FR2731851A1 - Rectifier bridge with reduced voltage drop for use in public telephones - Google Patents

Abstract

The rectifier bridge delivers an output potential (Vout) of know polarity regardless of the polarity of the incoming voltage. The rectifier bridge has two branches (B1;B2) connected in parallel between the entry terminals. Each branch is made up of two transistors (M1,M2;M3,M4). The transistors are MOSFET field effect transistors. N-type transistors make up one branch (B1) and P-type transistors make up the other branch (B2). The transistors are mounted in opposition in each branch. The circuit is operated with one transistor conducting and the other blocking. Zener diode limiters (D5-D8) limit the gate-source voltage of each transistor. Diodes (D1-D4) bridge the input capacitance of the transistors in the conducting state during inversion of the input polarity.

Description

"PONT REDRESSEUR A CHUTE DE TENSION REDITE"
La présente invention concerne un pont redresseur destiné à fournir une tension de sortie continue de polarité déterminée, a partir d'une tension d'entrée de polarité quelconque appliquée entre deux bornes d'entrée."RECTIFIER BRIDGE WITH REDUCED VOLTAGE DROP"
The present invention relates to a rectifier bridge intended to supply a continuous output voltage of determined polarity, from an input voltage of any polarity applied between two input terminals.

L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la téléphonie, notamment la publiphonie. The invention finds a particularly advantageous application in the field of telephony, in particular public telephony.

D'une manière générale, les publiphones sont prévus par les constructeurs pour fonctionner sous une tension continue de polarité donnée. Or, il s'avère, lors de l'installation de ces appareils sur un réseau téléphonique, qu'il n'est pas toujours possible de connaître avec certitude la polarité de la tension d'alimentation de la ligne. Generally speaking, payphones are intended by manufacturers to operate under a DC voltage of given polarity. However, it turns out, when installing these devices on a telephone network, that it is not always possible to know with certainty the polarity of the line supply voltage.

C'est pourquoi il est absolument nécessaire d'équiper les publiphones de circuits leur permettant de recevoir une tension continue de polarité parfaitement déterminée, quelle que soit la polarité de l'alimentation, laquelle peut alors être parfaitement inconnue. This is why it is absolutely necessary to equip the payphones with circuits allowing them to receive a DC voltage of perfectly determined polarity, whatever the polarity of the power supply, which can then be perfectly unknown.

Pour réaliser cette fonction, on a recours actuellement a un pont de quatre diodes conduisant par paire suivant la polarité de la tension d'entrée. To achieve this function, a bridge of four diodes leading in pairs is currently used according to the polarity of the input voltage.

Toutefois, ce dispositif de redressement connu présente l'inconvénient de provoquer entre l'entrée et la sortie une chute de tension due a la tension de seuil des jonctions des diodes. Celle-ci s'élève typiquement a 0,6 ou 0,7 V minimum pour une jonction, mais elle peut dépasser 1 V pour des courants importants. La technologie "Schottky" permet d'obtenir une tension directe légèrement plus faible uniquement pour des composants ne supportant pas des tensions inverses élevées, environ 50 a 60 V. However, this known rectifying device has the drawback of causing a voltage drop between the input and the output due to the threshold voltage of the diode junctions. This typically amounts to 0.6 or 0.7 V minimum for a junction, but it can exceed 1 V for large currents. The "Schottky" technology makes it possible to obtain a slightly lower forward voltage only for components which do not support high reverse voltages, approximately 50 to 60 V.

La chute de tension sur deux diodes en série d'un pont de diodes classique peut donc dépasser 2 V. Cette perte non seulement s'ajoute a une éventuelle atténuation due à la longueur de la ligne, mais elle représente également une perte de puissance proportionnelle au courant consommé, ce qui réduit d'autant le rendement énergétique du système. D'autre part, la puissance perdue doit être dissipée par les diodes, et lorsque des courants importants sont consommés il faut prévoir des composants suffisamment dimensionnés et un espacement conséquent entre composants. The voltage drop on two diodes in series of a conventional diode bridge can therefore exceed 2 V. This loss not only adds to a possible attenuation due to the length of the line, but it also represents a proportional power loss current consumption, which reduces the energy efficiency of the system. On the other hand, the lost power must be dissipated by the diodes, and when large currents are consumed it is necessary to provide sufficiently dimensioned components and a consequent spacing between components.

