triacs

• Définition
• Amorçage d'un triac
• Fiche technique d'un triac
• Utilisation du triac en gradateur
• Utilisation du triac en commutateur

Définition
Le triac (TRIode Alternating Current, en anglais) est un dispositif semi-conducteur à trois électrodes qui autorise la mise en conduction et le blocage des deux alternances d'une tension alternative, en général celle du secteur 230 V. Le triac peut passer d'un état bloqué à un régime conducteur dans les deux sens de polarisation, et repasser à l'état bloqué par inversion de tension (passage par le "zéro secteur", zero crossing en anglais) ou par diminution de la valeur du courant de maintien.
Par analogie (et d'ailleurs le symbole le suggère), on pourrait dire qu'un triac est constitué de deux thyristors montés "tête-bêche", en anti-parallèle.

Les trois électrodes du triac sont dénommées gâchette (électrode de commande, appelée gate en anglais), et A1 et A2 (pour Anodes 1 et 2) ou, en anglais, MT1 et MT2 (Main Terminals). Ces deux dernières électrodes assurent la conduction principale.
Le principe de fonctionnement du triac est (très schématiquement) le suivant: un courant de commande très faible (environ 50 mA) déclenche le triac, qui reste amorcé jusqu'au passage par zéro de la sinusoïdale secteur. La puissance fournie à la charge est maximale lorsque le déclenchement a lieu juste après le passage par zéro de la tension alternative, mais en retardant l'impulsion de déclenchement, on peut faire varier à volonté l'intensité appliquée à la charge.

Caractéristique d'un triac. Contrairement au thyristor, on voit que le triac peut conduire dans les deux sens de polarisation.
Le triac est avant tout destiné à piloter des charges raccordées au secteur 230 V, par exemple une ampoule (charge non-inductive) ou un moteur électrique (charge inductive). Il permet de réaliser des gradateurs (variateurs) de lumière, des variateurs de vitesse pour les moteurs des appareils électro-ménagers ou de bricolage; il permet aussi, associé à un capteur (photorésistance...) de commander un dispositif de commutation ou de régulation (chauffage, électrovanne...) par ouverture ou fermeture du circuit. Les applications, on le voit, sont diverses et nombreuses.
Attention! Il convient d'insister sur le fait que le triac, même s'il est d'un fonctionnement très sûr, est un composant à manipuler avec de grandes précautions, dans la mesure où il est relié au secteur. Dès qu'un montage est relié au secteur, pensez sécurité!

Comme nous venons de le voir, le TRIAC peut être déclenché par une impulsion POSITIVE ou NÉGATIVE sur la GÂCHETTE, quelque que soit la polarité de A2 par rapport à A1. Toutefois, il existe un SENS PRÉFÉRENTIEL, illustré figure 1:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Lorsque le déclenchement a eu lieu, la résistance interne du triac est faible ; de ce fait, la chute de tension entre A2 et A1 a une valeur également faible (de l'ordre de 1,2 volt). Cela signifie que la puissance dissipée en pure perte dans le TRIAC est très faible par rapport à la puissance de la charge.
Mentionnons encore qu'un TRIAC peut supporter sans inconvénient des surcharges brèves, assez intenses. Ainsi, un TRIAC de 6 ampères par exemple peut supporter pendant quelques alternances, un courant de l'ordre de 100 ampères.
Cette caractéristique est très intéressante, car au démarrage d'un moteur par exemple, l'intensité instantanée demandée, est beaucoup plus importante que l'intensité de fonctionnement du moteur en régime normal.

Amorçage d'un triac:
En appliquant une tension V1 à A1, V2 a A2 et VG à la GÂCHETTE, en prenant V1 comme référence, c'est-à-dire V1 = 0, on peut définir les quatre quadrants de polarisation de la figure 1.

