FR2826522A1 - Power MOSFET gate protection circuit for self synchronized rectifier, has MOSFETs with low voltage conduction thresholds that are controlled by their gate-source wiring - Google Patents

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Abstract

The MOSFETs having low voltage conduction thresholds, are controlled by their gate-source wirings. The transistors have sources parallel to voltage dividers, and gates that are adapted to be respectively connected to gates and source of associated power MOSFETs. An Independent claim is included for self-synchronized rectifier.

Description

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REDRESSEUR SYNCHRONE AUTO-COMMANDE
L'invention concerne un redresseur synchrone auto-commandé. SELF-CONTROLLED SYNCHRONOUS RECTIFIER
The invention relates to a self-controlled synchronous rectifier.

L'invention concerne en particulier un redresseur synchrone auto-commandé utilisé dans un convertisseur AC/DC ou DC/DC. The invention relates in particular to a self-controlled synchronous rectifier used in an AC / DC or DC / DC converter.

L'invention concerne un redresseur synchrone, commandé par enroulement couplé ou auto-commandé en transfert direct d'énergie symétrique ou asymétrique. Dans la suite du texte, l'expression redresseur synchrone auto-commandé désigne aussi redresseur synchrone commandé par enroulement couplé .  The invention relates to a synchronous rectifier, controlled by coupled winding or self-controlled in direct symmetrical or asymmetrical energy transfer. In the rest of the text, the expression self-controlled synchronous rectifier also denotes synchronous rectifier controlled by coupled winding.

On connaît des systèmes de conversion asymétriques comprenant une source de tension initiale débitant dans un primaire de transformateur, monté en série avec un interrupteur principal. Le secondaire du transformateur est monté en cascade avec un redresseur synchrone autocommandé et un filtre. La sortie du filtre délivre une tension continue contrôlée dans une application. Dans ce type de chaîne de conversion, le redresseur synchrone auto-commandé a pour but de - délivrer à l'application, à travers le filtre, l'énergie transférée par le transformateur dans la période conductrice de l'interrupteur principal, et - bloquer le transfert dans la période non-conductrice de l'interrupteur principal, l'application étant alimentée par la bobine du filtre durant cette période non-conductrice, de l'interrupteur principal.  Asymmetric conversion systems are known comprising an initial voltage source flowing through a transformer primary, mounted in series with a main switch. The transformer secondary is cascaded with a self-controlled synchronous rectifier and a filter. The filter output delivers a controlled DC voltage in an application. In this type of conversion chain, the purpose of the self-controlled synchronous rectifier is to - deliver to the application, through the filter, the energy transferred by the transformer during the conductive period of the main switch, and - block the transfer in the non-conductive period of the main switch, the application being supplied by the filter coil during this non-conductive period, from the main switch.

Le redresseur synchrone auto-commandé est constitué, en asymétrique, de deux MOSFETs agencés de manière à assurer les deux fonctions ci-dessus énumérées afin de réduire les pertes du redresseur. Par exemple le redresseur synchrone auto-commandé comprend, en asymétrique : - une première et une seconde sortie de redresseur,  The self-controlled synchronous rectifier consists, asymmetrically, of two MOSFETs arranged so as to perform the two functions listed above in order to reduce the losses of the rectifier. For example, the self-controlled synchronous rectifier comprises, asymmetrically: - a first and a second rectifier output,

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- un premier transistor MOSFET connecté entre la première' extrémité de secondaire de transformateur et la première sortie du redresseur, et ayant une connexion de grille à la seconde extrémité du secondaire du transformateur, - un second transistor MOSFET connecté entre la première sortie du redresseur et la seconde sortie du redresseur, et ayant une connexion de grille à la première extrémité du secondaire du transformateur.  - a first MOSFET transistor connected between the first end of the transformer secondary and the first output of the rectifier, and having a gate connection at the second end of the transformer secondary, - a second MOSFET transistor connected between the first output of the rectifier and the second output of the rectifier, and having a gate connection at the first end of the transformer secondary.

La tension au secondaire du transformateur commande les deux MOSFETs.  The transformer secondary voltage controls the two MOSFETs.

Dans un souci économique et d'encombrement réduit, les constructeurs souhaitent développer des convertisseurs offrant au sein d'un même produit, une large plage de tension d'entrée et des tensions de sortie variées. Cela implique une fréquence de fonctionnement élevée et des variations de tension, au secondaire du transformateur, proportionnelles à celles de l'entrée. Or, la tension au secondaire du transformateur constitue aussi le signal de grille des MOSFETs du redresseur. Les tensions applicables aux grilles des MOSFETs sont limitées. Si une tension trop importante est appliquée sur la grille d'un MOSFET, celui-ci peut être détruit ou générer, le cas échéant, des pertes de commutations rédhibitoires. Ces pertes sont proportionnelles à la fréquence de découpage.  In an economic concern and of reduced size, the manufacturers wish to develop converters offering within a same product, a wide range of input voltage and various output voltages. This implies a high operating frequency and voltage variations, at the transformer secondary, proportional to those of the input. However, the secondary voltage of the transformer also constitutes the gate signal of the rectifier MOSFETs. The voltages applicable to the MOSFET grids are limited. If too much voltage is applied to the gate of a MOSFET, it can be destroyed or generate, if necessary, unacceptable switching losses. These losses are proportional to the switching frequency.

