FR2614479A1 - PROTECTION CIRCUIT AGAINST SHORT CIRCUITS, IN PARTICULAR FOR PROTECTING POWER SEMICONDUCTOR SWITCHING ELEMENTS - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN CIRCUIT DE PROTECTION CONTRE LES COURTS-CIRCUITS COMPORTANT UNE SOURCE DE COURANT CONTINU DC, UNE CHARGE 7, AU MOINS UN ELEMENT DE COMMUTATION 1 ET UN CIRCUIT DE COMMANDE 8 DE CET ELEMENT. LE PROBLEME A RESOUDRE CONSISTE A REDUIRE LES DIMENSIONS DU CIRCUIT ET A OBTENIR UNE ACTION RAPIDE AVEC UN FAIBLE RAYONNEMENT THERMIQUE. LE CIRCUIT DE PROTECTION EST CARACTERISE EN CE QU'IL COMPORTE DES MOYENS DE DETECTION DE COURT-CIRCUIT 19, R4, 14 PAR COMPARAISON DE LA TENSION DE L'ELEMENT A UNE TENSION DE REFERENCE 15, ET DES MOYENS DE COMMANDE 16 DU CIRCUIT DE COMMANDE 8 POUR LE RENDRE INACTIF EN REPONSE AU SIGNAL DES MOYENS DE DETECTION DE COURT-CIRCUIT. L'INVENTION EST APPLICABLE A LA PROTECTION DES ELEMENTS SEMICONDUCTEURS DE PUISSANCE.THE INVENTION RELATES TO A PROTECTION CIRCUIT AGAINST SHORT-CIRCUITS INCLUDING A DC DIRECT CURRENT SOURCE, A LOAD 7, AT LEAST ONE SWITCHING ELEMENT 1 AND A CONTROL CIRCUIT 8 OF THIS ELEMENT. THE PROBLEM TO BE SOLVED IS TO REDUCE THE DIMENSIONS OF THE CIRCUIT AND TO OBTAIN FAST ACTION WITH LOW THERMAL RADIATION. THE PROTECTION CIRCUIT IS CHARACTERIZED IN THAT IT CONTAINS SHORT-CIRCUIT DETECTION MEANS 19, R4, 14 BY COMPARISON OF THE VOLTAGE OF THE ELEMENT TO A REFERENCE VOLTAGE 15, AND OF THE CONTROL MEANS 16 OF THE CONTROL CIRCUIT COMMAND 8 TO MAKE IT INACTIVE IN RESPONSE TO THE SIGNAL OF THE SHORT-CIRCUIT DETECTION MEANS. THE INVENTION IS APPLICABLE TO THE PROTECTION OF SEMICONDUCTOR POWER ELEMENTS.
Description
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"Circuit de protection contre les courts- "Circuit protection against short-
circuits, notamment pour protéger des éléments de circuits, in particular to protect elements of
commutation semiconducteurs de puissance". power semiconductor switching ".
La présente invention a pour objet un circuit de protection contre les courts-circuits et, notamment, un circuit pour protéger des éléments de commutation de puissance, utilisés dans un dispositif industriel tel qu'un inverseur, contre les surintensités provoquées par la mise en courtcircuit d'une charge dans le dispositif The present invention relates to a short-circuit protection circuit and, in particular, a circuit for protecting power switching elements used in an industrial device such as an inverter against overcurrents caused by short-circuiting. a load in the device
et les éléments similaires.and similar elements.
La figure 1 est un schéma représentant un Figure 1 is a diagram showing a
circuit de protection classique contre les courts- conventional protection circuit against short-
circuits destiné par exemple à un inverseur utilisant des circuits intended for example to an inverter using
éléments de commutation de puissance. power switching elements.
Conformément à la figure 1, un circuit principal A comporte des éléments de commutation 1 à 4 et des diodes Dl à D4. Les éléments de commutation 1 à 4 sont constitués de transistors npn, les diodes Dl à D4 étant branchées entre les collecteurs et les émetteurs correspondants de ces transistors. En d'autres termes, les cathodes des diodes Dl à D4 sont reliées aux collecteurs correspondants des éléments de commutation 1 à 4 et les anodes de ces diodes sont reliées aux According to FIG. 1, a main circuit A comprises switching elements 1 to 4 and diodes D1 to D4. The switching elements 1 to 4 consist of npn transistors, the diodes D1 to D4 being connected between the collectors and the corresponding emitters of these transistors. In other words, the cathodes of the diodes D1 to D4 are connected to the corresponding collectors of the switching elements 1 to 4 and the anodes of these diodes are connected to the
émetteurs correspondants desdits éléments de commutation. corresponding transmitters of said switching elements.
L'émetteur de l'élément de commutation 1 est relié à une ligne 5 et le collecteur de cet élément est relié à l'émetteur de l'élément de commutation 3. Le collecteur de l'élément de commutation 3 est relié à une ligne 6. Le collecteur de l'élément de commutation 2 est relié à la ligne 6 et l'émetteur de cet élément est relié au collecteur de l'élément de commutation 4. L'émetteur de l'élément de commutation 4 est relié à la ligne 5. Une tension continue est appliquée entre les lignes 5 et 6 de manière que la ligne 5 soit au potentiel terrestre et que The emitter of the switching element 1 is connected to a line 5 and the collector of this element is connected to the emitter of the switching element 3. The collector of the switching element 3 is connected to a line 6. The collector of the switching element 2 is connected to the line 6 and the emitter of this element is connected to the collector of the switching element 4. The emitter of the switching element 4 is connected to the line 5. A DC voltage is applied between lines 5 and 6 so that line 5 is at ground potential and that
la ligne 6 soit à un potentiel élevé. line 6 is at high potential.
