FR3082067A1 - Systeme d'interrupteur avec un circuit de limitation de tension, bras de commutation et convertisseur electrique - Google Patents

Systeme d'interrupteur avec un circuit de limitation de tension, bras de commutation et convertisseur electrique Download PDF

Info

Publication number
FR3082067A1
FR3082067A1 FR1854719A FR1854719A FR3082067A1 FR 3082067 A1 FR3082067 A1 FR 3082067A1 FR 1854719 A FR1854719 A FR 1854719A FR 1854719 A FR1854719 A FR 1854719A FR 3082067 A1 FR3082067 A1 FR 3082067A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
voltage
switch
current
terminal
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR1854719A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3082067B1 (fr
Inventor
Michel Plaideau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes de Controle Moteur SAS filed Critical Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Priority to FR1854719A priority Critical patent/FR3082067B1/fr
Priority to EP19726418.7A priority patent/EP3804137A1/fr
Priority to PCT/EP2019/063819 priority patent/WO2019229062A1/fr
Publication of FR3082067A1 publication Critical patent/FR3082067A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3082067B1 publication Critical patent/FR3082067B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0828—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/165—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches by feedback from the output circuit to the control circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/168—Modifications for eliminating interference voltages or currents in composite switches

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

Ce système d'interrupteur comporte : - un interrupteur (1041) ; - une branche de décharge d'une borne de commande (G1) de l'interrupteur (1041) ; et - un circuit de limitation de tension (120) conçu pour injecter un courant (iL) dans la branche de décharge, entre une résistance de décharge (RD) et la borne de commande (G1) de l'interrupteur (1041), afin de limiter une tension d'interrupteur (VCE1). Le circuit de limitation de tension (1201) comporte : - un amplificateur opérationnel (AO) agencé pour comparer une tension (V*CE1) représentative de la tension d'interrupteur (VCE1) à une tension de référence (VREF), afin de fournir une tension de sortie (Vs) en fonction de la comparaison ; - un circuit de génération de courant (124, 126) conçu pour générer le courant injecté (iL) en fonction de la tension de sortie (Vs) de l'amplificateur opérationnel (AO).