Pour protéger les MOSFETs d'une surtension de grille, il est connu de monter les connexions de grille en série avec un pont diviseur de tension passif. Cependant, la présence de ce diviseur de tension constitue une source de pertes importantes lorsque la tension au secondaire du transformateur est trop faible ou trop élevée. En outre, cette solution présente l'inconvénient de pertes de commutations significatives liées aux tensions de polarisation inverses des MOSFETs de redressement synchrone.  To protect the MOSFETs from a gate overvoltage, it is known to mount the gate connections in series with a passive voltage divider bridge. However, the presence of this voltage divider constitutes a source of significant losses when the secondary voltage of the transformer is too low or too high. In addition, this solution has the drawback of significant switching losses linked to the reverse bias voltages of the synchronous rectification MOSFETs.

Il est connu de limiter ces tensions inverses par des diodes zéners mais les pertes restent significatives. It is known to limit these reverse voltages by zener diodes but the losses remain significant.

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Il peut être envisagé un redresseur synchrone auto-commandé présentant une protection de grille, autorisant une grande variation de la tension d'entrée, tout en ayant des performances optimales pour les courants et tensions de sortie.  It is possible to envisage a self-controlled synchronous rectifier having a gate protection, allowing a large variation of the input voltage, while having optimal performance for the output currents and voltages.

Une solution antérieure concerne, en particulier, un redresseur synchrone auto-commandé connecté entre un enroulement secondaire de transformateur, ayant une première et une seconde extrémité de transformateur, dans le cas asymétrique, et un filtre LC ayant une première et une seconde entrée de filtre, ledit redresseur synchrone auto-commandé comprenant en asymétrique : - une première et une seconde entrée de redresseur connectées respectivement à la. première et la seconde extrémité de transformateur, - une première et une seconde sortie de redresseur, la seconde sortie de redresseur étant connectée à la seconde entrée de redresseur et à un filtre de sortie, - un transistor MOSFET direct connecté entre la première entrée de redresseur et la première sortie de redresseur et ayant une connexion de grille connectée à la seconde entrée de redresseur à travers un circuit de protection de grille, - un transistor MOSFET de roue libre connecté entre la première sortie de redresseur et la seconde sortie de redresseur et ayant une connexion de grille connectée à la première entrée de redresseur à travers un circuit de protection de grille.  An earlier solution relates, in particular, to a self-controlled synchronous rectifier connected between a secondary transformer winding, having a first and a second transformer end, in the asymmetric case, and an LC filter having a first and a second filter input , said self-synchronous synchronous rectifier comprising asymmetrically: - a first and a second rectifier input connected respectively to the. first and second transformer ends, - a first and a second rectifier output, the second rectifier output being connected to the second rectifier input and to an output filter, - a direct MOSFET transistor connected between the first rectifier input and the first rectifier output and having a gate connection connected to the second rectifier input through a gate protection circuit, - a freewheeling MOSFET transistor connected between the first rectifier output and the second rectifier output and having a gate connection connected to the first rectifier input through a gate protection circuit.

Ici, chaque circuit de protection de grille constitue avec la capacité grille-source, intrinsèque ou additionnelle, du MOSFET correspondant un pont diviseur commandé, et le redresseur comprend un dispositif de commande, ledit dispositif de commande recevant un signal d'entrée proportionnel à la tension à l'entrée du redresseur et émettant des signaux de sortie pour commander les circuits de protection de grille.  Here, each gate protection circuit constitutes with the gate-source capacity, intrinsic or additional, of the corresponding MOSFET a controlled divider bridge, and the rectifier comprises a control device, said control device receiving an input signal proportional to the voltage at the input of the rectifier and emitting output signals to control the gate protection circuits.

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L'avantage d'une telle solution résulte du contrôle dynamique de la tension de grille permettant, en fonction de la tension du secondaire du transformateur ou toute tension équivalente à celle d'entrée, de courtcircuiter ou non le pont diviseur de tension. Ainsi, quelle que soit l'amplitude de la tension entrant dans le redresseur synchrone auto-commandé, les tensions de grille des MOSFETs sont optimisées pour limiter les pertes et conserver une dynamique de commutation optimale. De ce fait, pour les grandes variations de tension d'entrée, il est possible, à tension de sortie égale, à volume égal, de faire passer une puissance plus importante dans un convertisseur incluant un redresseur à MOSFET auto-commandé.  The advantage of such a solution results from the dynamic control of the gate voltage allowing, depending on the transformer secondary voltage or any voltage equivalent to that of input, to short-circuit or not the voltage divider bridge. Thus, whatever the amplitude of the voltage entering the self-controlled synchronous rectifier, the gate voltages of the MOSFETs are optimized to limit losses and maintain an optimal switching dynamic. Therefore, for large variations in input voltage, it is possible, at equal output voltage, at equal volume, to pass a higher power through a converter including a self-controlled MOSFET rectifier.