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Une charge 7 est branchée entre un noeud de connexion entre les éléments de commutation 1 et 3 et un noeud de connexion entre les éléments de commutation 2 et 4. Un circuit de commande 8 est relié à la base de l'élément de commutation 1 pour en commander l'état passant ou bloqué. Des circuits de commande similaires (non représentés) sont reliés aux bases des éléments de A load 7 is connected between a connection node between the switching elements 1 and 3 and a connection node between the switching elements 2 and 4. A control circuit 8 is connected to the base of the switching element 1 to order the passing state or blocked. Similar control circuits (not shown) are connected to the bases of the elements of
commutation 2 à 4.switching 2 to 4.
Un transformateur d'intensité 9 est disposé pour mesurer régulièrement l'intensité du courant passant dans la ligne 6 et un shunt 10 (par exemple une résistance de faible valeur) est disposé pour mesurer régulièrement l'intensité du courant passant dans la ligne 5. On n'utilise pas à la fois les deux éléments 9 et 10 dans le même circuit, mais on utilise l'un ou l'autre. Un circuit de détection de court-circuit 11 destiné à détecter les courts-circuits dans le circuit A current transformer 9 is arranged to regularly measure the intensity of the current flowing in line 6 and a shunt 10 (for example a low value resistor) is arranged to regularly measure the intensity of the current flowing in line 5. Both elements 9 and 10 are not used in the same circuit, but one or the other is used. A short-circuit detection circuit 11 for detecting short circuits in the circuit
principal A produit un signal de détection de court- principal A produces a short-term detection signal
circuit quand une valeur d'intensité exagérée est mesurée par le transformateur d'intensité 9 ou le shunt 10. Un générateur d'impulsions (ou un circuit de commande) 12 reçoit le signal de détection de courtcircuit provenant du circuit de détection de court-circuit 11 et envoie des impulsions d'excitation et de désexcitation au circuit de commande 8. Au générateur d'impulsions 12 sont également envoyés un signal 0 destiné à permettre l'état passant normal des éléments de commutation 1 à 4 du circuit principal A et un signal 0' permettant l'état bloqué de circuit when an exaggerated intensity value is measured by the current transformer 9 or the shunt 10. A pulse generator (or a control circuit) 12 receives the short circuit detection signal from the short-circuit detection circuit. circuit 11 and sends excitation pulses and de-excitation to the control circuit 8. At the pulse generator 12 are also sent a signal 0 for enabling the normal on state of the switching elements 1 to 4 of the main circuit A and a signal 0 'allowing the blocked state of
ces éléments.these elements.
On va maintenant décrire le fonctionnement du We will now describe the operation of the
circuit ayant la structure mentionnée précédemment. circuit having the structure mentioned above.
Pendant le fonctionnement normal du circuit principal A, le signal 0 est envoyé au générateur d'impulsions 12 pour qu'il produise l'impulsion d'excitation actionnant le circuit de commande 8. Le circuit de commande 8 reçoit l'impulsion d'excitation qui During normal operation of the main circuit A, the signal 0 is sent to the pulse generator 12 so that it produces the excitation pulse driving the control circuit 8. The control circuit 8 receives the excitation pulse who
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permet l'état passant de l'élément de commutation 1. allows the on state of the switching element 1.
L'élément de commutation 2 est également amené dans l'état passant de façon similaire à ce qui a été indique précédemment. Dans ce cas, les éléments de commutation 3 et 4 sont dans l'état bloqué car le signal 0' est envoyé aux générateurs d'impulsions (non représentés) qui sont reliés à ces éléments. Puisque les éléments de commutation 1 et 2 sont dans l'état passant, un courant passe dans un sens dans l'élément de commutation 2, la charge 7 et l'élément de commutation 1. En raison du passage d'un tel courant, de l'énergie est progressivement accumulée dans la charge 7, par exemple s'il s'agit d'un élément inductif. Ensuite, le signal 0' est envoyé au générateur d'impulsions 12 pour qu'il produise l'impulsion de désexcitation destinée à arrêter l'action de commande du circuit de commande 8. Le circuit de commande 8 reçoit alors l'impulsion de désexcitation provenant du générateur d'impulsions 12, ce qui amène l'élément de commutation 1 dans l'état bloqué. Par conséquent, un courant passe dans une boucle formée par la charge 7, la diode D3, l'élément de commutation 2 et la charge 7, ce courant provenant de l'énergie accumulée dans la charge 7. Ce courant est progressivement réduit par l'impédance de la boucle. Ensuite, l'élément de The switching element 2 is also brought into the on state in a manner similar to what has been indicated previously. In this case, the switching elements 3 and 4 are in the off state because the signal 0 'is sent to the pulse generators (not shown) which are connected to these elements. Since the switching elements 1 and 2 are in the on state, a current flows in one direction in the switching element 2, the load 7 and the switching element 1. Due to the passage of such a current, energy is gradually accumulated in the load 7, for example if it is an inductive element. Then, the signal 0 'is sent to the pulse generator 12 so that it produces the de-energizing pulse intended to stop the control action of the control circuit 8. The control circuit 8 then receives the de-excitation pulse from the pulse generator 12, which brings the switching element 1 into the off state. Consequently, a current flows in a loop formed by the load 7, the diode D3, the switching element 2 and the load 7, this current coming from the energy accumulated in the load 7. This current is progressively reduced by the impedance of the loop. Then the element of
commutation 1 est a nouveau commandé dans l'état passant. switching 1 is again controlled in the on state.
