SCR activé par lumière (LASCR / Photo-SCR) : Fonctionnement, applications & sélection

Un SCR activé par lumière (LASCR), aussi appelé Photo-SCR ou Photothyristor, est un redresseur commandé au silicium dont la grille est déclenchée par des photons plutôt qu'un signal électrique. Il fournit une isolement galvanique entre la source lumineuse (côté commande) et le circuit de puissance de charge.

Structure & principe fonctionnement

 Anode (A) ──────────────────┐
│ ┌──────────┴──────────┐
│ n⁻ (Région dérive)    │
│ ↑ Lumière             │
│ ┌───┴───┐             │
│ │ p     │ Grille      │
│ │ (Base)│ Région      │
│ └───┬───┘             │
│     │                 │
│ ┌───┴───┐             │
│ │ n⁺    │ Cathode     │
│ │Émetteur│ (K)        │
│ └───────┘             │
└─────────────────────┘

• Photogénération : Photons (λ ≈ 800–1100 nm pour Si) créent paires électron-trou dans jonction grille-base (ou région photodiode dédiée).
• Amorçage : Photocourant agit comme courant grille (I_G = I_PH). Quand I_PH > I_GT (courant déclenchement grille), rétroaction régénérative verrouille SCR ON.
• Verrouillage : Une fois verrouillé, lumière peut être retirée — SCR reste ON jusqu'à courant anode < I_H (courant maintien).

Paramètres clés (Valeurs typiques)

Paramètre	Symbole	Plage typique	Notes
Tension crête hors état	VDRM/VRRM	200–1600 V	Sélectionner > 1,5× tension crête ligne
Courant RMS état passant	IT(RMS)	0,5–25 A	Radiateur requis > 2 A
Courant déclenchement lumière	IFT	1–20 mA (commande LED)	Dépend irradiance (mW/cm²)
Courant maintien	IH	1–50 mA	Doit concevoir charge > IH
dv/dt critique	dv/dt	10–500 V/µs	Snubber souvent nécessaire
Temps amorçage	tgt	5–20 µs	Assez rapide fréquence secteur
Tension isolation	VISO	2,5–7,5 kV RMS	Chemin optique = barrière isolation

Circuit commande typique

 Côté commande (Basse tension)     Côté puissance (Tension secteur)
┌─────────────────────┐             ┌─────────────────────────┐
│ MCU / Logique       │             │ LASCR                   │
│ Broche sortie       │             │ ┌─────┐                 │
│                     │             │ │     │                 │
│ [R] 330Ω            │             │ │     │ A ──┤ ├── Charge ──┐
│ ────────────────────►│ Lumière    │ │     │     │ │          │
│ (LED/               │             │ │     │ K ──┤ │          │
│  Fibre optique)     │             │ │     │     │ │          │
│                     │             │ │     │ G ──┤ │          │
│ GND                 │             │ └─────┘     │ │          │
└─────────────────────┘             └─────────────┬────────────┘
                                                  │
                                            [Snubber RC]
                                                  │
                                            Ligne Neutre ────────┘

• LED : Haute efficacité GaAs/AlGaAs (λ ≈ 850–940 nm), I_F = 10–20 mA.
• Liaison fibre optique (optionnelle) pour > 5 kV isolation ou immunité EMI.
• Snubber : R = 47–100 Ω, C = 0,01–0,1 µF aux bornes LASCR (supprime amorçage dv/dt).

Applications

Application	Pourquoi LASCR ?
Entrée relais statique CA (SSR)	Commande isolée charges 120/240 VCA (radiateurs, vannes, moteurs)
Démarreurs moteurs industriels	Isoler automate (24 VCC) de 480 VCA bobine contacteur
Commande éclairage (Théâtral, Architectural)	DMX/RDM → LASCR → Gradateur rack Triac/SCR
Équipement médical	Isolement patient (IEC 60601) — pas chemin conducteur
Protection surtension alimentation HT (Crowbar)	Rapide, isolé
Décharge condensateur / Formage impulsions	Déclencher empilement thyristors par lumière — pas transformateur déclencheur
Sécurité / Capteurs périmétrique	Rupture faisceau → LASCR → alarme (immunisé EMI)

Avantages vs alternatives

vs.	Avantage	Inconvénient
Optocoupleur + Triac/SCR	Composant unique, IT plus élevé, pas commande grille séparée	Moins flexible commande grille
Photo-Triac (ex: MOC3021)	Tension/courant plus élevés, verrouillage (charge CC capable)	Photo-triac CA seulement, pas verrouillage
MOSFET/IGBT + Driver grille	Plus simple charges CC, plus rapide	Commande isolée complexe requise pour CA
Relais mécanique	Pas usure contacts, silencieux, plus rapide, pas rebond	Courant fuite, chute tension, radiateur

Liste contrôle sélection

1. Tension secteur (120/240/480 V) → Indice V_DRM.
2. Courant charge (RMS) → I_T(RMS) + calcul radiateur.
3. Type charge : Résistive / Inductive / Capacitive / CC → conception snubber/commutation.
4. Isolation requise ? → V_ISO (fibre étend ceci).
5. Côté commande : MCU (3,3/5 V) → calcul résistance LED. Automate (24 V) → résistance série + LED.
6. Température ambiante → déclasser I_T selon courbe datasheet.
7. Approbations agences : UL 1577, VDE 0884, IEC 60747-5-5.

Références pièces : S6021L (2 A, 200 V), S6024L (4 A, 400 V), LAS1000 (10 A, 600 V), CL040 (4 A, 600 V, TO-220), modules haute puissance Photonics/IXYS (25–100 A).