Cependant, ce dispositif efficace pour réduire les pertes de commutation et celles de conduction s'avère encombrant et coûteux dès lors que la plage de tension d'entrée est normale ou pour des tensions de sortie très basses.  However, this effective device for reducing switching losses and those of conduction turns out to be bulky and expensive as soon as the input voltage range is normal or for very low output voltages.

La présente invention permet de limiter les tensions inverses des MOSFETs de redressement synchrone, dans leur phase de blocage, à la tension de seuil de conduction d'un MOS de signal monté en parallèle sur le condensateur du diviseur ou couplage capacitif tout en assurant une bonne polarisation des grilles dans les phases de conduction respectives.  The present invention makes it possible to limit the reverse voltages of the synchronous rectification MOSFETs, in their blocking phase, to the conduction threshold voltage of a signal MOS mounted in parallel on the divider capacitor or capacitive coupling while ensuring good polarization of the grids in the respective conduction phases.

Pour ce faire, conformément à l'invention, le circuit de protection de grille d'un transistor MOSFET de puissance comprend un élément diviseur monté en parallèle avec un transistor ayant un seuil de conduction en tension faible, et la commande du transistor est obtenue par le câblage grille-source dudit transistor, la source étant raccordée à la grille du MOSFET de puissance associée et la grille étant raccordée à la source du MOSFET de puissance associée.  To do this, according to the invention, the gate protection circuit of a power MOSFET transistor comprises a divider element mounted in parallel with a transistor having a low voltage conduction threshold, and the control of the transistor is obtained by the gate-source wiring of said transistor, the source being connected to the gate of the associated power MOSFET and the gate being connected to the source of the associated power MOSFET.

De préférence, ledit transistor est un transistor MOS.  Preferably, said transistor is a MOS transistor.

L'invention concerne un redresseur synchrone auto-commandé connecté entre un enroulement secondaire de transformateur ayant une première et une seconde extrémités de transformateur, et un filtre LC ayant  A self-contained synchronous rectifier connected between a secondary transformer winding having first and second transformer ends, and an LC filter having

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une première et une seconde entrée de filtre, ledit redresseur synchrone auto-commandé comprenant : - une première et une seconde entrée de redresseur connectées respectivement à la première et la seconde extrémité de transformateur - une première et une seconde sortie de redresseur, la seconde sortie de redresseur étant connectée à la seconde entrée de redresseur, - un transistor MOSFET direct, ou tout élément à commande en tension, connecté entre la première entrée de redresseur et la première sortie de redresseur et ayant une connexion de grille, - un transistor MOSFET de roue libre, ou tout élément à commande en tension, connecté entre la première sortie de redresseur et la seconde sortie de redresseur et ayant une connexion de grille, au moins l'une des connexions de grille étant connectée à une entrée de redresseur à travers un circuit de protection de grille, caractérisé en ce que ledit circuit de protection de grille comprend un élément diviseur, monté en parallèle avec un transistor ayant un seuil de conduction en tension faible, et en ce que la commande du transistor est obtenue par le câblage grille-source dudit transistor, la source étant raccordée à la grille du MOSFET de puissance associée et la grille étant raccordée à la source du MOSFET de puissance associée.  a first and a second filter input, said self-synchronous synchronous rectifier comprising: - a first and a second rectifier input connected respectively to the first and the second transformer end - a first and a second rectifier output, the second output rectifier being connected to the second rectifier input, - a direct MOSFET transistor, or any voltage-controlled element, connected between the first rectifier input and the first rectifier output and having a gate connection, - a MOSFET transistor freewheel, or any tension control element, connected between the first rectifier output and the second rectifier output and having a grid connection, at least one of the grid connections being connected to a rectifier input through a gate protection circuit, characterized in that said gate protection circuit comprises a divided element eur, mounted in parallel with a transistor having a low voltage conduction threshold, and in that the control of the transistor is obtained by the gate-source wiring of said transistor, the source being connected to the gate of the associated power MOSFET and the grid being connected to the source of the associated power MOSFET.

Selon le mode de réalisation préféré, ledit transistor est un transistor MOS (17,18).  According to the preferred embodiment, said transistor is a MOS transistor (17,18).

Avantageusement, ledit câblage grille-source du transistor comporte une impédance série.  Advantageously, said gate-source wiring of the transistor has a series impedance.

Le circuit de protection peut être raccordé au redresseur à travers un second diviseur placé en série avec le premier.  The protection circuit can be connected to the rectifier through a second divider placed in series with the first.

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Le redresseur peut être câblé sur un secondaire de transformateur à point milieu.  The rectifier can be wired to a transformer secondary at mid point.

L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention.  The invention is described below in more detail using figures showing only a preferred embodiment of the invention.