Description

TITRE
SYSTÈME D’INTERRUPTEUR AVEC UN CIRCUIT DE LIMITATION DE TENSION, BRAS DE COMMUTATION ET CONVERTISSEUR ÉLECTRIQUE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un système d’interrupteur avec un circuit de limitation de tension, un bras de commutation et un convertisseur électrique.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE est connu d’utiliser un système d'interrupteur du type comportant :
- un interrupteur comportant :
• une borne d’entrée de courant, • une borne de sortie de courant, et • une borne de commande, la borne d’entrée de courant et la borne de sortie de courant étant destinées à présenter entre elles une tension d’interrupteur, et la borne de commande et la borne de sortie de courant étant destinées à présenter entre elles une tension de commande contrôlant la tension d’interrupteur,
- une branche de décharge de la borne de commande de l’interrupteur, la branche de décharge étant connectée à la borne de commande de l’interrupteur et comportant une résistance de décharge, et la branche de décharge étant destinée à être parcourue par au moins une partie d’un courant de décharge de la borne de commande afin que la tension de commande diminue,
- un circuit de limitation de tension conçu pour injecter un courant dans la branche de décharge, entre la résistance de décharge et la borne de commande de l’interrupteur, afin de limiter la tension d’interrupteur.
Le circuit de limitation de tension comporte généralement un composant de suppression de tension transitoire (de l’anglais « transient-voltagesuppressor» ou TVS), tel qu’une diode Zener agencée pour passer en mode inverse (mode d’avalanche) lorsque la tension d’interrupteur devient trop élevée, afin de fournir le courant injecté.
Or, les composants TVS présentent comme problème de dériver beaucoup en température et que leur résistance dynamique n’est pas correctement défini pour les courants de 100 à 300 mA, généralement utilisés dans les convertisseurs de tension pour le domaine automobile. De plus, lorsque la tension que l’on veut limiter est élevée, le choix des TVS est très réduit et la puissance induite dans ces TVS est forte.
L’invention a pour but de pallier au moins en partie les problèmes précités.
RÉSUMÉ DE L’INVENTION
À cet effet, il est proposé un système d'interrupteur du type précité, caractérisé en ce que le circuit de limitation de tension comporte :
- un amplificateur opérationnel agencé pour comparer une tension représentative de la tension d’interrupteur à une tension de référence, afin de fournir une tension de sortie en fonction de la comparaison, et
- un circuit de génération de courant conçu pour générer le courant injecté en fonction de la tension de sortie de l’amplificateur opérationnel.
Ainsi, il n’est plus nécessaire d’utiliser un TVS.
De façon optionnelle, le circuit de génération de courant comporte : - un premier sous-circuit de génération de courant conçu pour générer un courant intermédiaire en fonction de la tension de sortie de l’amplificateur opérationnel ; et - un deuxième sous-circuit de génération de courant conçu pour générer le courant injecté en fonction du courant intermédiaire.
De façon optionnelle également, le premier sous-circuit comporte un premier transistor présentant une borne d’arrivée de courant, la borne d’arrivée de courant du premier transistor et une borne d’alimentation de l’amplificateur opérationnel sont connectées à une borne commune, et le premier transistor est commandé par la tension de sortie de l’amplificateur opérationnel de manière à générer le courant intermédiaire au travers de la borne commune.
De façon optionnelle également, le deuxième sous-circuit comporte un deuxième transistor qui présente une borne d’entrée de courant (e2), une borne de sortie de courant (c2) et une borne de commande (b 2) et qui est destiné à fournir le courant injecté (i Q par sa borne de sortie de courant (c2).
De façon optionnelle également, le deuxième sous-circuit comporte :
- des première et deuxième résistances connectées l’une à l’autre en un point milieu auquel la borne de commande du deuxième transistor est connectée, et
- une troisième résistance connectée entre la borne d’entrée de courant du deuxième transistor et la première résistance.
De façon optionnelle également, le circuit de génération de courant comporte en outre une résistance connectée entre la branche de décharge et une borne de sortie de l’amplificateur opérationnel.
De façon optionnelle également, le circuit de génération de courant comporte en outre une diode connectée entre la branche de décharge et la borne de sortie de l’amplificateur opérationnel pour empêcher du courant d’entrer dans l’amplificateur opérationnel par sa borne de sortie.
De façon optionnelle également, le circuit de limitation de tension comporte en outre un circuit diviseur de tension conçu pour diviser la tension d’interrupteur afin de fournir la tension représentative de la tension d’interrupteur.
De façon optionnelle également, le système d’interrupteur comporte en outre une branche de charge de la borne de commande, différente de la branche de décharge, dans lequel la branche de charge est connectée à la borne de commande de l’interrupteur, dans lequel la branche de charge comporte une résistance de charge et une diode de charge passante en direction de la borne de commande de l’interrupteur, dans lequel la branche de charge est destinée à être parcourue par un courant destiné à traverser la résistance de charge et la diode de charge, formant au moins une partie d’un courant de charge de la borne de commande afin que la tension de commande augmente, et dans lequel la branche de décharge comporte en outre une diode de décharge bloquante en direction de la borne de commande de l’interrupteur, la au moins une partie du courant de décharge étant destinée à traverser la résistance de décharge et la diode de décharge.
De façon optionnelle également, le système d’interrupteur comporte en outre une alimentation électrique du circuit de limitation de tension, l’alimentation électrique comportant une source de tension continue, une résistance connectée entre la source de tension continue et une borne d’entrée du circuit de limitation de tension et une capacité connectée entre la borne d’entrée du circuit de limitation de tension et la borne de sortie de courant de l’interrupteur.