Comment se produit l'amorçage dans les 4 cas possibles ?
a) AMORÇAGE QUADRANT 1 (+ +)
Dans ce cas nous avons V2 > V1.
On applique une impulsion positive sur la gâchette entre G et A1 (+ sur G).
En appelant T le thyristor P1 N1 P2 N2 ayant A2 comme anode et A1 comme cathode et T' le thyristor P2 N1 P1 N4 avec A1 comme anode et A2 comme cathode, nous avons :
T est sous tension directe ; le courant positif de gâchette provoque l'amorçage de T comme un transistor normal.
b) AMORÇAGE QUADRANT 3 (- -)
Dans ce cas nous avons V2 < V1
On applique une impulsion négative sur la gâchette entre G et A1 (- sur G).
Le courant de gâchette IG entre par A1, traverse la diode P2 N3 dans le sens direct et entraîne ainsi l'affaissement de la barrière de potentiel P1 N1. En effet, la diode P2 N3 est traversée par des TROUS de P2 vers N3 et par des électrons de N3 vers P2.
Ces électrons diffusent à travers P2 jusqu'à la jonction P2 N1, qui les dirigent dans N1 (action de la jonction sur les porteurs minoritaires qui l'atteignent) ; il en résulte une diminution de la barrière de potentiel P2 N1 et par suite une augmentation du courant des TROUS de P2 vers N1
Ces trous sont absorbés par la jonction P1 N1 dont le courant inverse augmente, avec pour effet d'amorcer T'.
c) AMORÇAGE QUADRANT 2 (+  -)
Dans ce cas nous avons V2 < V1
On applique une impulsion négative sur la gâchette entre G et A1 (- sur G).
Le courant de déclenchement circule de P2 vers N3 et amorce T', comme précédemment.
d) AMORÇAGE QUADRANT 4 (-  +)
Dans ce cas nous avons V2 < V1
On applique une impulsion positive sur la gâchette entre G et A1 (+ sur G).
Le processus de déclenchement peut se comparer à celui du premier quadrant, donc T conducteur.
En réalité le phénomène est plus complexe, car pour une étude détaillée et par ailleurs hypothétique, il conviendrait de considérer la zone de conduction N3 P2 N1 P1, d'où il ressort que dans le quatrième quadrant, la sensibilité au déclenchement est plus réduite que dans les autres cas.
Les deux méthodes d'amorçage les plus utilisées sont celles décrites en a) et en b), c'est-à-dire celle du premier et du 3ème quadrant. En effet, lorsque A2 et G ont la même polarité, le courant de gâchette nécessaire pour provoquer l'amorçage est beaucoup plus faible que lorsque ces polarités sont opposées.
Le SENS PRÉFÉRENTIEL d'amorçage, en se référant à la figure 1 est donc celui où nous avons :
A2 + VG +   et   A2 -  VG -

Fiche technique d'un triac
Voici un extrait de la fiche technique (en anglais, une fois de plus...) d'un modèle de triac très répandu:
Triac BTA/BTB08-800B (general purpose AC switching and phase control operation)

Ce modèle supporte des tensions pouvant atteindre 800 V. Il est commandé par un courant de gâchette IGT allant de 5 à 50 mA et il peut délivrer 8 ampères (valeur efficace), voire des pointes (non répétitives) de 80 ampères. Sur le modèle référencé BTA, la languette métallique du boîtier TO-220 est isolée, ce qui n'est pas le cas pour le modèle BTB (la languette métallique est reliée à A2).
Prix indicatif d'un triac: de 1 à 1,5 euro pièce.

Utilisation du triac en gradateur
Pour une utilisation du triac en gradateur, on recourt souvent à un réseau RC, le cas échéant associé à un diac, diode bidirectionnelle permettant d'obtenir un déphasage encore plus important. On fait varier l'intensité dans la charge par l'intermédiaire de la résistance variable.

 

 

 

 

 

Schéma de principe d'un triac utilisé en gradateur, ici associé à un diac. Le potentiomètre de réglage permet de faire varier l'intensité lumineuse de l'ampoule (100 W maxi).
Deux points importants: dans le cas d'une charge inductive (moteur...), il est nécessaire de rajouter un circuit de protection du triac, en branchant en parallèle une résistance et un condensateur, et un circuit d'antiparasitage, comportant une self accompagnée ou non de condensateurs. De plus, dès que la puissance dépasse 100 W, le triac doit être équipé d'un dissipateur (radiateur).
Enfin, il ne faut jamais oublier que le triac est directement relié au secteur et qu'il convient par conséquent de prendre à cet égard toutes les précautions utiles, à commencer par une parfaite isolation du montage.

Utilisation du triac en commutateur
Pour une utilisation du triac en commutateur, il est préférable de faire appel à un composant spécialisé, l'opto-triac, encore appelé photo-coupleur (référence MOC 3041, par exemple), qui est conçu pour cette application et qui dispose en outre de deux avantages appréciables: une isolation de 7500 V et un courant de commande de l'ordre de 10 mA seulement. La mise en oeuvre de ce dispositif est des plus simples, puisqu'il suffit d'appliquer un niveau positif basse tension sur la DEL de l'opto-triac, qui commande à son tour le triac. L'opto-triac fait donc figure d'interface, en quelque sorte, entre le circuit de commande et le circuit commandé.

 

 

 

 

 

 

 

Commande du triac par opto-triac pour une utilisation en commutateur.