La figure lA représente un diagramme schématique du secondaire d'un redresseur synchrone auto-commandé et les figures 1 et 1C les diagrammes de tension correspondants, selon un premier mode de réalisation antérieur.  FIG. 1A represents a schematic diagram of the secondary of a self-controlled synchronous rectifier and FIGS. 1 and 1C the corresponding voltage diagrams, according to a first prior embodiment.

La figure 2A représente un diagramme schématique du secondaire d'un redresseur synchrone auto-commandé avec diviseur (ou couplage) capacitif et les figures 2B et 2C les diagrammes de tension correspondants selon un second mode de réalisation antérieur.  FIG. 2A represents a schematic diagram of the secondary of a synchronous self-controlled rectifier with capacitive divider (or coupling) and FIGS. 2B and 2C the corresponding voltage diagrams according to a second previous embodiment.

La figure 3A représente un diagramme schématique du secondaire d'un redresseur synchrone auto-commandé avec protection active des grilles et les figures 3B et 3C les diagrammes de tension correspondants, selon un troisième mode de réalisation antérieur.  FIG. 3A represents a schematic diagram of the secondary of a synchronous self-controlled rectifier with active protection of the gates and FIGS. 3B and 3C the corresponding voltage diagrams, according to a third prior embodiment.

La figure 4A représente un diagramme schématique du secondaire d'un redresseur synchrone auto-commandé avec protection active des grilles et les figures 4B et 4C les diagrammes de tension correspondants, selon l'invention.  FIG. 4A represents a schematic diagram of the secondary of a synchronous self-controlled rectifier with active protection of the gates and FIGS. 4B and 4C the corresponding voltage diagrams, according to the invention.

Dans tous les cas ci-dessus, les signaux de commande représentés correspondent à ceux obtenus d'un redressement avec démagnétisation active. Pour les démagnétisations résonantes, seules les formes d'ondes sont différentes, dans la phase de conduction du MOSFET de roue libre.  In all of the above cases, the control signals shown correspond to those obtained from rectification with active demagnetization. For resonant demagnetizations, only the waveforms are different, in the conduction phase of the freewheeling MOSFET.

Dans ce qui suit, les éléments communs aux différents modes de réalisation portent la même référence dans un souci de clarté.  In what follows, the elements common to the various embodiments bear the same reference for the sake of clarity.

L'invention concerne un redresseur synchrone auto-commandé symétrique ou asymétrique.  The invention relates to a symmetrical or asymmetrical self-controlled synchronous rectifier.

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Dans le cas asymétrique représenté sur les figures, le redresseur synchrone auto-commandé est monté entre le secondaire 2 d'un transformateur 3 et un filtre LC 4.  In the asymmetrical case shown in the figures, the self-controlled synchronous rectifier is mounted between the secondary 2 of a transformer 3 and an LC filter 4.

Plus particulièrement, le redresseur synchrone auto-commandé asymétrique comprend une première et une seconde entrée de redresseur 26,27 connectée à une première et une seconde extrémités de transformateur 5,6 de l'enroulement secondaire de transformateur 3 et une première et une seconde sorties de redresseur 9,10 connectées à une première et une seconde entrées de filtre 7,8 du filtre LC 4. La seconde sortie de redresseur 10 est connectée à la seconde entrée de redresseur 27.  More particularly, the asymmetric self-synchronous synchronous rectifier comprises a first and a second rectifier input 26,27 connected to a first and a second transformer ends 5,6 of the secondary transformer winding 3 and a first and a second outputs 9.10 rectifier connected to a first and a second filter input 7.8 of the LC filter 4. The second rectifier output 10 is connected to the second rectifier input 27.

Le redresseur synchrone auto-commandé asymétrique comprend classiquement : - un transistor MOSFET direct 11 connecté entre la première entrée de redresseur 26 et la première sortie de redresseur 9 ; la connexion de grille 12 du transistor MOSFET 11 est connectée à la seconde entrée de redresseur

Figure img00070001

27, - un transistor MOSFET de roue libre 14 connecté entre la première sortie de redresseur 9 et la seconde sortie de redresseur 10 ; la connexion de grille 15 du transistor MOSFET de roue libre 14 est connectée à la première entrée de redresseur 26. The asymmetric self-controlled synchronous rectifier conventionally comprises: - a direct MOSFET transistor 11 connected between the first rectifier input 26 and the first rectifier output 9; the gate connection 12 of the MOSFET 11 is connected to the second rectifier input
Figure img00070001

27, - a freewheeling MOSFET transistor 14 connected between the first rectifier output 9 and the second rectifier output 10; the gate connection 15 of the freewheeling MOSFET transistor 14 is connected to the first rectifier input 26.

Selon le mode de réalisation connu représenté sur la figure lA, les connexions de grille 12,15 ne comportent pas de circuit de protection.  According to the known embodiment shown in FIG. 1A, the gate connections 12, 15 do not include a protection circuit.