De façon optionnelle également, le système d’interrupteur comporte en outre une diode connectée entre la résistance et la borne d’entrée du circuit de limitation de tension passante en direction de la borne d’entrée du circuit de limitation de tension.
De façon optionnelle également, le circuit de limitation de tension comporte en outre un dispositif conçu pour fixer, en l’absence de tension d’interrupteur, la tension représentative de la tension d’interrupteur à une tension par défaut inférieure à la tension de référence.
est également proposé un bras de commutation comportant deux systèmes d’interrupteurs comportant respectivement deux interrupteurs connectés l'un à l'autre en un point milieu, et dans lequel au moins un des systèmes d’interrupteurs, de préférence les deux, est conforme à l’invention.
Il est également proposé un convertisseur électrique comportant au moins deux bras de commutation selon l’invention.
DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 est un schéma électrique d’un convertisseur électrique mettant en œuvre l’invention.
La figure 2 est un schéma électrique d’un circuit de commande d’interrupteur du convertisseur électrique de la figure 1, selon un premier mode de réalisation de l’invention.
La figure 3 est un schéma électrique d’un circuit de commande d’interrupteur du convertisseur électrique de la figure 1, selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
La figure 4 est un schéma électrique d’un circuit de commande d’interrupteur selon l’état de la technique.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Dans la description qui va suivre, une grandeur électrique nulle est par exemple une grandeur électrique négligeable devant les autres grandeurs électriques de même nature. Une grandeur électrique très grande est par exemple une grandeur électrique au moins 100 fois, de préférence au moins 1 000 fois, plus grande que les autres grandeurs électriques de même nature.
En référence à la figure 1, un convertisseur électrique 100 mettant en œuvre l’invention va à présent être décrit. Le convertisseur électrique 100 est par exemple utilisé dans un véhicule automobile. Le convertisseur électrique 100 est par exemple un onduleur ou un redresseur, ou même un convertisseur continu/continu.
Le convertisseur électrique 100 comporte plusieurs bras de commutation. Dans l’exemple décrit, le convertisseur électrique 100 comporte deux bras de commutation, désignés respectivement par les références 102i et 1022. Dans la suite de la description, l’indice « 1 » sera utilisé pour les éléments se rapportant au premier bras de commutation 102i, tandis que l’indice « 2 » sera utilisé pour les éléments se rapportant au deuxième bras de commutation 1022.
Chaque bras de commutation 102i, 1022 comporte un interrupteur de côté haut 104i, 1042 et un interrupteur de côté bas 104i’, 1042’. Dans la suite de la description, le signe prime « ’ » désignera les éléments se rapportant au côté bas et l’absence de signe prime « ’ » désignera les éléments se rapportant au côté haut.
Chaque interrupteur 104i, 104i’, 1042,1042’ présente une borne d’entrée de courant Ci, Ci’, C2, C2’, une borne de sortie de courant Ei, Ei', E2, E2’ et une borne de commande Gi, Gi’, G2, G2’.
Dans l’exemple décrit, les interrupteurs 104i, 104i’, 1042, 1042’ sont des transistors bipolaires à grille isolée ou 1GBT (de l’anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor ») présentant un collecteur, un émetteur et une grille formant respectivement la borne d’entrée de courant, la borne de sortie de courant et la borne de commande. Par soucis de clarté, les termes « collecteur », « émetteur » et « grille » seront utilisés dans la suite de la description.
Alternativement, les interrupteurs 104i, 104i’, 1042, 1042’ pourraient être des transistors à effet de champ à grille isolée ou MOSFET (de l’anglais « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ») présentant un drain, une source et une grille, formant respectivement la borne d’entrée de courant, la borne de sortie de courant et la borne de commande.
Pour chaque interrupteur 104i, 104i’, 1042,1042’, le collecteur Ci, Ci’, C2, C2’ et l’émetteur Ei, Ei’, E2, E2’ présentent entre eux une tension collecteurémetteur Vcei, Vcei', Vce2, Vce2’ (appelée par la suite tension d’interrupteur). En outre, un courant collecteur-émetteur Icei, ïcei’, 1ce2, 1ce2’ (appelé par la suite courant d’interrupteur) s’écoule entre eux. La grille Gi, Gi’, G2, G2’ et l’émetteur Ei, Ei’, E2, E2’ présentent entre eux une tension grille-émetteur Vgei, Vgei', Vge2, Vge2’ (appelée par la suite tension de commande) définissant l’état, ouvert ou fermé, de l’interrupteur 104i, 104i’, 1042, 1042’ de manière à contrôler la tension d’interrupteur Vcei, Vcei’, Vce2, Vce2’.
Plus précisément, l’interrupteur 104i, 104i’, 1042, 1042’ est conçu pour prendre l’état ouvert lorsque la tension de commande Vgei, Vgei', Vge2, Vge2’ est à une valeur d’ouverture de l’interrupteur 104i, 104i’, 1042,1042’. Dans l’exemple décrit, la valeur d’ouverture est une valeur basse, par exemple nulle. Dans l’état ouvert, le courant d’interrupteur ïcei, ïcei', îce2, îce2’ est nul et la tension d’interrupteur Vcei, Vcei', Vce2, Vce2’ est non-nulle.
En outre, l’interrupteur 104i, 104i’, 1042, 1042’ est conçu pour prendre l’état fermé lorsque la tension de commande Vgei, Vgei’, Vge2, Vge2’ est à une valeur de fermeture de l’interrupteur 104i, 104i’, 1042, 1042’. Dans l’exemple décrit, la valeur de fermeture est une valeur haute, par exemple 10V ou plus. Dans l’état fermé, le courant d’interrupteur ïcei, ïcei’, îce2, îce2’ est non-nul et la tension d’interrupteur Vcei, Vcei’, Vce2, Vce2’ est nulle.
Pour chaque bras de commutation 102i, 1022, l’émetteur Ei, E2 de l’interrupteur de côté haut 104i, 1042 et le collecteur Ci’, C2’ de l’interrupteur de côté bas 1041’, 1042’ sont connectés l’un à l’autre en un point milieu Pl, P2 destiné à être connecté à une bobine (symbolisée par des traits pointillés) d’une machine électrique telle qu’un moteur électrique.
Les bras de commutation 102i, 1022 sont connectés à une première source de tension continue 108, telle qu’une batterie ou un condensateur chargé, fournissant une tension Vbat. Plus précisément, pour chaque bras de commutation 102i, 1022, le collecteur Ci, C2 de l’interrupteur de côté haut 104i, 1042 est connecté à une borne positive de la source de tension 108, tandis que l’émetteur Ei’, E2’ de l’interrupteur de côté bas 104i’, 1042’ est connecté à une borne négative de la source de tension 108 (la borne négative étant généralement connectée à un châssis du véhicule).