Ce fonctionnement se répète pour convertir un courant continu en un courant alternatif par la variation de This operation is repeated to convert a direct current into an alternating current by the variation of
tension qui se produit à la traversée de la charge 7. voltage that occurs when crossing the load 7.
Etant donné que, dans ce cas, le circuit principal A est en fonctionnement normal, il ne passe pas de surintensité dans les lignes 5 et 6. Par conséquent, le circuit de détection de court-circuit 11 ne produit pas de signal de détection de court-circuit. Il en résulte que le générateur d'impulsions 12 ne transmet aucune impulsion de désexcitation au circuit principal A et que les Since, in this case, the main circuit A is in normal operation, there is no overcurrent in the lines 5 and 6. Therefore, the short circuit detection circuit 11 does not produce a detection signal of short circuit. As a result, the pulse generator 12 does not transmit any de-energizing pulse to the main circuit A and the
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éléments de commutation 1 et 2 sont commandés par les switching elements 1 and 2 are controlled by the
signaux 0 et 0' envoyés au générateur d'impulsions 12. 0 and 0 'signals sent to the pulse generator 12.
Si, par exemple, la charge 7 est mise en court- If, for example, the load 7 is put in
circuit pendant que les éléments de commutation 1 et 2 sont dans l'état passant, une surintensité passe dans les - lignes 5 et 6. Une valeur de détection détectée par le transformateur d'intensité 9 ou par le shunt 10 est envoyée au circuit de détection de court-circuit 11 qui, circuit while the switching elements 1 and 2 are in the on state, an overcurrent passes in the - lines 5 and 6. A detection value detected by the intensity transformer 9 or the shunt 10 is sent to the circuit. short circuit detection 11 which,
à son tour, transmet un signal de détection de court- in turn transmits a short-term detection signal
circuit au générateur d'impulsions 12 si la valeur de détection correspond à une surintensité. Le générateur d'impulsions 12 transmet une impulsion de désexcitation au circuit de commande 8 en réponse au signal de détection de court-circuit. Il en résulte que l'élément de commutation 1 passe dans l'état bloqué et qu'aucun courant ne passe donc dans les éléments de commutation 1 et 2. Les éléments de commutation 1 et 2 sont donc protégés contre une panne due à une surintensité. Si, de façon anormale, l'élément de commutation 3 ou l'élément de commutation 4 est amené dans l'état passant alors que les éléments de commutation 1 et 2 sont eux-mêmes dans l'état passant, une surintensité passe de façon similaire dans les lignes 5 et 6. Dans ce cas, les éléments de commutation 1 et 2 sont également protégés contre une panne due à une surintensité, cette protection étant assurée de façon similaire à ce qui a été décrit plus circuit to the pulse generator 12 if the detection value corresponds to an overcurrent. The pulse generator 12 transmits a de-excitation pulse to the control circuit 8 in response to the short-circuit detection signal. As a result, the switching element 1 goes into the off state and no current therefore flows in the switching elements 1 and 2. The switching elements 1 and 2 are therefore protected against a fault due to overcurrent. . If, in an abnormal manner, the switching element 3 or the switching element 4 is brought into the on state while the switching elements 1 and 2 are themselves in the on state, an overcurrent passes by similar in lines 5 and 6. In this case, switching elements 1 and 2 are also protected against an overcurrent failure, this protection being provided in a manner similar to that described above.
23 haut.23 up.
Le circuit de protection contre les courts- The short circuit protection circuit
circuits représenté sur la figure 1 utilise un transformateur d'intensité 9 ou un shunt 10 pour détecter le courant passant dans les éléments de commutation 1 à 4. Il en résulte que les dimensions de l'ensemble du circuit sont accrues. Quand on utilise un shunt 10 pour détecter les surintensités, un courant passe de façon continue dans ce shunt 10. Il se produit donc alors The circuitry shown in FIG. 1 uses a current transformer 9 or a shunt 10 to detect the current flowing through the switching elements 1 to 4. As a result, the dimensions of the entire circuit are increased. When using a shunt 10 to detect overcurrent, a current flows continuously in this shunt 10. It then occurs
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obligatoirement une perte d'énergie et on doit surveiller necessarily a loss of energy and we must monitor
le rayonnement thermique qui en résulte. the resulting thermal radiation.
La présente invention a pour objet un circuit de protection contre les courts-circuits, mis - en application sur un dispositif industriel utilisant des D5 éléments de commutation, pour protéger les éléments de commutation contre une panne due à une surintensité ou à un courant de court-circuit passant dans ces éléments de commutation à la suite de la mise en court-circuit d'une The present invention relates to a short-circuit protection circuit, implemented on an industrial device using D5 switching elements, to protect the switching elements against a fault due to overcurrent or short-circuit current. -circuit passing in these switching elements following the short-circuiting of a
charge dans le dispositif etc...charge in the device etc ...