La tension d'entrée du redresseur 1, représentée sur les figures 1B ,... 4B, présente, suivant les topologies, des formes diverses qui sont assimilables dans la phase directe, par commodité, à un signal carré, VR, de rapport cyclique ou fréquence modulable, et dont les amplitudes sont variables en fonction de la gamme de tension choisie pour le convertisseur.  The input voltage of rectifier 1, represented in FIGS. 1B, ... 4B, has, depending on the topologies, various forms which can be assimilated in the direct phase, for convenience, to a square signal, VR, of duty cycle or adjustable frequency, and whose amplitudes are variable depending on the voltage range chosen for the converter.

Cette tension d'entrée du redresseur 1 est en fait la tension issue du secondaire 2 du transformateur 3, et outre le fait d'alimenter l'application, elle sert aussi de signal de commande des MOSFET de puissance 11, 14. This input voltage of rectifier 1 is in fact the voltage from secondary 2 of transformer 3, and in addition to supplying the application, it also serves as a control signal for power MOSFETs 11, 14.

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Si l'on considère la tension aux bornes du transformateur 3 représentée sur la figure 1B, la tension maximale V12max sur la grille 12 est égale à la tension maximale à ces bornes ; la tension maximale V15+max sur la grille 15 est égale à la tension minimale à ces bornes et la tension minimale V15-max sur la grille 15 est égale à la tension maximale à ces bornes, comme visible sur la figure 1C.  If we consider the voltage across the transformer 3 shown in Figure 1B, the maximum voltage V12max on the gate 12 is equal to the maximum voltage at these terminals; the maximum voltage V15 + max on the grid 15 is equal to the minimum voltage at these terminals and the minimum voltage V15-max on the grid 15 is equal to the maximum voltage at these terminals, as visible in FIG. 1C.

Les tensions de commande sont proportionnelles à l'image de la tension d'entrée VR.  The control voltages are proportional to the image of the input voltage VR.

Pour protéger les MOSFETs d'une surtension de grille, il est connu de monter les connexions de grille en série avec un pont diviseur de tension passif comme représenté sur la figure 2A.  To protect the MOSFETs from a gate overvoltage, it is known to mount the gate connections in series with a passive voltage divider bridge as shown in FIG. 2A.

La connexion de grille 12 est montée en série avec un circuit de protection de grille 28 constitué d'une capacité 13 et la connexion de grille 15 est monté en série avec un circuit de protection de grille 29 constitué d'une capacité 16.  The grid connection 12 is mounted in series with a grid protection circuit 28 made up of a capacity 13 and the grid connection 15 is mounted in series with a grid protection circuit 29 made up of a capacity 16.

Si l'on considère la tension aux bornes du transformateur 3 représentée sur la figure 2B, la tension maximale V12max sur la grille 12 est égale ou inférieure à la tension maximale aux bornes du transformateur 3 ; la tension maximale V15+max sur la grille 15 est inférieure à la tension minimale à ces bornes et la tension minimale V15-max sur la grille 15 est inférieure à la tension maximale à ces bornes, comme visible sur la figure 2C.  If we consider the voltage across the transformer 3 shown in Figure 2B, the maximum voltage V12max on the gate 12 is equal to or less than the maximum voltage across the transformer 3; the maximum voltage V15 + max on the grid 15 is less than the minimum voltage at these terminals and the minimum voltage V15-max on the grid 15 is less than the maximum voltage at these terminals, as visible in FIG. 2C.

Les tensions de commande sont donc réduites sur les grilles grâce à cet agencement de protection avec diviseur capacitif mais l'optimisation est délicate et des tensions négatives importantes existent en couplage capacitif.  The control voltages are therefore reduced on the grids thanks to this protection arrangement with capacitive divider, but the optimization is delicate and significant negative voltages exist in capacitive coupling.

Selon le mode de réalisation représentée sur la figure 3A, chaque circuit de protection de grille 28,29 comprend, un élément diviseur 13,16 monté en parallèle avec un interrupteur 17,18 ayant une position ouverte et une position fermée.  According to the embodiment shown in FIG. 3A, each gate protection circuit 28, 29 comprises, a divider element 13, 16 mounted in parallel with a switch 17, 18 having an open position and a closed position.

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Cet élément diviseur 13,16 constitue avec le condensateur intrinsèque ou l'impédance placée entre la grille et la source du MOSFET, un pont diviseur non dissipatif.  This divider element 13,16 constitutes with the intrinsic capacitor or the impedance placed between the grid and the source of the MOSFET, a non-dissipative divider bridge.

De plus, le redresseur comprend un dispositif de commande 19 des interrupteurs 17,18. Ce dispositif de commande 19 reçoit un signal d'entrée proportionnel à la tension à l'entrée du redresseur 1 et émet des signaux de sortie pour commander les interrupteurs 17,18.  In addition, the rectifier comprises a device 19 for controlling the switches 17, 18. This control device 19 receives an input signal proportional to the voltage at the input of the rectifier 1 and emits output signals to control the switches 17,18.

Le dispositif de commande 19 comprend en outre des moyens pour générer au moins une valeur seuil, et des moyens de comparaison du signal d'entrée avec la valeur seuil. Les signaux de sortie sont fonction du sens de la comparaison entre le signal d'entrée et la valeur seuil.  The control device 19 further comprises means for generating at least one threshold value, and means for comparing the input signal with the threshold value. The output signals depend on the direction of the comparison between the input signal and the threshold value.