Le convertisseur électrique 100 comporte en outre, pour chaque interrupteur 104i, 104i’, 1042, 1042’, un circuit de commande 112i, 112i’, 1122, 1122’ respectif de cet interrupteur 104i, 104i’, 1042, 1042’, les deux formant ensemble un système d’interrupteur.
Le convertisseur électrique 100 comporte en outre une deuxième source de tension continue 114 conçue pour fournir une tension continue Vin entre une borne positive et une borne négative, afin d’alimenter électriquement les circuits de commande 112i, 112i', 1122, 1122’. La borne négative de la source de tension 114 sera prise par la suite comme masse électrique, de sorte que, sauf indication contraire, lorsqu’une tension sera mentionnée, elle sera considérée par rapport à la borne négative de la source de tension 114. La tension continue Vin est généralement inférieure à la tension Vbat.
En référence à la figure 2, le circuit de commande 112i selon un premier mode de réalisation de l’invention va à présent être décrit plus en détail, sachant que les autres circuits de commande 112i’, 1122, 1122’ sont identiques.
Le circuit de commande 112i comporte tout d’abord un étage d’alimentation 115 connecté à la source de tension 114 pour fournir une tension d’alimentation V (prise par rapport à l’émetteur Ei de l’interrupteur 104i) à partir de la tension continue Vin.
L’étage d’alimentation 115 comporte une résistance R connectée entre la source de tension continue 114 et une borne de sortie S de l’étage d’alimentation 115 et une capacité C connectée entre la borne de sortie S et l’émetteur Ei de l’interrupteur 104i. La tension d’alimentation V est donc la tension aux bornes de la capacité C.
L’étage d’alimentation 115 comporte en outre une diode D connectée entre la résistance R et la borne de sortie S de l’étage d’alimentation 115, et agencée de manière passante en direction de la borne de sortie S.
Cette diode D n’est présente que dans les étages d’alimentation 115 des circuits de commande de côté haut 112i, 1122. Ainsi, les étages d’alimentation
115 des circuits de commande de côté bas 112i’, 1122’ ne comportent que la résistance R et la capacité C.
Le circuit de commande 112i comporte en outre un pilote 116 conçu pour fournir, sur une borne de sortie du pilote 116, une tension de pilotage Vpi par rapport à l’émetteur Ei, cette tension de pilotage Vpi prenant sélectivement la valeur d’ouverture et la valeur de fermeture de l’interrupteur 104i. Le pilote
116 est connecté aux bornes de la source de tension 114 pour son alimentation électrique, par exemple par l’intermédiaire de l’étage d’alimentation 115.
Le circuit de commande 112i comporte en outre une interface 118 connectée, d’un côté, au pilote 116 pour recevoir la tension de pilotage Vpi et, d’un autre côté, à la grille Gi de l’interrupteur 104i (l’émetteur Ei de l’interrupteur 104i est par ailleurs connecté au pilote 116). L’interface 118 est destinée à définir la vitesse à laquelle la tension de commande Vgei rejoint la tension de pilotage Vpi, et donc la vitesse de commutation de l’interrupteur 1041.
Dans l’exemple décrit, l’interface 118 comporte deux branches connectées chacune entre la borne de sortie du pilote 116 et la grille Gi de l’interrupteur 104i. La première branche, dite de décharge, comporte une résistance Rd et une diode Dd passante en direction de la borne de sortie du pilote 116. La deuxième branche, dite de charge, comporte une résistance Rc et une diode De passante en direction de la grille Gi de l’interrupteur 104i.
Lorsque la tension de pilotage Vpi est à la valeur d’ouverture (0 V), la grille Gi est destinée à se décharger par rapport à l’émetteur Ei. Un courant de décharge 1d sort alors de la grille Gi pour que la tension de commande Vgei rejoigne la valeur d’ouverture. Au moins une partie de ce courant de décharge 1d passe au travers de la branche de décharge de l’interface 118i, de sorte que la vitesse de décharge est au moins en partie définie par la résistance Rd. Dans l’exemple décrit où la grille Gi n’est connectée qu’à l’interface 118i, c’est tout le courant de décharge 1d qui traverse la branche de décharge. Néanmoins, dans d’autres modes de réalisation où la grille Gi est en outre connectée à un ou plusieurs dispositifs auxiliaires, par exemple un dispositif de protection, seulement une partie du courant de décharge 1d passerait par la branche de décharge, le reste passant dans le ou les dispositifs auxiliaires.
Lorsque la tension de pilotage Vpi est à la valeur de fermeture, la grille Gi est destinée à se charger pour que la tension de commande Vgei rejoigne la valeur de fermeture. Elle reçoit alors un courant de charge (de sens inverse au courant de décharge 1d représenté sur la figure 2) dont au moins une partie provient de la branche de charge de l’interface 118. Ainsi, la vitesse de charge est au moins en partie définie par la résistance Rc. Dans l’exemple décrit où la grille Gi n’est connectée qu’à l’interface 118i, tout le courant de charge provient de la branche de charge.
Il existe des inductances parasites au niveau du collecteur Ci et de l’émetteur Ei de l’interrupteur 104i provenant des connexions de ces bornes. L’inductance parasite de l’émetteur Ei est représentée sur la figure 2 et notée Li. L’inductance parasite Li est destinée à être traversée par le courant d’interrupteur ïcei. Lors de l’ouverture de l’interrupteur 104i, le courant d’interrupteur ïcei diminue et provoque l’apparition d’une tension d’inductance Vli négative, ce qui provoque l’apparition d’une surtension de la tension d’interrupteur Vcei. Or, cette surtension peut détériorer l’interrupteur 104i.
Pour limiter cette surtension, le circuit de commande 112i comporte en outre un circuit de limitation de tension 120 conçu pour injecter un courant 11 dans la branche de décharge, entre la résistance de décharge Rd et la borne de commande Gi de l’interrupteur 104i, afin de limiter la tension d’interrupteur Vcei.
Le circuit de limitation de tension 120 comporte tout d’abord un circuit diviseur de tension 122 conçu pour multiplier la tension d’interrupteur Vcei d’un facteur F inférieur à un, afin de fournir une tension V*cei. La tension V*cei est ainsi représentative de la tension d’interrupteur Vcei. Dans l’exemple décrit, le circuit diviseur de tension 122 comporte des première et deuxième résistances RI, R2 connectées l’une à l’autre en un point milieu. La première résistance RI est en outre connectée au collecteur Ci et la deuxième résistance est en outre connectée à l’émetteur Ei. La tension du point milieu forme la tension V*cei.