En conséquence, un but de la présente invention consiste à créer un circuit de protection contre les courts-circuits de dimensions réduites, qui ne pose pas de conditions de surveillance du rayonnement thermique et qui puisse rapidement permettre le passage dans l'état bloqué d'un élément de commutation quand un court-circuit est provoqué dans un circuit formé avec l'élément de commutation, en vue d'éviter une panne de cet élément de commutation. A cet effet, l'invention concerne un circuit de protection contre les courts-circuits comportant: une source électrique de courant continu, une charge, des moyens de commutation comprenant au moins un élément de commutation branché entre la charge et la borne à faible potentiel de la source électrique pour former une liaison de branchement entre la source électrique et la charge, un circuit de commande pour commander l'élément de commutation, des moyens de détection de court-circuit pour comparer à une tension de référence la tension à une extrémité de l'élément de court-circuit quand la tension à l'extrémité de l'élément de commutation est supérieure à la tension de référence, et des moyens de commande du circuit de commande pour rendre ce circuit de commande Accordingly, an object of the present invention is to provide a short circuit protection circuit of small dimensions, which does not pose any conditions for monitoring the thermal radiation and which can rapidly enable the transition to the off-state of a switching element when a short circuit is caused in a circuit formed with the switching element, in order to avoid a failure of this switching element. For this purpose, the invention relates to a short circuit protection circuit comprising: a DC power source, a load, switching means comprising at least one switching element connected between the load and the low potential terminal of the electrical source for forming a connection connection between the power source and the load, a control circuit for controlling the switching element, short-circuit detection means for comparing the voltage at one end with a reference voltage. of the short-circuit element when the voltage at the end of the switching element is greater than the reference voltage, and control means of the control circuit for making this control circuit
inactif en réponse au signal de détection de court- inactive in response to the short-circuit detection signal.
circuit provenant des moyens de détection de court- circuit from the short-circuit detection means
circuit.circuit.
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L'invention est décrite plus en détail ci-après en se référant aux dessins annexes, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un circuit muni The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a diagram of a circuit provided with
d'un circuit classique de protection contre les courts- of a conventional short-circuit protection circuit
circuits,circuits,
D5 - la figure 2 est un schéma d'un circuit muni. D5 - Figure 2 is a diagram of a circuit provided.
d'un exemple de réalisation du circuit de protection of an exemplary embodiment of the protection circuit
contre les courts-circuits suivant la présente invention. against the short circuits according to the present invention.
La figure 2 est un schéma d'un circuit muni d'un exemple de réalisation du circuit de protection FIG. 2 is a diagram of a circuit provided with an exemplary embodiment of the protection circuit
contre les courts-circuits suivant la présente invention. against the short circuits according to the present invention.
Par différence avec le circuit classique représenté sur la figure 1, cet exemple de réalisation est muni d'un élément de transfert de tension 19 pour transmettre la tension du côté potentiel éleve d'un élément de commutation 1 à un comparateur de tension 14 qui, à son tour, compare la tension transmise par l'élément de transfert de tension 19 à une tension de référence 15 et produit un signal de sortie quand cette dernière tension est inférieure à la première. Des moyens de commande 16 de circuit de commande sont prévus pour arrêter le fonctionnement d'un circuit de commande 8 en réponse au By contrast with the conventional circuit shown in FIG. 1, this exemplary embodiment is provided with a voltage transfer element 19 for transmitting the voltage of the high potential side of a switching element 1 to a voltage comparator 14 which, in turn, compares the voltage transmitted by the voltage transfer element 19 to a reference voltage 15 and produces an output signal when the latter voltage is lower than the first voltage. Control circuit control means 16 are provided for stopping the operation of a control circuit 8 in response to the
signal de sortie du comparateur de tension 14. output signal of the voltage comparator 14.
Conformément à la figure 2, le circuit de commande 8 est constitué des transistors Q1 et Q2, des résistances Rl à R3, des condensateurs Cl et C2 ainsi que d'un élément de commutation de commande 17 pour effectuer la commande, en fonctionnement normal, de l'élément de According to FIG. 2, the control circuit 8 consists of the transistors Q1 and Q2, the resistors R1 to R3, the capacitors C1 and C2 and a control switching element 17 for carrying out the control, in normal operation, of the element
commutation 1 dans l'état passant et dans l'état bloqué. switching 1 in the on state and in the off state.
Le transistor Q1 est un transistor npn et le transistor Q2 est un transistor pnp. Les émetteurs et les bases des transistors Q1 et Q2 sont respectivement reliés en commun et la connexion commune entre les émetteurs est reliée à la base de l'élément de commutation i. Le collecteur du transistor Q1 est relié à une ligne d'alimentation en énergie 18 par l'intermédiaire de la résistance Ri. Le The transistor Q1 is a npn transistor and the transistor Q2 is a pnp transistor. The emitters and the bases of the transistors Q1 and Q2 are respectively connected in common and the common connection between the emitters is connected to the base of the switching element i. The collector of the transistor Q1 is connected to a power supply line 18 through the resistor Ri. The
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collecteur du transistor Q2 est relié à la terre par l'intermédiaire du condensateur Cl. Le condensateur Cl sert de source de courant pour prélever du courant sur la base de l'élément de commutation 1 lorsque le transistor Q2 est dans l'état passant. La connexion commune entre D5 les bases des transistors Q1 et Q2 est reliée à la ligne d'alimentation en énergie 18 par l'intermédiaire des résistances R2 et R3. Les résistances R2 et R3 sont constituées pour fournir du courant à la connexion commune des bases des transistors Ql et Q2. Le i1 condensateur C2 est branché entre la ligne d'alimentation en énergie 18 et la terre. Ce condensateur C2 sert de source de courant pour fournir du courant à la base de l'élément de commutation 1 lorsque le transistor Q1 est The collector of the transistor Q2 is connected to earth via the capacitor C1. The capacitor C1 serves as a current source for taking current on the basis of the switching element 1 when the transistor Q2 is in the on state. The common connection between D5 the bases of transistors Q1 and Q2 is connected to the power supply line 18 through the resistors R2 and R3. Resistors R2 and R3 are constituted to provide current to the common connection of the bases of transistors Q1 and Q2. The capacitor C2 is connected between the power supply line 18 and the ground. This capacitor C2 serves as a current source for supplying current to the base of the switching element 1 when the transistor Q1 is
dans l'état passant.in the passing state.