De plus, dans le cas où l'on dispose d'une source d'énergie dont la tension et le courant sont tous les deux limités, le problème devient très critique. En effet, quand la puissance fournie avant redressement est juste suffisante pour satisfaire les besoins d'un appareil consommateur, un prélèvement par le circuit redresseur compromet fortement le bon fonctionnement de cet appareil. In addition, in the case where there is an energy source whose voltage and current are both limited, the problem becomes very critical. Indeed, when the power supplied before rectification is just sufficient to satisfy the needs of a consumer device, a withdrawal by the rectifier circuit greatly compromises the proper functioning of this device.

Aussi, le problème technique a résoudre par l'objet de la présente invention est de proposer un pont redresseur destiné a fournir une tension de sortie continue de polarité déterminée, a partir d'une tension d'entrée continue de polarité quelconque appliquée entre deux bornes d'entrée, lequel pont redresseur présenterait une très faible chute de tension entre ladite tension de sortie et ladite tension d'entrée, assurant ainsi un fonctionnement satisfaisant de l'appareil à alimenter et une sensible économie de puissance. Also, the technical problem to be solved by the object of the present invention is to provide a rectifier bridge intended to provide a continuous output voltage of determined polarity, from a continuous input voltage of any polarity applied between two terminals input, which rectifier bridge would have a very low voltage drop between said output voltage and said input voltage, thus ensuring satisfactory operation of the device to be supplied and a significant power saving.

La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que ledit pont redresseur comprend deux branches disposées parallèlement entre lesdites bornes d'entrée, chaque branche comportant deux transistors a effet de champ
MOSFET de même type de conduction, le type de conduction des transistors d'une même branche étant opposé au type de conduction des transistors de l'autre branche, et en ce que les transistors de chaque branche sont montés en opposition de manière que, pour une polarité donnée de ladite tension d'entrée, l'un des transistors soit conducteur et l'autre bloqué, et que chaque transistor conducteur soit relié à une borne d'entrée différente, ladite tension de sortie étant prise entre deux bornes de sortie respectivement reliées aux points-milieu des deux branches du pont redresseur.The solution to the technical problem posed consists, according to the present invention, in that said rectifier bridge comprises two branches arranged in parallel between said input terminals, each branch comprising two field effect transistors
MOSFET of the same type of conduction, the type of conduction of the transistors of the same branch being opposite to the type of conduction of the transistors of the other branch, and in that the transistors of each branch are mounted in opposition so that, for a given polarity of said input voltage, one of the transistors is conductive and the other blocked, and that each conductive transistor is connected to a different input terminal, said output voltage being taken between two output terminals respectively connected to the midpoints of the two branches of the rectifier bridge.

L'utilisation de transistors a effet de champ MOSFET offre l'avantage de réduire considérablement la résistance des éléments constitutifs du pont lorsque ceux-ci sont conducteurs. En effet, on trouve actuellement des composants dont la résistance å l'état passant
RDSon est très faible, descendant jusqu'a des valeurs inférieures au dixième d'ohm.The use of MOSFET field effect transistors offers the advantage of considerably reducing the resistance of the constituent elements of the bridge when these are conductive. Indeed, there are currently components whose resistance to the passing state
RDSon is very low, going down to values less than a tenth of an ohm.

Ainsi, la chute de tension entre l'entrée et la sortie du pont redresseur de l'invention n'est plus due à un phénomène de seuil de diodes mais a un courant traversant des résistances. Thus, the voltage drop between the input and the output of the rectifier bridge of the invention is no longer due to a diode threshold phenomenon but to a current passing through resistors.

Pour des courants consommés très faibles, on pourra tolérer une résistance RDSon plus importante dans la limite de la chute de tension admissible. Ceci permet d'utiliser des transistors de faible puissance et donc de coût réduit. For very low consumed currents, a higher RDSon resistance may be tolerated within the limit of the admissible voltage drop. This allows the use of low power transistors and therefore of reduced cost.

Par contre, pour des intensités importantes, des composants adaptés, à très faible RDSon, permettront d'obtenir des pertes minimes. A titre d'exemple, pour une résistance RDSon de 1/10 Q et un courant de 1 A, la chute de tension sera de 0,1 V, valeur bien inférieure au seuil de 0,6 à 0,7 V d'une diode. On the other hand, for significant intensities, suitable components, with very low RDSon, will make it possible to obtain minimal losses. For example, for an RDSon resistance of 1/10 Q and a current of 1 A, the voltage drop will be 0.1 V, a value much lower than the threshold of 0.6 to 0.7 V of a diode.

