochae du 15F677

Les "articularités électri#ues


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Un registre interne au P-6* nommé #H-4* permet de définir le sens de chaque ,roche dYun

port dYentrées3sorties. )n règle générale* un ,it positionné " ` 8 dans le registre #H-4

donnera une configuration en sortie pour la ,roche concernée 1 si ce ,it est positionné " ` = *

ce sera une ,roche dYentrée.

291 )articularité du port A

Le =Z]^^ dispose de canaux d’entrée analogique. Nous pouvons donc échantillonner

successivement !usque signaux différents avec ce composant. Les pins utilisés sont les pins

'N8 " 'NK &qui sont en fait les dénominations analogiques des pins H'8 " H'+ G H'(.


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0’oscillateur #

LYhorloge système peut Ftre réalisée soit avec un quartJ &a(* soit avec une horloge extérieure &,(*

soit avec un circuit H6&c(. 2ans ce dernier cas* la sta,ilité du montage est limitée.

La fréquence maximale dYutilisation va dépendre du microcontrSleur utilisé. Le suffixe indiqué sur le

,otier donne la nature de lYhorloge " utiliser et sa fréquence maximale.

+"0( #

La ,roche I6LH permet de réaliser un Heset du circuit quand elle est placée " 85

$-(EE/

6ette ,roche sert " initialisé le microcontrSleur. 6e dernier dispose en interne d’un circuit dedétection de niveau quand la tension 5dd est comprise entre ==.Ev et =.^v il démarre une

procédure d’initialisation.6ette ,roche peut Ftre seulement reliée " 5dd si on n’a pas ,esoin de reset externe. Par contresi on souhaite implanter un ,outon de remise " Jéro on pourra c,ler un simple réseau H6 sur la ,roche I6LH.


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A!"a#e

U$it &e traiteme$t et &e !a'!('

)i! 16 +,,

-ta#e &e !mma$&e &e t"/ritma#e &e te$i$ &e rea(

e!te(r &e paa#e par 2r I$ter3a!e

I- )résentation

I-1- chéma synoptique de la solution#

I-2- Imae de la tension du réseau#

LYimage de le la tension du réseau sert comme référence pour calculer le retard

dYenclenchement des thyristors et synchroniser les impulsions générés avec la tension du

secteur.

I-!- Détecteur de passae par ;éro

I-!-1- +ontae


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Figure !: montage détecteur de JéroI-!-2- Analyse

Le signal sinusodal &image de réseau( a été écrFter au moyen des diodes 2= et 2E

puis appliquer aux ,ornes de l’'


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I-!- Etae ampli


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chéma déeloppé

6alcul de la résistance H,

Loi des mailles

U/Ur,/5,eB8

Ur,BU/5,e

H,9-,BU/5,eH,B&U/5,e(3-, or 5,eB8.5

-cB9-,

-,B-c3

'N: -,B=83=88B=.m'

2onc H,7B&/8.(3=.B+0

Par convention H,BK.^0

I-$- /rans&ormateur d’impulsion


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Les transformateurs d’impulsions ont un large domaine d’applications les utilisations les plus

courantes sont :

'llumage des thyristors et des triacs

6ommande des thyristors et de triacs

6ommande d’amorage des transistors de puissance utilisés comme commutateur

)mploi comme transformateur de couplage pour transmission des données.

4éparation galvanique

"onstitution

Le circuit magnétique est composé se deux parties :

La partie principale en forme de ?[’* constituée par des tSles au silicium comme celles dutransformateur classique. L’enroulement primaire P est ,o,iné sur la ,ranche qui forme le ?[’.

Le noyau sur lequel est ,o,iné le secondaire ?4’ est un matériau très satura,le c’est " dire

ayant une forte perméa,ilité magnétique et une fai,le section.

La cour,e d’aimantation ,Bf&[( de ce matériau

)tant donné la grande perméa,ilité du noyau de 8 " 4 il se sature avec un fai,le champ

magnétique .2ans la partie &44’(* le flux qui traverse le noyau de section constante ne peut plus crotre.