Si l'on considère la tension aux bornes du transformateur 3 représentée sur la figure 3B, la tension maximale V12max sur la grille 12 est égale ou inférieure à la tension maximale aux bornes du transformateur 3 ; la tension maximale V15+max sur la grille 15 est égale à la tension minimale à ces bornes et la tension minimale V15-max sur la grille 15 est nulle, comme visible sur la figure 3C.  If we consider the voltage across the transformer 3 shown in Figure 3B, the maximum voltage V12max on the gate 12 is equal to or less than the maximum voltage across the transformer 3; the maximum voltage V15 + max on the grid 15 is equal to the minimum voltage at these terminals and the minimum voltage V15-max on the grid 15 is zero, as visible in FIG. 3C.

Les tensions sont donc optimisées sur les grilles avec un contrôle actif et sans tension négative. Cependant ce type de circuit de protection est encombrant et complexe.  The voltages are therefore optimized on the grids with active control and without negative voltage. However, this type of protection circuit is bulky and complex.

Le redresseur conforme à l'invention est décrit sur la figure 4A.  The rectifier according to the invention is described in FIG. 4A.

Ledit redresseur synchrone auto-commandé 1 est monté entre le secondaire d'un transformateur 3 et un filtre LC 4.  Said self-synchronous synchronous rectifier 1 is mounted between the secondary of a transformer 3 and an LC filter 4.

Plus particulièrement, le redresseur synchrone auto-commandé 1, dans le cas asymétrique, comprend une première et une seconde entrées de redresseur 26,27 connectées à une première et une seconde extrémités de transformateur 5,6 de l'enroulement secondaire 2 de transformateur 3 et une première et une seconde sorties de redresseur 9,10 connectées à une première et une seconde entrées de filtre 7,8 du filtre LC 4. La seconde sortie de redresseur 10 est connectée à la seconde entrée de redresseur 27.  More particularly, the synchronous self-controlled rectifier 1, in the asymmetrical case, comprises first and second rectifier inputs 26, 27 connected to a first and a second transformer ends 5, 6 of the secondary winding 2 of transformer 3 and first and second rectifier outputs 9, 10 connected to first and second filter inputs 7, 8 of the LC filter 4. The second rectifier output 10 is connected to the second rectifier input 27.

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Le redresseur synchrone auto-commandé comprend classiquement : - un transistor MOSFET direct 11 connecté entre la première entrée de redresseur 26 et la première sortie de redresseur 9 ; la connexion de grille 12 du transistor MOSFET 11 est connectée à la seconde entrée de redresseur 27 ; cette connexion de grille 12, contenant ou non une impédance, est montée en série avec un diviseur de tension 13, - un transistor MOSFET de roue libre 14 connecté entre la première sortie de redresseur 9 et la seconde sortie de redresseur 10 ; la connexion de grille 15 du transistor MOSFET de roue libre 14 est connectée à la première entrée de redresseur 26 ; cette connexion de grille 15, contenant ou non une impédance, est montée en série avec un diviseur de tension 16.  The self-controlled synchronous rectifier conventionally comprises: - a direct MOSFET transistor 11 connected between the first rectifier input 26 and the first rectifier output 9; the gate connection 12 of the MOSFET transistor 11 is connected to the second rectifier input 27; this gate connection 12, whether or not containing an impedance, is connected in series with a voltage divider 13, - a freewheeling MOSFET transistor 14 connected between the first rectifier output 9 and the second rectifier output 10; the gate connection 15 of the freewheeling MOSFET transistor 14 is connected to the first rectifier input 26; this gate connection 15, whether or not containing an impedance, is connected in series with a voltage divider 16.

Selon l'invention, chaque circuit de protection de grille 28,29 comprend un élément diviseur 13,16, monté en parallèle avec un interrupteur électronique 17,18 ayant une position ouverte et une position fermée. Ce diviseur 13,16 constitue avec le condensateur intrinsèque, ou l'impédance placée entre grille et source du MOS, un pont diviseur non dissipatif.  According to the invention, each gate protection circuit 28, 29 comprises a divider element 13, 16, mounted in parallel with an electronic switch 17, 18 having an open position and a closed position. This divider 13,16 constitutes with the intrinsic capacitor, or the impedance placed between gate and source of the MOS, a non-dissipative divider bridge.

Ledit circuit de protection peut être raccordé au redresseur à travers un second diviseur placé en série avec le premier.  Said protection circuit can be connected to the rectifier through a second divider placed in series with the first.