Un autre avantage du pont redresseur conforme à l'invention est de pouvoir connecter plusieurs transistors en parallèle, la résistance équivalente étant égale à celle des résistances RDSon mises en parallèle. On notera que cette possibilité est totalement exclue avec des diodes. Another advantage of the rectifier bridge according to the invention is to be able to connect several transistors in parallel, the equivalent resistance being equal to that of the RDSon resistors put in parallel. Note that this possibility is completely excluded with diodes.

L'invention prévoit également qu'un limiteur de la tension grillesource est disposé entre la grille et la source de chaque transistor. The invention also provides that a gate source voltage limiter is disposed between the gate and the source of each transistor.

Ledit limiteur, constitué par exemple par une diode Zener, permet d'éviter que la tension grille-source appliquée aux transistors ne dépasse la valeur maximale admise avant destruction des composants.Said limiter, constituted for example by a Zener diode, makes it possible to prevent the gate-source voltage applied to the transistors from exceeding the maximum value allowed before destruction of the components.

Enfin, selon un mode de réalisation avantageux du pont redresseur, objet de l'invention, chaque transistor comporte un courtcircuit de la capacité d'entrée dudit transistor à l'état conducteur lors d'une inversion de polarité de la tension d'entrée. On empêche ainsi le phénomène de court-circuit de l'entrée du pont-redresseur dû à deux transistors d'une même branche dont les temps de conduction se recouvriraient. Finally, according to an advantageous embodiment of the rectifier bridge, object of the invention, each transistor has a short circuit of the input capacitance of said transistor in the conductive state when the polarity of the input voltage is reversed. This prevents the short-circuit phenomenon of the input of the rectifier bridge due to two transistors of the same branch whose conduction times would overlap.

La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.  The description which follows with reference to the appended drawing, given by way of nonlimiting example, will make it clear what the invention consists of and how it can be implemented.

La figure 1 est un schéma du pont redresseur conforme à l'invention. Figure 1 is a diagram of the rectifier bridge according to the invention.

La figure 1 montre de manière schématique un pont redresseur destiné à fournir une tension Vout de sortie continue de polarité déterminée, à partir d'une tension Vin d'entrée de polarité quelconque appliquée entre deux bornes 11, 12 d'entrée. FIG. 1 schematically shows a rectifier bridge intended to supply a continuous output voltage Vout of determined polarity, from an input voltage Vin of any polarity applied between two input terminals 11, 12.

A titre d'exemple, la tension Vin d'entrée peut être la tension d'alimentation d'une ligne téléphonique, la tension Vout de sortie étant fournie à un appareil de publiphonie devant fonctionner sous une tension de polarité bien définie. For example, the input voltage Vin can be the supply voltage of a telephone line, the output voltage Vout being supplied to a payphone to operate under a voltage of well-defined polarity.

Comme on peut le voir sur la figure 1, ledit pont redresseur comprend deux branches B1 et B2 disposées en parallèle entre les bornes 11, 12 d'entrée. As can be seen in Figure 1, said rectifier bridge comprises two branches B1 and B2 arranged in parallel between the input terminals 11, 12.

La branche B1 comporte deux transistors M1 et M2 à effet de champ de même type de conduction, ici des MOSFET canal N à enrichissement, tandis que la branche B2 est constituée par deux transistors M3 et M4 MOSFET de type de conduction opposé, c'est-àdire canal P à enrichissement. The branch B1 comprises two transistors M1 and M2 with field effect of the same type of conduction, here MOSFET N-channel enrichment, while the branch B2 consists of two transistors M3 and M4 MOSFET of opposite conduction type, that is - ie enrichment P channel.

Ainsi que l'illustre la figure 1, les transistors de chaque branche sont montés en opposition de manière que, pour une polarité donnée de la tension Vin d'entrée, l'un desdits transistors soit conducteur et l'autre bloqué, et que chaque transistor conducteur soit relié à une borne d'entrée différente, la tension Vout de sortie étant prise entre deux bornes 21, 22 de sortie respectivement reliées aux points-milieu P1 et P2 des branches B1 et B2. As illustrated in FIG. 1, the transistors of each branch are mounted in opposition so that, for a given polarity of the input voltage Vin, one of said transistors is conductive and the other blocked, and that each conductive transistor is connected to a different input terminal, the output voltage Vout being taken between two output terminals 21, 22 respectively connected to the midpoints P1 and P2 of the branches B1 and B2.

Le pont redresseur de la figure 1 fonctionne de la manière suivante. The rectifier bridge of Figure 1 operates as follows.