13 L'élément de commutation de commande 17 est un transistor métal-oxyde à canal n. Cet élément de commutation de commande 17 comporte une porte (gate) reliée à un générateur d'impulsions (non représenté) qui est similaire au générateur d'impulsions 12 représenté sur la figure 1, une source reliée à la terre et un drain u relié à la connexion de base commune des transistors Q1 et Q2. Le circuit de commande 8 ayant la structure mentionnée précédemment commande l'état passant et l'état bloqué de l'élément de commutation 1 en réponse au niveau élevé et au niveau bas d'un signal provenant du The control switching element 17 is an n-channel metal oxide transistor. This control switching element 17 comprises a gate connected to a pulse generator (not shown) which is similar to the pulse generator 12 shown in FIG. 1, a source connected to the earth and a drain connected to it. to the common basic connection of transistors Q1 and Q2. The control circuit 8 having the aforementioned structure controls the on state and the off state of the switching element 1 in response to the high level and the low level of a signal from the
générateur d'impulsions (non représenté). pulse generator (not shown).
L'élément de transfert de tension 19 est un transistor métal-oxyde à canal n qui comporte une porte reliée au drain de l'élément de commutation de commande 17, un drain relié au collecteur de l'élément de commutation 1 et une source reliée à la terre par The voltage transfer element 19 is an n-channel metal oxide transistor having a gate connected to the drain of the control switching element 17, a drain connected to the collector of the switching element 1 and a connected source. to the earth by
l'intermédiaire de la résistance R4. through the resistance R4.
Le comparateur de tension 14 comporte une première entrée reliée à la source de l'élément de transfert de tension 19, une seconde entrée reliée a la The voltage comparator 14 comprises a first input connected to the source of the voltage transfer element 19, a second input connected to the
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terre par l'intermédiaire de la source de tension de référence 15, ainsi qu'à la ligne d'alimentation en énergie 18 par l'intermédiaire d'une résistance R5, et une sortie reliée à un panneau d'affichage (non représenté) ou à un élément similaire. Les moyens de commande 16 du circuit de commande sont constitués d'un élément de commande 20 du circuit de commande, d'un condensateur C3 et d'une résistance R6. L'élément de commande 20 du circuit de commande est un transistor métal- oxyde à canal n qui comporte une porte reliée à la sortie du comparateur de tension 14, un drain relié, par l'intermédiaire de la résistance R6, à la connexion entre earth through the reference voltage source 15, as well as to the power supply line 18 through a resistor R5, and an output connected to a display panel (not shown) or a similar element. The control means 16 of the control circuit consist of a control element 20 of the control circuit, a capacitor C3 and a resistor R6. The control element 20 of the control circuit is an n-channel metal oxide transistor having a gate connected to the output of the voltage comparator 14, a drain connected via the resistor R6 to the connection between
les résistances R2 et R3 et une source reliée à la terre. the resistors R2 and R3 and a source connected to the earth.
Le condensateur C3 est branché entre la résistannce R6 et la terre. Quand la connexion entre les résistances R2 et R3 passe à un niveau bas, en raison de l'état passant de l'élément de commande 20 du circuit de commande, le condensateur C3 stabilise ce niveau bas. Le reste de la structure est similaire à celle du circuit classique The capacitor C3 is connected between the resistor R6 and the ground. When the connection between the resistors R2 and R3 goes low, due to the on state of the control element 20 of the control circuit, the capacitor C3 stabilizes this low level. The rest of the structure is similar to that of the classic circuit
représenté sur la figure 1.shown in Figure 1.
Un élément de commutation 4 est branché avec 2o des circuits similaires au circuit de commande 8, aux moyens de détection de tension R4, au comparateur de tension 14 et aux moyens de commande 16 du circuit de commande. On va maintenant décrire le fonctionnement du circuit ayant la structure mentionnée précédemment. Lors de fonctionnement normal des éléments de commutation 1 à 4, l'élément de commutation 1 est amené dans l'état passant de la façon indiquée ci-après. Un signal de niveau bas est envoyé par le générateur d'impulsions (non représenté) à la porte de l'élément de commutation de commande 17 pour que cet élément de commutation de commande soit bloqué. Dans ce cas, le potentiel de la porte de l'élément de transfert de tension 19 est relevé, ce qui amène cet élément de transfert de tension 19 dans 9g 2614479 l'état passant. Le potentiel de la connexion de base commune entre les transistors Q1 et Q2 est également relevé. Le transistor Q1 prend alors l'état passant et le transistor Q2 passe dans l'état bloqué. Par conséquent, le potentiel de la base de l'élément de commutation 1 est augmenté, de sorte que cet élément de commutation 1 est A switching element 4 is connected with 2o circuits similar to the control circuit 8, the voltage detection means R4, the voltage comparator 14 and the control means 16 of the control circuit. We will now describe the operation of the circuit having the structure mentioned above. During normal operation of the switching elements 1 to 4, the switching element 1 is brought into the on state as indicated hereinafter. A low level signal is sent by the pulse generator (not shown) to the gate of the control switching element 17 to cause this control switch element to be blocked. In this case, the potential of the gate of the voltage transfer element 19 is raised, which brings this voltage transfer element 19 into the on state. The potential of the common basic connection between transistors Q1 and Q2 is also noted. The transistor Q1 then takes the on state and the transistor Q2 goes into the off state. Therefore, the potential of the base of the switching element 1 is increased, so that this switching element 1 is
amené dans l'état passant.brought in the passing state.
D'autre part, l'élément de commutation 1 est On the other hand, the switching element 1 is
amené dans l'état bloqué de la façon indiquée ci-après. brought into the off state as indicated below.