De plus, chaque circuit de protection 28,29, comprend un dispositif actif 17,18 qui est un MOSFET de signal dont la grille 21,22 est connectée au point commun des sources des MOSFETs de puissance (ici, point 7 du redresseur 1). Cet élément actif 17,18 est monté en parallèle avec le diviseur 13,16 et sa source reliée aux grilles 12,15 des MOSFETs de puissance 11,14. L'élément actif 17, est associé au MOSFET direct 11 et l'élément actif 18 contrôle la grille du MOSFET de roue libre 14.  In addition, each protection circuit 28,29 includes an active device 17,18 which is a signal MOSFET whose gate 21,22 is connected to the common point of the sources of the power MOSFETs (here, point 7 of rectifier 1) . This active element 17.18 is mounted in parallel with the divider 13.16 and its source connected to the grids 12.15 of the MOSFETs of power 11.14. The active element 17 is associated with the direct MOSFET 11 and the active element 18 controls the grid of the freewheel MOSFET 14.

Le fonctionnement du redresseur selon l'invention est le suivant :
Dans le palier positif du signal carré VR, c'est le transistor MOSFET direct 11 qui est commandé pour conduire et le transistor MOSFET de roue libre 14 est maintenu bloqué. D'une part, l'élément actif 17 est bloqué (sa The operation of the rectifier according to the invention is as follows:
In the positive plateau of the square signal VR, it is the direct MOSFET transistor 11 which is controlled to drive and the freewheeling MOSFET transistor 14 is kept blocked. On the one hand, the active element 17 is blocked (its

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source 12 est plus haute en tension que sa grille 21), cela permet de limiter, si nécessaire, la tension positive sur la grille 12 et d'autre part la grille du MOSFET de roue libre 14 tend à se polariser négativement, par rapport à sa source, et entraîne la source du MOSFET de signal 18 qui se met à conduire dès que son seuil de conduction Vgth est atteint.  source 12 is higher in voltage than its grid 21), this makes it possible to limit, if necessary, the positive voltage on the grid 12 and on the other hand the grid of the freewheel MOSFET 14 tends to polarize negatively, relative to its source, and drives the source of the signal MOSFET 18 which starts to drive as soon as its conduction threshold Vgth is reached.

Dans le palier négatif du signal carré VR, le MOSFET de roue libre 14 conduit et ltélément actif 18 est bloqué permettant de limiter, si nécessaire, la tension positive sur la grille 15. C'est aussi la phase de blocage du MOSFET direct 11, sa grille 12 tend à se polariser négativement, par rapport à sa source, et entraîne la source du MOSFET de signal 17 qui se met à conduire dès lors que son seuil de conduction Vgth est atteint.  In the negative bearing of the square signal VR, the freewheel MOSFET 14 conducts and the active element 18 is blocked making it possible to limit, if necessary, the positive voltage on the gate 15. This is also the blocking phase of the direct MOSFET 11, its gate 12 tends to polarize negatively, with respect to its source, and drives the source of the signal MOSFET 17 which starts to drive as soon as its conduction threshold Vgth is reached.

Cette commutation douce des MOSFETs de signal 17,18 limite les tensions de grille 12,15 des MOSFETs 11, 14 à Vgth < 4V indépendante de la tension d'entrée.  This soft switching of signal MOSFETs 17,18 limits the gate voltages 12,15 of MOSFETs 11,14 to Vgth <4V independent of the input voltage.

L'invention décrite réalise une protection dynamique par commutation douce dans la phase de blocage des MOS de puissance permettant de réduire sensiblement les pertes de commutation notamment celles dues aux conductions simultanées inhérentes au redressement synchrone auto-commandé.  The invention described achieves dynamic protection by soft switching in the blocking phase of power MOSs, making it possible to significantly reduce switching losses, in particular those due to the simultaneous conduction inherent in self-controlled synchronous rectification.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de mise en oeuvre de réalisation décrit et représenté, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme du métier sans que l'on s'écarte de l'invention. Notamment les redresseurs synchrones utilisés peuvent être en transfert d'énergie symétrique ou asymétrique. Les éléments de commutation sont câblés suivant les règles de l'art de redresseur à MOSFET en topologie de transfert direct d'énergie symétrique.  Of course, the invention is not limited to the embodiment described and shown, but it is susceptible of numerous variants accessible to the person skilled in the art without departing from the invention. In particular, the synchronous rectifiers used can be in symmetrical or asymmetrical energy transfer. The switching elements are wired according to the rules of the art of rectifier to MOSFET in topology of direct symmetrical energy transfer.

L'invention inclut notamment, tous les moyens connus de diviseur de tension de grille et tous les moyens connus de couplage capacitif.  The invention includes in particular all known means of gate voltage divider and all known means of capacitive coupling.

Les raccordements des grilles des éléments actifs 17,18 peuvent être reliées à un référentiel différent des sources des MOSFET de puissance  The connections of the active element grids 17,18 can be connected to a different repository from the sources of power MOSFETs

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11,14 (tension plus négative que lesdites sources, sortie d'une porte électronique,...).  11.14 (more negative voltage than said sources, output from an electronic gate, etc.).

Les transistors MOSFETs 11,14 et le circuit protection 28,29 peuvent être raccordés à un autre enroulement, simultanément ou séparément, du même transformateur ou d'un autre. The MOSFETs 11,14 and the protection circuit 28,29 can be connected to another winding, simultaneously or separately, of the same transformer or another.