Lorsque le potentiel de la borne 1 1 d'entrée est supérieur à celui de la borne 12, la grille du transistor M2 reçoit par une résistance R2 de commande une tension positive par rapport à la tension de source qui est pratiquement au potentiel de la borne 12. Le transistor M2 devient alors conducteur tandis que le transistor M 1 est bloqué du fait que sa tension grille-source VGS est voisine de zéro. Le potentiel de la borne 12 d'entrée se retrouve, à une faible chute de tension près, sur la borne 22 de sortie qui est donc la borne négative du pont.  When the potential of the input terminal 1 1 is greater than that of the terminal 12, the gate of the transistor M2 receives by a control resistor R2 a positive voltage with respect to the source voltage which is practically at the potential of the terminal 12. The transistor M2 then becomes conductive while the transistor M 1 is blocked because its gate-source voltage VGS is close to zero. The potential of the input terminal 12 is found, except for a small voltage drop, on the output terminal 22 which is therefore the negative terminal of the bridge.

Parallèlement, dans la branche B2 des transistors canal P, M3 reçoit une tension grille négative par rapport à sa source, laquelle est proche du potentiel de la borne 11, et se trouve alors à l'état passant tandis que le transistor M4 est bloqué à cause d'un VGS trop faible. Le transistor M3 conducteur transmet, toujours à une faible chute de tension près, le potentiel de la borne 1 1 d'entrée à la borne 21 de sortie, borne positive du pont redresseur. At the same time, in the branch B2 of the P channel transistors, M3 receives a negative gate voltage with respect to its source, which is close to the potential of terminal 11, and is then in the on state while the transistor M4 is blocked at due to too low VGS. The conductive transistor M3 transmits, still with a small drop in voltage, the potential of the input terminal 1 1 to the output terminal 21, positive terminal of the rectifier bridge.

Dans le cas où le potentiel de la borne 12 d'entrée est supérieur au potentiel de la borne 11, les mêmes phénomènes s'inversent: M1 et
M4 conduisent et M2 et M3 sont bloqués, mais la polarité de la tension Vout de sortie est toujours la même. La borne 21 reste la borne positive et la borne 22 la borne négative.In the case where the potential of the input terminal 12 is greater than the potential of the terminal 11, the same phenomena are reversed: M1 and
M4 conduct and M2 and M3 are blocked, but the polarity of the output voltage Vout is always the same. Terminal 21 remains the positive terminal and terminal 22 the negative terminal.

On observera que, dans la mesure où le courant absorbé par les grilles est infime, les résistances R1, R2, R3 et R4 de commande de grille des transistors peuvent avoir une valeur élevée, et ainsi ne pas dégrader le bilan énergétique du circuit. It will be observed that, insofar as the current absorbed by the gates is minute, the resistors R1, R2, R3 and R4 for controlling the gate of the transistors may have a high value, and thus not to degrade the energy balance of the circuit.

La figure 1 fait apparaître la présence d'un limiteur de la tension grille de chacun des transistors M1, M2, M3 et M4. Ces limiteurs de tension sont constitués par des diodes Zener D5, D6, D7 et D8 disposées entre la grille et la source des transistors respectifs. FIG. 1 shows the presence of a gate voltage limiter of each of the transistors M1, M2, M3 and M4. These voltage limiters are constituted by Zener diodes D5, D6, D7 and D8 arranged between the gate and the source of the respective transistors.

Lesdites diodes Zener permettent de limiter à environ 10 V l'amplitude de la tension grille-source appliquée aux transistors afin d'éviter leur destruction. A défaut, cette tension pourrait s'élever à la valeur crête de la tension Vin d'entrée. Bien entendu, leur emploi n'est pas justifié si la tension d'entrée ne dépasse jamais la valeur maximale acceptable de la tension grille-source. Said Zener diodes make it possible to limit the amplitude of the gate-source voltage applied to the transistors to approximately 10 V in order to avoid their destruction. Otherwise, this voltage could rise to the peak value of the input Vin voltage. Of course, their use is not justified if the input voltage never exceeds the maximum acceptable value of the gate-source voltage.

Compte tenu de la capacité d'entrée des transistors, il pourrait se produire, lors d'un changement de polarité de la tension Vin d'entrée, que sur une même branche du pont le transistor conducteur continue de conduire pendant que le transistor initialement bloqué devient conducteur, ce qui se traduirait par un phénomène de court-circuit de l'entrée du pont. Taking into account the input capacity of the transistors, it could happen, during a change of polarity of the input voltage Vin, that on the same branch of the bridge the conductive transistor continues to drive while the transistor initially blocked becomes conductive, which would result in a short circuit phenomenon at the bridge entrance.