Un signal de niveau élevé est envoyé par le générateur 1 d'impulsions (non représenté) à la gâchette de l'élément de commutation de commande 17 pour que cet élément de commutation de commande 17 soit passant. Il en résulte que le potentiel de la connexion de base commune entre les transistors Q1 et Q2 est diminué. Le transistor Q1 passe alors dans l'état bloqué et le transistor Q1 prend l'état passant. Il en résulte que le potentiel de la base de l'élément de commutation 1 est diminué, de sorte que cet élément de commutation 1 est amené dans l'état bloqué. A high level signal is sent by the pulse generator 1 (not shown) to the trigger of the control switching element 17 for this control switching element 17 to be on. As a result, the potential of the common basic connection between transistors Q1 and Q2 is decreased. The transistor Q1 then goes into the off state and the transistor Q1 takes the on state. As a result, the potential of the base of the switching element 1 is decreased, so that this switching element 1 is brought to the off state.
Pour la commodité de la description, on suppose For the convenience of the description, it is assumed
maintenant que les éléments de commutation 1 et 2 sont dans l'état passant et que les éléments de commutation 3 et 4 sont dans l'état bloqué. Si les éléments de commutation 3 et 4 étaient dans l'état passant, les éléments de commutation 1 et 2 seraient dans l'état now that the switching elements 1 and 2 are in the on state and that the switching elements 3 and 4 are in the off state. If switching elements 3 and 4 were in the on state, switching elements 1 and 2 would be in the state
bloqué.blocked.
Etant donné que les éléments de commutation 1 et 2 sont dans l'état passant, un courant passe dans un sens dans l'élément de commutation 2, la charge 7 et l'élément de commutation 1. Par conséquent, de l'énergie - est progressivement accumulée dans la charge 7. Ensuite, un signal 0 est envoyé à un générateur d'impulsions (non représenté) pour que celui-ci fournisse à sa sortie un signal de niveau élevé. Ce signal est envoyé à la porte de l'élément de commutation de commande 17, de sorte que Since the switching elements 1 and 2 are in the on state, a current flows in one direction in the switching element 2, the load 7 and the switching element 1. Therefore, energy - is gradually accumulated in the load 7. Then, a signal 0 is sent to a pulse generator (not shown) so that it provides at its output a high level signal. This signal is sent to the gate of the control switching element 17, so that
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l'élément de commutation 1 passe dans l'état bloqué de la façon décrite précédemment. A ce moment, l'élément de commutation 2 est maintenu dans l'état passant. Dans cet état, un courant passe dans une boucle formée par la charge 7, la diode D3, l'élément de commutation 2 et la charge 7, ce courant provenant de l'énergie accumulée dans la charge 7. Ce courant est progressivement réduit par l'impédance de la boucle. Ensuite, l'élément de commutation 1 est ramené dans l'état passant pour envoyer du courant dans un sens dans l'élément de commutation 2, la charge 7 et l'élément de commutation 1, de l'énergie the switching element 1 goes into the off state as previously described. At this time, the switching element 2 is maintained in the on state. In this state, a current flows in a loop formed by the load 7, the diode D3, the switching element 2 and the load 7, this current coming from the energy accumulated in the load 7. This current is progressively reduced by the impedance of the loop. Then, the switching element 1 is returned to the on state to send current in one direction in the switching element 2, the load 7 and the switching element 1, of the energy
étant encore accumulée dans la charge 7. still being accumulated in the load 7.
Un tel fonctionnement se répète pour convertir le courant continu en courant alternatif par la variation Such operation is repeated to convert the direct current into alternating current by the variation
de tension qui se produit à la traversée de la charge 7. voltage that occurs at the crossing of the load 7.
Etant donné que, dans ce cas, les éléments de commutation 1 à 4 sont en fonctionnement normal, la tension produite à la traversée de la résistance R4 par le courant qui passe dans l'élément de transfert de tension 19 est égale ou inférieure à la tension de la source de tension de référence 15. Il en résulte que le comparateur de tension 2 14 produit un signal de niveau bas. Par conséquent, l'élément de commande 20 du circuit de commande est bloqué et le circuit de commande 8 assure le Since, in this case, the switching elements 1 to 4 are in normal operation, the voltage produced at the crossing of the resistor R4 by the current flowing in the voltage transfer element 19 is equal to or less than the voltage of the reference voltage source 15. As a result, the voltage comparator 2 14 produces a low level signal. Therefore, the control element 20 of the control circuit is blocked and the control circuit 8 provides the
fonctionnement normal mentionné précédemment. normal operation mentioned above.
On va maintenant décrire le cas o un court- We will now describe the case where a short-
circuit se produit entre les fils 5 et 6. On suppose circuit occurs between wires 5 and 6. We assume
alors, pour la commodité de la description, que les so, for the convenience of the description, that the
éléments de commutation 1 et 2 sont dans l'état passant et les éléments de commutation 3 et 4 sont dans l'état bloqué. Dans ce cas, un signal de niveau bas est envoyé par le générateur d'impulsions (non représenté) pour que l'élément de commutation de commande 17 soit dans l'état bloqué. Il en résulte que le potentiel de la porte de l'élément de transfert de tension 19 est à un niveau élevé. Par consequent, cet élément de transfert de switching elements 1 and 2 are in the on state and switching elements 3 and 4 are in the off state. In this case, a low level signal is sent by the pulse generator (not shown) so that the control switching element 17 is in the off state. As a result, the potential of the gate of the voltage transfer element 19 is at a high level. Therefore, this element of transfer of
tension 19 est dans l'état passant. voltage 19 is in the on state.