Le circuit de limitation de tension 120 comporte en outre un composant TL43xx formant un amplificateur opérationnel AO, un générateur de tension de référence Vref et un premier sous-circuit de génération de courant 124.
Le composant TL43xx est préférentiellement un composant TL431 123.
Le composant TL431 123 présente une cathode K et une anode A connectée à l’émetteur Ei de l’interrupteur 104i.
L’amplificateur opérationnel AO est agencé pour comparer la tension V*cei à la tension de référence Vref, afin de fournir une tension de sortie Vs en fonction de la comparaison. Pour cela, une borne positive « + » de l’amplificateur opérationnel AO est connectée entre les résistances RI et R2. En outre, une borne négative « - » de l’amplificateur opérationnel AO est connectée au générateur de tension de référence Vref, ce dernier étant ainsi connecté entre la borne négative « - » de l’amplificateur opérationnel AO et l’anode A. La tension de sortie Vs est négative lorsque la tension V*cei est inférieure à la tension de référence Vref, nulle lorsque la tension V*cei est égale à la tension de référence Vref et positive lorsque la tension V*cei est supérieure à la tension de référence Vref. Plus précisément, la tension de sortie Vs est d’autant plus élevée que la tension V*cei est supérieure à la tension de référence Vref, jusqu’à un plafond (saturation de l’amplificateur opérationnel AO).
Le sous-circuit 124 est conçu pour générer un courant intermédiaire îka à partir de la tension de sortie Vs de l’amplificateur opérationnel AO, lorsque la tension V*cei est supérieure à la tension de référence Vref. Plus précisément, le courant intermédiaire îka est nul lorsque la tension de sortie Vs est négative ou nulle et positif lorsque la tension de sortie Vs est positive. En outre, le courant intermédiaire îka est d’autant plus grand que la tension de sortie Vs est grande.
Plus précisément, le sous-circuit 124 comporte un premier transistor TRI présentant une borne d’entrée de courant cl, une borne de sortie de courant el et une borne de commande bl. Dans l’exemple décrit, le transistor TRI est un transistor bipolaire. La borne d’entrée de courant cl et une borne d’alimentation de l’amplificateur opérationnel AO sont connectées à la cathode K du composant TL431. Le sous-circuit 124 comporte en outre une diode Dd connectée entre la cathode K et l’anode A. Elle est passante en direction de la cathode K.
Ainsi, le transistor TRI est commandé par la tension de sortie Vs de l’amplificateur opérationnel AO, de manière à générer le courant intermédiaire îka au travers de la cathode K.
Le circuit de limitation de tension 120 comporte en outre un deuxième sous-circuit de génération de courant 126 conçu pour générer le courant injecté Il à partir du courant intermédiaire ïka.
Dans l’exemple décrit, le sous-circuit 126 comporte un deuxième transistor TR2 en montage de générateur de courant.
Plus précisément, le transistor TR2 présente une borne d’entrée de courant e2, une borne de sortie de courant c2 connectée à la branche de décharge de l’interface 118 et une borne de commande b2. Dans l’exemple décrit, le transistor TR2 est un transistor bipolaire. En outre, le sous-circuit 126 comporte des première et deuxième résistances R3, R4 connectées l’une à l’autre en un point milieu auquel la borne de commande b2 du transistor TR2 est connectée. La résistance R3 est en outre connectée à une borne d’entrée E du circuit de limitation de tension 120 et la résistance R4 est connectée à la cathode K du composant TL431. Le sous-circuit 126 comporte en outre une troisième résistance R5 connectée entre la borne d’entrée de courant e2 du transistor TR2 et la borne d’entrée E . Ainsi, les résistances R3, R5 sont connectées l’une à l’autre. Le transistor TR2 est ainsi destiné à fournir le courant Il par sa borne de sortie de courant c2. Le courant injecté 11 est d’autant plus grand que le courant intermédiaire ïka est grand.
Les deux sous-circuits 124, 126 forment ainsi un circuit de génération de courant conçu pour générer le courant injecté 11 à partir de la tension de sortie Vs de l’amplificateur opérationnel AO.
Par ailleurs, la borne d’entrée E est connectée à la borne de sortie S de l’étage d’alimentation 115 de manière à permettre l’alimentation électrique du circuit de limitation de tension 120.
De préférence, le circuit de limitation de tension 120 comporte en outre un dispositif conçu pour appliquer à la borne positive de l’amplificateur opérationnel AO, en l’absence de tension Vcei, une tension par défaut légèrement inférieure à la tension de référence Vref (par exemple, au moins 90% de la tension Vref). Ainsi, l’amplificateur opérationnel AO est par défaut proche de son point de basculement (tension de sa borne positive égale à la tension Vref) ce qui lui permet de commuter plus vite. Dans l’exemple décrit, ce dispositif comporte une résistance R6 connectée entre le point d’entrée E du circuit de limitation de tension 120 et la borne positive de l’amplificateur opérationnel AO. Ainsi, la tension V*cei est donnée par l’équation :
Vçei . V
RI Ψ R6 VCE1 — γ γ
Rï + R2 + R6 de sorte que lorsque la tension Vcei est nulle, ce dispositif fixe la tension V*cei (reçue par la borne positive de l’amplificateur opérationnel AO) à :
V
RI Ψ R2 Ψ -1
Le fonctionnement du dispositif de commande 112i va à présent être décrit.
Initialement, l’interrupteur 104i est à l’état fermé. La tension de pilotage Vpi et la tension de commande Vgei sont à la valeur de fermeture de l’interrupteur 104i (10 V). La tension d’interrupteur Vcei est nulle et le courant d’interrupteur ïcei est constant (non-nul) et se dirige vers le point milieu Pi. Ainsi, la tension d’inductance Vli est nulle.
À un instant ultérieur, la tension de pilotage Vpi passe à la valeur d’ouverture (0 V) et un courant de décharge ïd non nul s’écoule depuis la grille Gi jusqu’au pilote 116, au travers de la résistance de décharge Rd.
À un instant ultérieur, la tension d’interrupteur Vcei commence à augmenter, puis le courant d’interrupteur ïcei commence à diminuer. À cet instant, la tension d’inductance Vli devient de plus en plus négative, entraînant une surtension de la tension collecteur-émetteur Vcei.
