Relais statiques AC : différence entre un thyristor et un triac comme éléments de puissance

Le Thyristor et le Triac sont tous deux des composants électroniques à semi-conducteurs utilisés pour transformer les courants électriques.

Les éléments de commutation des relais statiques pour courants alternatifs sont des thyristors tête-bêche ou des triacs. Quelle est la différence entre les triacs et les thyristors ?

Fonctionnement des Thyristors tête-bêche et des Triacs

Les éléments de commutation les plus couramment utilisés dans les relais statiques pour courants alternatifs sont les SCR, ou redresseurs commandés au silicium, qui est un composant électronique utilisé comme interrupteur dans différents circuits et appareils électroniques, et les triacs. Ces deux types de relais appartiennent à la famille des commutateurs à semi-conducteurs dont l’état bistable dépend de la rétroaction régénératrice. Néanmoins, l’intérêt des SCR-thyristors pour les relais statiques réside dans leur capacité à commuter des charges de forte puissance, jusqu’à 125 A, et des tensions élevées en courant alternatif, jusqu’à 660 V, avec un courant de gâchette inférieur à 50 mA. De plus, ils peuvent supporter des surtensions de crête sur un cycle d’environ 10 fois leur valeur nominale en régime permanent. Les thyristors sont des diodes à gâchette. Ils ne sont conducteurs que dans un seul sens. Deux thyristors doivent être montés tête-bêche pour transmettre les deux demi-cycles.

Thyristor (ou SCR, redresseurs commandés au silicium)

Thyristor, également appelé SCR, signifie redresseur commandé au silicium.
Il s’agit d’un dispositif de commutation à semi-conducteur, avec deux bornes de puissance, appelées Anode (A) et Cathode (K) et une borne de commande appelée Gâchette (G).

En tant que diode, le courant ne peut circuler que dans un seul sens : de l’anode à la cathode. Pour fonctionner sur secteur alternatif, la solution est donc d’utiliser 2 SCR connectés tête-bêche :

Le déclenchement du thyristor se fait en appliquant une impulsion de courant circulant positivement de la Gâchette vers la Cathode.

L’amorçage du thyristor (turn ON) après une impulsion de courant sur la Gâchette ne peut se produire que si :
– La tension anode-cathode est positive
– Le courant anode-cathode après le déclenchement a une valeur minimale appelée courant d’amorçage.

Dans les conditions ci-dessus, le thyristor reste conducteur même sans courant dans la gâchette (Effet mémoire).

Le désamorçage ne peut être rétabli :
-qu’en faisant chuter le courant anode cathode en dessous d’une certaine valeur, appelée courant de maintien.
-en appliquant une tension anode-cathode positive

La caractéristique régénératrice (verrouillage) du thyristor lui confère sa capacité à supporter des courants élevés et des surtensions, mais elle est également responsable de sa sensibilité aux fortes hausses de tension, une caractéristique moins souhaitable appelée effet dv/dt ou effet de régime.

Triac

TRIAC vient de l’anglais Triode Alternating Current qui signifie Triode pour courant alternatif.
Un triac est, contrairement au thyristor, un composant bidirectionnel, qui peut laisser passer le courant dans les deux sens. Le TRIAC est un dispositif semi–conducteur à trois électrodes (anode 1, anode 2, gâchette).

Le Thyristor et le Triac sont tous deux des composants électroniques à semi-conducteurs

Ces éléments de commutation partagent une fonction commune : ils ne conduisent que lorsqu’un courant approprié est appliqué à l’électrode de commande (gâchette). Une fois en conduction, ils sont maintenus, même en l’absence de courant de gâchette, jusqu’à zéro ou au moins jusqu’à une valeur inférieure à son courant de maintien. Dans un relais statique, ce courant de maintien est généralement spécifié et est utile lorsque le relais est commandé par impulsions. Il ne doit pas être considéré comme le courant de fonctionnement minimal d’un relais statique. En effet, lorsque la commande est appliquée en permanence, si le courant est inférieur au courant de maintien, c’est le circuit de commande pilote du composant de puissance qui assure la conduction du courant sur la charge. Les thyristors et les triacs utilisent des circuits de commande similaires et présentent des zones de sensibilité au bruit et aux transitoires équivalentes.

Parce qu’il s’agit de dispositifs semi-conducteurs, ils ne peuvent pas assurer une isolation galvanique lorsqu’ils ne sont pas contrôlés. Ils peuvent même avoir un courant de fuite dangereux à l’état OFF. De plus le claquage conduit souvent à leur court-circuit laissant passer le courant vers la charge.

C’est un aspect important qui doit être pris en compte pour assurer la sécurité dans la conception du système en cas de panne ou de maintenance : L’utilisateur doit s’assurer de la possibilité d’isoler galvaniquement le relais statique et de charger une partie du circuit avec un contacteur ou un disjoncteur.

Quelles applications pour les Triacs et les Thyristors ?

Les triacs sont basés sur une seule puce de silicium tandis que les Thyristors tête-bêche sont constitués de 2 puces de silicium séparées.
Cette différence physique joue un rôle en termes de capacité de commutation de courant :
Pour les courants de charge jusqu’à 25A, le triac est une solution simple et suffisante.
À partir de 25 A et au-delà, le thyristor tête-bêche est la meilleure alternative pour assurer une capacité de commutation haute puissance.

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