On suppose alors qu'un court-circuit se produit entre les lignes 5 et 6 par mise en court-circuit de la cherge 7 dans ces conditions. Il en résule qu'une surintensité passe dans les éléments de commutation 1 et 2 et que la tension du côté des potentiels élevés de l'élément de commutation 1 est accrue de façon anormale par rapport & celle du fonctionnement normal du circuit principal A, par exemple de 2 à 200 V. Par conséquent, le iCi courant qui passe dans l'élément de transfert de tension 19 et qui va à la résistance R4 est considérablement plus grand que lors du fonctionnement normal du circuit principal A. Il en résulte que la tension qui s'établit à la traversée de la résistance R4 est considérablement It is then assumed that a short circuit occurs between the lines 5 and 6 by shorting the cherge 7 under these conditions. As a result, overcurrent occurs in switching elements 1 and 2 and the voltage at the high potential side of switching element 1 is abnormally increased compared to that of normal operation of main circuit A by For example, the current iCi that passes through the voltage transfer element 19 and goes to the resistor R4 is considerably larger than during normal operation of the main circuit A. As a result, the current voltage which is established at the crossing of the resistance R4 is considerably
plus grande que la tension de la source de référence 15. greater than the voltage of the reference source 15.
Par conséquent, le comparateur de tension 14 fournit un signal de sortie du niveau élevé à l'élément de commande du circuit de commande, de sorte que cet élément 20 devient immédiatement passant. Le potentiel de la connexion entre les résistances R2 et R3 est donc diminué, de sorte que le transistor Q1 passe dans l'état bloqué et que le transistor Q2 est amené dans l'état passant. Le potentiel de la base de l'élément de commutation 1 est diminué, cet élément 1 étant ainsi amené dans l'état bloqué. En conséquence, aucun courant ne passe dans les éléments de commutation 1 et 2. Ainsi, les éléments de commutation 1 et 2 sont protégés contre une panne provoquée par une surintensité due à la mise en Therefore, the voltage comparator 14 provides a high level output signal to the control element of the control circuit, so that this element 20 becomes immediately on. The potential of the connection between the resistors R2 and R3 is thus reduced, so that the transistor Q1 goes into the off state and the transistor Q2 is brought into the on state. The potential of the base of the switching element 1 is decreased, this element 1 thus being brought into the off state. As a result, no current flows in switching elements 1 and 2. Thus, switching elements 1 and 2 are protected against a fault caused by an overcurrent caused by the switching on.
court-circuit de la charge 7.short circuit of the load 7.
De façon anormale, l'élément de commutation 3 peut prendre l'état passant lorsque les éléments de commutation 1 et 2 sont eux-mêmes dans l'état passant, ce Abnormally, the switching element 3 can assume the on state when the switching elements 1 and 2 are themselves in the on state.
qui provoque un court-circuit entre les lignes 5 et 6. which causes a short circuit between lines 5 and 6.
Dans ce cas également, la tension du côté des potentiels élevés de l'élément de commutation 1 est anormalement In this case also, the voltage on the high potential side of the switching element 1 is abnormally
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accrue par comparaison avec celle qui correspond au fonctionnement normal du circuit principal A. De façon similaire au fonctinnement décrit plus haut, l'élément de commutation 1 passe dans l'état bloqué, de sorte qu'aucun increased in comparison with that corresponding to the normal operation of the main circuit A. Similar to the operation described above, the switching element 1 goes into the off state, so that no
courant ne passe dans les éléments de commutation 1 et 2. current flows into switching elements 1 and 2.
i5 on peut donc protéger les éléments de commutation 1 et 2 contre une panne provoquée par une surintensité due à It is thus possible to protect the switching elements 1 and 2 against a fault caused by an overcurrent caused by
l'état passant anormal de l'élément de commutation 3. the abnormal state of switching element 3.
De façon anormale, l'élément de commutation 4 peut prendre l'état passant lorsque les éléments de commutation 1 et 2 sont eux-mêmes dans l'état passant, ce Abnormally, the switching element 4 can assume the on state when the switching elements 1 and 2 are themselves in the on state.
qui provoque un court-circuit entre les lignes 5 et 6. which causes a short circuit between lines 5 and 6.
Quand l'élément de commutation 4 est dans l'état bloqué, un signal de niveau élevé est envoyé par un générateur d'impulsions (non représenté) à un élément correspondant à l'élément de commutation de commande 17. Par conséquent, un élément correspondant à l'élément de détection de tension 19 est dans l'état bloqué et, par conséquent, aucun courant ne passe dans une résistance correspondant à la résistance R4. Par conséquent, un comparateur de tension correspondant au comparateur de 2 tension 14 ne produit pas de signal de niveau élevé, ce qui fait que l'élément de commutation 4 reste à l'état bloqué. On suppose alors qu'un signal de niveau bas est, de façon anormale, envoyé par le générateur d'impulsions (non représenté) à l'élément correspondant à l'élément de commutation 17. L'élément de commutation 4 prend alors l'état passant, ce qui provoque un court-circuit entre les lignes 5 et 6. Dans ce cas, la tension de la porte de l'élément correspondant à l'élément de transfert de tension 19 est accrue, ce qui amène l'élément correspondant à l'élément de transfert de tension 19 dans l'état passant. Lorsque l'élément de commutation 4 est dans l'état passant, la tension du côté des potentiels élevés de cet élément de commutation 4 est anormalement accrue par comparaison à la tension correspondant au 3D When the switching element 4 is in the off state, a high level signal is sent by a pulse generator (not shown) to an element corresponding to the control switching element 17. corresponding to the voltage sensing element 19 is in the off state and, therefore, no current flows to a resistor corresponding to the resistor R4. Therefore, a voltage comparator corresponding to the voltage comparator 14 does not produce a high level signal, so that the switching element 4 remains in the off state. It is then assumed that a low level signal is, abnormally, sent by the pulse generator (not shown) to the element corresponding to the switching element 17. The switching element 4 then takes the state, which causes a short circuit between the lines 5 and 6. In this case, the voltage of the door of the element corresponding to the voltage transfer element 19 is increased, which brings the corresponding element to the voltage transfer element 19 in the on state. When the switching element 4 is in the on state, the voltage on the high potential side of this switching element 4 is abnormally increased compared to the voltage corresponding to the 3D
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fonctionnement normal du circuit principal A, de façon similaire au cas o l'élément de commutation 2 devient anormalement passant lorsque les éléments de commutation normal operation of the main circuit A, similarly to the case where the switching element 2 becomes abnormally on when the switching elements
3 et 4 sont normalement seuls dans l'état passant. Il er. 3 and 4 are normally alone in the on state. He er.