La tension aux bornes de la résistance R2 atteint alors la tension de référence Vref du composant TL431 123, de sorte que ce dernier tire un courant Ika qui va activer le transistor TR2 en montage de générateur de courant de façon à créer le courant k.
Le courant k s’ajoute au courant de décharge h pour former un courant îrd traversant la résistance de décharge Rd. Or, comme la tension de commande
Vgei se retrouve aux bornes de la résistance de décharge Rd, le courant Ird est fixé par cette tension de commande Vgei. Ainsi, l’apparition du courant 11 diminue d’autant le courant de décharge 1d, jusqu’à ce que la diode Dd devienne bloquée ce qui entraîne un courant de décharge 1d nul. La tension Vgei devient constante, de même que le courant d’interrupteur Icei. L’interrupteur 104i est alors en mode linéaire. La surtension est ainsi limitée.
Lorsque l’interrupteur 104i doit être fermé, le pilote 116 place la tension de pilotage VPi à la valeur de fermeture de l’interrupteur 104i. C’est la capacité C qui fournit l’énergie au pilote 116 pour charger la grille Gi de l’interrupteur 1041.
En outre, lors de la fermeture de l’interrupteur 104i, la diode D empêche la capacité C de se décharger. Toujours lors de la fermeture de l’interrupteur 104i, la résistance R empêche au moins en partie l’apparition d’un pic de courant en sortie de la source de tension continue 114 (et donc dans la diode D du côté haut) résultant de l’application brutale d’une tension à la capacité C.
Le circuit de limitation de tension 120 présente comme avantage de présenter une dérive en température faible, en tout cas plus faible que celle d’un TVS.
En outre, lors de la limitation de surtension, la puissance dissipée par le circuit de limitation de tension consomme 120 correspond principalement à la puissance dissipée dans la résistance RI, qui est égale au carré de la tension aux bornes de la résistance RI divisé par la résistance RI. Ainsi, en prenant une résistance RI élevée, par exemple de 100 kü, cette puissance peut être minimisée, jusqu’à par exemple quelques watts. Par exemple, si on souhaite limiter la tension Vcei à 450 V et si Vref vaut 2,5 V, lorsque le courant de décharge 1d est nul, la tension V*cei est égale à la tension Vref et la tension Vcei est égale à la somme de la tension aux bornes de la résistance RI et de la tension V*cei. Ainsi, la tension aux bornes de la résistance RI est égale à 450 V - 2,5 V soit 447,5 V et la puissance dissipée dans la résistance RI vaut (447,5 V)2/100 kü soit 2 watts.
En référence à la figure 3, un circuit de commande 112i selon un deuxième mode de réalisation de l’invention va à présent être décrit plus en détail, sachant que les autres circuits de commande 112i’, 1122, 1122’ sont identiques.
Les éléments identiques au mode de réalisation de la figure 2 gardent les mêmes références et ne sont pas décrits à nouveau.
Dans ce mode de réalisation, le circuit de limitation de tension 120 comporte, en plus de l’amplificateur opérationnel AO et du générateur de tension de référence Vref, une résistance Rl et une diode Dl en série connectées entre la borne de sortie de l’amplificateur opérationnel AO et la branche de décharge de l’interface 118.
La diode Dl empêche l’entrée de courant dans l’amplificateur opérationnel AO par sa borne de sortie, lorsque la tension V*cei est inférieure à la tension de référence Vref.
En référence à la figure 4, un circuit de limitation de tension 120 selon l’état de la technique discuté en introduction est illustré. Il comporte en particulier un TVS sous la forme d’une diode Zener 402. Il sera apprécié que, lors de la limitation de surtension, la puissance dissipée par le TVS est égale au produit du courant injecté k par la tension aux bornes du TVS. Or, lorsqu’on souhaite limiter la tension à une tension haute (par exemple 450 volts), cette puissance dissipée peut atteindre plusieurs centaines de watts. Par exemple, si la tension Vcei vaut 6 V et que la résistance de décharge Rd vaut 30 Ω, lorsque le courant de décharge ïd est nul, le courant injecté k vaut 6 V / 30 Ω soit 500 mA et la puissance dissipée dans le TVS vaut 500 mA x 450 V soit 225 W. La puissance dissipée dans le TVS est donc bien plus élevée que la puissance dissipée dans le circuit de limitation de tension 120 des figures 2 et 3 (qui vaut quelques watts comme expliqué plus haut).
La présente invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il sera en effet apparent à l’homme du métier que des modifications peuvent y être apportées.
Par ailleurs, les termes utilisés ne doivent pas être compris comme limités aux éléments des modes de réalisation décrits précédemment, mais doivent au contraire être compris comme couvrant tous les éléments équivalents que l’homme du métier peut déduire à partir de ses connaissances 5 générales.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système d'interrupteur comportant :
    - un interrupteur (104i) comportant :
    • une borne d’entrée de courant (Ci), • une borne de sortie de courant (Ei), et • une borne de commande (Gi), la borne d’entrée de courant (Ci) et la borne de sortie de courant (Ei) étant destinées à présenter entre elles une tension d’interrupteur (Vcei), et la borne de commande (Gi) et la borne de sortie de courant (Ei) étant destinées à présenter entre elles une tension de commande (Vgei) contrôlant la tension d’interrupteur (Vcei),
    - une branche de décharge de la borne de commande (Gi) de l’interrupteur (104i), la branche de décharge étant connectée à la borne de commande (Gi) de l’interrupteur (104i) et comportant une résistance de décharge (Rd), et la branche de décharge étant destinée à être parcourue par au moins une partie d’un courant (îd) de décharge de la borne de commande (Gi) afin que la tension de commande (Vgei) diminue,
    - un circuit de limitation de tension (120) conçu pour injecter un courant (11) dans la branche de décharge, entre la résistance de décharge (Rd) et la borne de commande (Gi) de l’interrupteur (104i), afin de limiter la tension d’interrupteur (Vcei), caractérisé en ce que le circuit de limitation de tension (120) comporte :
    - un amplificateur opérationnel (AO) agencé pour comparer une tension (V*cei) représentative de la tension d’interrupteur (Vcei) à une tension de référence (Vref), afin de fournir une tension de sortie (Vs) en fonction de la comparaison, et