Aussi, il est prévu de court-circuiter la capacité d'entrée des
MOSFET conducteurs par une diode, respectivement D1, D2, D3 et
D4, placée en parallèle sur la résistance R1, R2, R3, R4 de commande de la grille de chaque transistor. On obtient ainsi, en accélérant la décharge de la capacité d'entrée, que les transistors conducteurs se bloquent avant la mise en conduction des transistors qui étaient à l'état bloqué lors de la polarité précédente de la tension d'entrée. Also, it is planned to short-circuit the input capacity of
MOSFETs conductive by a diode, respectively D1, D2, D3 and
D4, placed in parallel on the resistor R1, R2, R3, R4 for controlling the gate of each transistor. One thus obtains, by accelerating the discharge of the input capacitance, that the conductive transistors block before the conduction of the transistors which were in the blocked state during the previous polarity of the input voltage.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1. Pont redresseur destiné à fournir une tension (Vout) de sortie1. Rectifier bridge intended to supply an output voltage (Vout) continue de polarité déterminée, à partir d'une tension (Vin) continuous of determined polarity, from a voltage (Vin) d'entrée continue de polarité quelconque appliquée entre deux continuous input of any polarity applied between two bornes (11, 12) d'entrée, caractérisé en ce que ledit pont input terminals (11, 12), characterized in that said bridge redresseur comprend deux branches (B 1 ; B2) disposées rectifier comprises two branches (B 1; B2) arranged parallèlement entre lesdites bornes d'entrée, chaque branche parallel between said input terminals, each branch comportant deux transistors (M1, M2 ; M3, M4) à effet de champ comprising two field effect transistors (M1, M2; M3, M4) MOSFET de même type (N ; P) de conduction, le type (N) de MOSFET of the same type (N; P) of conduction, the type (N) of conduction des transistors (M1, M2) d'une même branche (B1) conduction of transistors (M1, M2) of the same branch (B1) étant opposé au type (P) de conduction des transistors (M3, M4) being opposite to the type (P) of conduction of the transistors (M3, M4) de l'autre branche (B2), et en ce que les transistors (M1, M2 ;M3, of the other branch (B2), and in that the transistors (M1, M2; M3, M4) de chaque branche (B1; 32 ) sont montés en opposition de M4) of each branch (B1; 32) are mounted in opposition to manière que, pour une polarité donnée de ladite tension (Vin) so that, for a given polarity of said voltage (Vin) d'entrée, l'un des transistors soit conducteur et l'autre bloqué, et one of the transistors is conductive and the other blocked, and que chaque transistor conducteur soit relié, à une borne d'entrée that each conductive transistor is connected, to an input terminal différente, ladite tension (Vout) de sortie étant prise entre deux different, said output voltage (Vout) being taken between two bornes (21, 22) de sortie respectivement reliées aux points-milieu output terminals (21, 22) respectively connected to the midpoints (psi ; P2) des deux branches (B1; B2) du pont redresseur. (psi; P2) of the two branches (B1; B2) of the rectifier bridge. 2. Pont redresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce2. Bridge rectifier according to claim 1, characterized in that qu'un limiteur (D5, D6 ; D7, D8 ) de la tension grille-source est that a limiter (D5, D6; D7, D8) of the gate-source voltage is disposé entre la grille et la source de chaque transistor (M1, M2 disposed between the gate and the source of each transistor (M1, M2 M3, M4). M3, M4). 3. Pont redresseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que3. Rectifier bridge according to claim 2, characterized in that ledit limiteur de la tension grille-source est une diode Zener (D5, said gate-source voltage limiter is a Zener diode (D5, D6; D7, D8). D6; D7, D8). 4. Pont redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à4. Rectifier bridge according to any one of claims 1 to 3, caractérisé en ce que chaque transistor (M1, M2 ; M3, M4) 3, characterized in that each transistor (M1, M2; M3, M4) comporte un court-circuit (D1, D2 ; D3, D4) de la capacité has a short circuit (D1, D2; D3, D4) of the capacity d'entrée dudit transistor à l'état conducteur lors d'une inversion input of said transistor in the conductive state upon inversion de polarité de la tension (Vin) d'entrée. polarity of the input voltage (Vin). 5. Pont redresseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que5. Bridge rectifier according to claim 4, characterized in that ledit court-circuit est constitué par une diode (D1, D2 ; D3, D4) placée en parallèle sur une résistance (R1, R2 ; R3, R4) de commande de la grille dudit transistor.  said short circuit is constituted by a diode (D1, D2; D3, D4) placed in parallel on a resistor (R1, R2; R3, R4) for controlling the gate of said transistor.