I-:- A=cheur 0"D

I-:-1- )résentation

Généralité

Les afficheurs " cristaux liquides sont des modules compacts intelligents et nécessitants peu

de composants externes pour un ,on fonctionnement. -ls sont relativement ,ons marchés et

s’utilisent avec ,eaucoup de facilité. Un exceptionnel microprocesseur ?’polite’’ de la famille


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6/I


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"onne>ion

conne>ion de l’a=cheur

Pour utiliser le L62 il faut ,ien sur l’alimenter par 5 et la masse. )nsuite il va falloir relier

les ports H4* H3 et ) au P-6 & pin H6E* H68 et H6+( puis les ports 28 "2^.

?tilisation des ports pour enoyer une instruction

Pour envoyer une instruction " l’afficheur il faut régler le ,it H)'23H-#) &généralement "

H-#)( spécifier le ,it H4 &si c’est une commande ou une donnée(* mettre les ,its du poidsfort de la commande ou la donnée en question sur les ,its 2^ " 28et enfin valider pour que

l’afficheur en tient compte.

La validation se fait en mettant le ,it ) " = puis on le remet " 8. il y a tout de mFme des

contraintes de tempes " respecter &il faut un certain temps aux L62 pour comprendre et

exécuter une commande(. 6es contraintes sont d’un temps minimum

"ommande

'pres avoir alimenter le L62 il faudra envoyer une série de commande pour l’initialisation.4i la phase de l’initialisation est terminée* on peut envoyer directement des codes '46-- pour

que le L62 les affiche.

Le programme n’est ni gourmand en taille mémoire &moins deE^8 instructions* en contant les

timers(* ni en H'I.

L’exécution est préala,lement plus longue mais le cot de l’affichage se fait " temps court.

0es di@érents broches de 0"D

N° DE BROCHE SIGNAL Niveau

01 VSS Masse

02 VDD +5V8+ VLC +/-2.5V8K RS 0=instruction 1=characters8 R/ 0=ecriture

1=lecture8 E Front escenant

0! D0 Lo"i#ue $ositi%e8] D1 Lo"i#ue $ositi%e


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0& D2 Lo"i#ue $ositi%e=8 D' Lo"i#ue $ositi%e== D( Lo"i#ue $ositi%e=E D5 Lo"i#ue $ositi%e=+ D) Lo"i#ue $ositi%e1( D! Lo"i#ue $ositi%e

I-5- 0’alimentation


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Le régulateur est un circuit intégré 6- générant une tension constante entre ses ,roches E et +

lorsque la tension entre ses ,ornes E et + est supérieure " un seuil noté 5#.

2e plus* le courant sortant de la ,roche E est négligea,le. Le courant dé,ité par le circuit

provient donc de son entrée = soit -=B-+. en charge* le courant dé,ité par le 6- va venir

décharger la capacité 6. le courant de décharger est -+B5 43H et il reste constant tant que la

tension 5c aux ,ornes du condensateur reste supérieur " la tension seuil 5# du régulateur.

Pour un fonctionnement normal du montage* il faut que quelque soit la charge* la tension aux

,ornes de la capacité soit supérieur " la tension de seuil du régulateur.

"hoi> des di@érents éléments


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Pour 8OtOt= les diodes 2= et 2E sont passantes et la tension 56&t( est égale " la tension

5&t( : capacité se charge

Pour t=Ot=OtE tout les diodes du pont sont ,loquées puisque la tension 5c&t(75&t(.

)n fonctionnement " vide* la tension reste constante et égale " 5I. en charge* la tension aux

,ornes de la capacité est donnée par l’équation suivante.

Pour tEOtOt+* les diodes 2E et 2K sont passantes. La capacité se charge* 5c&t(75&t(. 'près la

valeur maximale de la tension 5&t7t+(* un cycle identique se reproduit indéfiniment. La valeur

de la capacité 6 est déterminé par la condition :

)n négligeant la tension de seuil des diodes* on peut écrire " l’instant tE :

-l apparat que l’expression de l’instant tE n’est pas solu,le analytiquement pour suivre

l’analyse on confond l’instant tE avec l’instant t+ ou la tension 5&t( est maximale.

L’équation + nous donne :

Pour : 54B5 et -maxB8.E' on a 6minB=ECZ


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L’alimentation des amplificateurs opérationnels &LI^K=( ce fait " l’aide d’une alimentation

sta,ilisée délivrant une tension égale " ±5. en se ,asant sur l’étude précédente nous avons

choisi le montage suivant :

"arte de commande

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