    - un circuit de génération de courant (124, 126 ; 302) conçu pour générer le courant injecté (îl) en fonction de la tension de sortie (Vs) de l’amplificateur opérationnel (AO).
  2. 2. Système d'interrupteur selon la revendication 1, dans lequel le circuit de génération de courant (124,126) comporte :
    - un premier sous-circuit de génération de courant (124) conçu pour générer un courant intermédiaire (îka) en fonction de la tension de sortie (Vs) de l’amplificateur opérationnel (OA), et
    - un deuxième sous-circuit de génération de courant (126) conçu pour générer le courant injecté (11) en fonction du courant intermédiaire (îka).
  3. 3. Système d'interrupteur selon la revendication 2, dans lequel le premier sous-circuit (124) comporte un premier transistor (TRI) présentant une borne d’arrivée de courant (cl), dans lequel la borne d’arrivée de courant (cl) du premier transistor (TRI) et une borne d’alimentation de l’amplificateur opérationnel (AO) sont connectées à une borne commune (K), et dans lequel le premier transistor (TRI) est commandé par la tension de sortie (Vs) de l’amplificateur opérationnel (AO) de manière à générer le courant intermédiaire (îka) au travers de la borne commune (K).
  4. 4. Système d'interrupteur selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le deuxième sous-circuit (126) comporte un deuxième transistor (TR2) qui présente une borne d’entrée de courant (e2), une borne de sortie de courant (c2) et une borne de commande (b2) et qui est destiné à fournir le courant injecté (11) par sa borne de sortie de courant (c2).
  5. 5. Système d'interrupteur selon la revendication 4, dans lequel le deuxième sous-circuit (126) comporte :
    - des première et deuxième résistances (R3, R4) connectées l’une à l’autre en un point milieu auquel la borne de commande (b2) du deuxième transistor (TR2) est connectée, et
    - une troisième résistance (R5) connectée entre la borne d’entrée de courant (e2) du deuxième transistor (TR2) et la première résistance (R3).
  6. 6. Système d'interrupteur selon la revendication 1, dans lequel le circuit de génération de courant (302) comporte une résistance (Rl) connectée entre la branche de décharge et une borne de sortie de l’amplificateur opérationnel [AO).
  7. 7. Système d'interrupteur selon la revendication 6, dans lequel le circuit de génération de courant (302) comporte en outre une diode (Dl) connectée entre la branche de décharge et la borne de sortie de l’amplificateur opérationnel (AO) pour empêcher du courant d’entrer dans l’amplificateur opérationnel (AO) par sa borne de sortie.
  8. 8. Système d'interrupteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit de limitation de tension (120) comporte en outre un circuit diviseur de tension (122) conçu pour diviser la tension d’interrupteur (Vcei) afin de fournir la tension (V*cei) représentative de la tension d’interrupteur (Vcei).
  9. 9. Système d'interrupteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre une branche de charge de la borne de commande (Gi), différente de la branche de décharge, dans lequel la branche de charge est connectée à la borne de commande (Gi) de l’interrupteur (104i), dans lequel la branche de charge comporte une résistance de charge (Rc) et une diode de charge (De) passante en direction de la borne de commande (Gi) de l’interrupteur (104i), dans lequel la branche de charge est destinée à être parcourue par un courant destiné à traverser la résistance de charge (Rc) et la diode de charge (De), formant au moins une partie d’un courant de charge de la borne de commande (Gi) afin que la tension de commande (Vgei) augmente, et dans lequel la branche de décharge comporte en outre une diode de décharge (Dd) bloquante en direction de la borne de commande (Gi) de l’interrupteur (1041), la au moins une partie du courant de décharge (îd) étant destinée à traverser la résistance de décharge (Rd) et la diode de décharge (Dd).
  10. 10. Système d'interrupteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre une alimentation électrique (114, 115) du circuit de limitation de tension (120), l’alimentation électrique (114, 115) comportant une source de tension continue (114), une résistance (R) connectée entre la source de tension continue (114) et une borne d’entrée (E) du circuit de limitation de tension (120) et une capacité (C) connectée entre la borne d’entrée (E) du circuit de limitation de tension (120) et la borne de sortie de courant (Ei) de l’interrupteur (104i).
  11. 11. Système d'interrupteur selon la revendication 10, comportant en outre une diode (D) connectée entre la résistance (R) et la borne d’entrée (E) du circuit de limitation de tension (120) passante en direction de la borne d’entrée (E) du circuit de limitation de tension (120).
  12. 12. Système d'interrupteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit de limitation de tension (120) comporte en outre un dispositif conçu pour fixer, en l’absence de tension d’interrupteur (Vcei), la tension (V*cei) représentative de la tension d’interrupteur (Vcei) à une tension par défaut inférieure à la tension de référence (Vref).
  13. 13. Bras de commutation (102i ; 1022) comportant deux systèmes d’interrupteurs comportant respectivement deux interrupteurs (104i, 1041' ; 1042, 1042') connectés l'un à l'autre en un point milieu, et dans lequel au moins un des systèmes d’interrupteurs, de préférence les deux, est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 13.
  14. 14. Convertisseur électrique (100) comportant au moins deux bras de commutation (102i, 1022) selon la revendication 13.
FR1854719A 2018-05-31 2018-05-31 Systeme d'interrupteur avec un circuit de limitation de tension, bras de commutation et convertisseur electrique Active FR3082067B1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1854719A FR3082067B1 (fr) 2018-05-31 2018-05-31 Systeme d'interrupteur avec un circuit de limitation de tension, bras de commutation et convertisseur electrique
EP19726418.7A EP3804137A1 (fr) 2018-05-31 2019-05-28 Système d'interrupteur avec un circuit de limitation de tension, bras de commutation et convertisseur électrique
PCT/EP2019/063819 WO2019229062A1 (fr) 2018-05-31 2019-05-28 Système d'interrupteur avec un circuit de limitation de tension, bras de commutation et convertisseur électrique