Claims (7)

MOSFET de puissance (11,14) associée. Associated power MOSFET (11,14). REVENDICATIONS 1. Circuit de protection de grille (28,29) d'un transistor MOSFET de puissance (11,14) caractérisé en ce qu'il comprend un élément diviseur (13,16), monté en parallèle avec un transistor (17,18) ayant un seuil de conduction en tension faible, et en ce que la commande du transistor (17,18) est obtenue par le câblage grille-source dudit transistor, la source étant raccordée à la grille du MOSFET de puissance (11,14) associée et la grille étant raccordée à la source du CLAIMS 1. Grid protection circuit (28,29) of a power MOSFET transistor (11,14) characterized in that it comprises a divider element (13,16), mounted in parallel with a transistor (17, 18) having a low voltage conduction threshold, and in that the control of the transistor (17,18) is obtained by the gate-source wiring of said transistor, the source being connected to the gate of the power MOSFET (11,14 ) associated and the grid being connected to the source of the 2. Cicuit selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit transistor est un transistor MOS (17,18). 2. A circuit according to claim 1 characterized in that said transistor is a MOS transistor (17,18). 3. Redresseur synchrone auto-commandé connecté entre un enroulement secondaire de transformateur (3) ayant une première et une seconde extrémités de transformateur (5,6), et un filtre LC (4) ayant une première et une seconde entrée de filtre (7,8), ledit redresseur synchrone auto-commandé comprenant : - une première et une seconde entrée de redresseur (26,27) connectées respectivement à la première et la seconde extrémité de transformateur (5,6) - une première et une seconde sortie de redresseur (9, 10), la seconde sortie de redresseur (10) étant connectée à la seconde entrée de redresseur (27), - un transistor MOSFET direct (11), ou tout élément à commande en tension, connecté entre la première entrée de redresseur (26) et la première sortie de redresseur (9) et ayant une connexion de grille (12), - un transistor MOSFET de roue libre (14), ou tout élément à commande en tension, connecté entre la première sortie de redresseur (9) et la seconde sortie de redresseur (10) et ayant une connexion de grille (15), 3. Self-controlled synchronous rectifier connected between a secondary transformer winding (3) having first and second transformer ends (5,6), and an LC filter (4) having first and second filter inputs (7 , 8), said self-synchronous synchronous rectifier comprising: - a first and a second rectifier input (26,27) connected respectively to the first and the second transformer end (5,6) - a first and a second output of rectifier (9, 10), the second rectifier output (10) being connected to the second rectifier input (27), - a direct MOSFET transistor (11), or any voltage-controlled element, connected between the first input of rectifier (26) and the first rectifier output (9) and having a gate connection (12), - a freewheeling MOSFET transistor (14), or any voltage-controlled element, connected between the first rectifier output ( 9) and the second output of rectifier (10) and having a grid connection (15), <Desc/Clms Page number 14><Desc / Clms Page number 14> au moins l'une des connexions de grille (12,15) étant connectée à une entrée de redresseur à travers un circuit de protection de grille (28,29), caractérisé en ce que ledit circuit de protection de grille (28,29) comprend un élément diviseur (13,16), monté en parallèle avec un transistor (17,18) ayant un seuil de conduction en tension faible, et en ce que la commande du transistor (17,18) est obtenue par le câblage grille-source dudit transistor, la source étant raccordée à la grille du MOSFET de puissance (11,14) associée et la grille étant raccordée à la source du MOSFET de puissance (11,14) associée.  at least one of the grid connections (12,15) being connected to a rectifier input through a grid protection circuit (28,29), characterized in that said grid protection circuit (28,29) comprises a divider element (13,16), mounted in parallel with a transistor (17,18) having a low voltage conduction threshold, and in that the control of the transistor (17,18) is obtained by the grid wiring- source of said transistor, the source being connected to the gate of the associated power MOSFET (11,14) and the gate being connected to the source of the associated power MOSFET (11,14). 4. Redresseur synchrone auto-commandé selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit transistor est un transistor MOS (17,18). 4. Self-controlled synchronous rectifier according to claim 3 characterized in that said transistor is a MOS transistor (17,18). 5. Redresseur synchrone auto-commandé selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que ledit câblage grille-source du transistor (17,18) comporte une impédance série. 5. Self-controlled synchronous rectifier according to claim 3 or 4 characterized in that said gate-source wiring of the transistor (17,18) has a series impedance. 6. Redresseur synchrone auto-commandé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que ledit circuit de protection est raccordé au redresseur à travers un second diviseur placé en série avec le premier. 6. Self-controlled synchronous rectifier according to any one of claims 3 to 5 characterized in that said protection circuit is connected to the rectifier through a second divider placed in series with the first. 7. Redresseur synchrone auto-commandé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6 caractérisé en ce que le redresseur (1) est câblé sur un secondaire de transformateur à point milieu.7. Self-controlled synchronous rectifier according to any one of claims 3 to 6 characterized in that the rectifier (1) is wired to a transformer secondary at mid point.
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