résulte que le courant qui passe dans la résistance R4 est accru par comparaison avec le courant correspondant au fonctionnement normal du circuit principal A. En conséquence, le comparateur de tension correspondant au comparateur de tension 14 produit un signal de niveau élevé, ce qui fait que l'élément de commutation 4 passe As a result, the current flowing through the resistor R4 is increased by comparison with the current corresponding to the normal operation of the main circuit A. As a result, the voltage comparator corresponding to the voltage comparator 14 produces a high level signal, so that switching element 4 passes
dans l'état bloqué de la façon décrite précédemment. in the off state as previously described.
Aucun courant ne passe donc dans les éléments de commutation 2 et 4. Ainsi, les éléments de commutation 2 et 4 sont protégés contre une panne provoquée par une surintensité due à l'état passant anormal de l'élément de No current therefore flows in switching elements 2 and 4. Thus, switching elements 2 and 4 are protected against a fault caused by an overcurrent due to the abnormal state of the switching element.
commutation 4.switching 4.
Etant donné que, comme décrit précédemment, le courant qui passe dans les éléments de commutation 1 et 4 est détecté par des éléments semiconducteurs, on obtient Since, as previously described, the current flowing in the switching elements 1 and 4 is detected by semiconductor elements, we obtain
les avantages indiqués ci-après.the benefits listed below.
On peut réduire les dimensions du circuit de protection contre les courtscircuits par rapport au cas o le courant passant dans les éléments de commutation 2 et 4 est détecté par le transformateur d'intensité 9 ou le shunt 10. Quand une surintensité passe dans les éléments de commutation 1 et 2, on peut réduire le temps qui sépare la détection et la coupure des éléments de commutation par comparaison avec le cas o l'on utilise le transformateur d'intensité 9 ou le shunt 10. On peut donc améliorer les performances de protection du circuit de protection contre les courtscircuits. En outre, il n'y a pratiquement pas de pertes d'énergie, contrairement à ce qui a lieu quand on utilise le shunt 10. Il n'est donc pas nécessaire de tenir compte du rayonnement thermique. The dimensions of the short circuit protection circuit can be reduced in relation to the case where the current flowing in switching elements 2 and 4 is detected by the current transformer 9 or the shunt 10. When an overcurrent passes through the circuit elements switching 1 and 2, it is possible to reduce the time between the detection and the cut-off of the switching elements by comparison with the case where the intensity transformer 9 or the shunt 10 is used. It is therefore possible to improve the protection performance. short circuit protection circuit. In addition, there is virtually no energy loss, contrary to what occurs when using the shunt 10. It is therefore not necessary to take into account the heat radiation.
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Bien que le mode de réalisation ci-dessus ait été décrit en considérant le cas o les éléments de commutation 1 et 2 sont dans l'état passant et les éléments de commutation 3 et 4 dans l'état bloqué, la présente invention peut aussi être mise en application dans le cas o les éléments de commutation 3 et 4 sont dans l'état passant et les éléments de commutation 1 et 2 Although the above embodiment has been described considering the case where the switching elements 1 and 2 are in the on state and the switching elements 3 and 4 in the off state, the present invention can also be implemented in the case where the switching elements 3 and 4 are in the on state and the switching elements 1 and 2
dans l'état bloqué.in the blocked state.
Quand l'ensemble du circuit est réalisé sous forme de circuit intégré de puissance, l'élément de détection de tension 19, la résistance R4 et les composants similaires peuvent être contenus dans le circuit principal A ou dans le circuit de commande 8 pour étendre le domaine d'application. La tension du côté des potentiels élevés de l'élément de commutation 1 peut être envoyée directement au comparateur de tension 14. En outre, l'élément de transfert de tension 19 peut être relié au côté des faibles potentiels de l'élément de When the entire circuit is realized as a power integrated circuit, the voltage sensing element 19, the resistor R4 and the like components may be contained in the main circuit A or in the control circuit 8 to extend the circuit. application domain. The voltage on the high potential side of the switching element 1 can be sent directly to the voltage comparator 14. In addition, the voltage transfer element 19 can be connected to the low potential side of the voltage element.
commutation 1.switching 1.
Le circuit de protection contre les courts- The short circuit protection circuit
circuits peut être constitué sous forme de circuit circuits can be constituted as a circuit
intégré de puissance monolithique ou hybride. integrated monolithic or hybrid power.
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| FR2448243A1 (en) * | 1979-01-30 | 1980-08-29 | Sp El Srl | CIRCUIT FOR THE AUTOMATIC PROTECTION OF POWER TRANSISTORS, PARTICULARLY FOR SWITCHED OR SIMILAR CONVERTERS |
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