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1854719A FR3082067B1 (fr) 2018-05-31 2018-05-31 Systeme d'interrupteur avec un circuit de limitation de tension, bras de commutation et convertisseur electrique
FR1854719 2018-05-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3082067A1 true FR3082067A1 (fr) 2019-12-06
FR3082067B1 FR3082067B1 (fr) 2021-05-07

Family

ID=63080128

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1854719A Active FR3082067B1 (fr) 2018-05-31 2018-05-31 Systeme d'interrupteur avec un circuit de limitation de tension, bras de commutation et convertisseur electrique

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3804137A1 (fr)
FR (1) FR3082067B1 (fr)
WO (1) WO2019229062A1 (fr)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5926012A (en) * 1996-09-20 1999-07-20 Fuji Electric Co., Ltd. Gate drive circuit in power converter with condition detection device
US20130021083A1 (en) * 2011-07-21 2013-01-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Active clamp circuit
DE102016216508A1 (de) * 2016-09-01 2018-03-01 Siemens Aktiengesellschaft Steuern eines Halbleiterschalters in einem Schaltbetrieb

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5926012A (en) * 1996-09-20 1999-07-20 Fuji Electric Co., Ltd. Gate drive circuit in power converter with condition detection device
US20130021083A1 (en) * 2011-07-21 2013-01-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Active clamp circuit
DE102016216508A1 (de) * 2016-09-01 2018-03-01 Siemens Aktiengesellschaft Steuern eines Halbleiterschalters in einem Schaltbetrieb

Also Published As

Publication number Publication date
FR3082067B1 (fr) 2021-05-07
EP3804137A1 (fr) 2021-04-14
WO2019229062A1 (fr) 2019-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2276173B1 (fr) Dispositif de commande d'un transistor de puissance
EP0453376B1 (fr) Interrupteur statique moyenne tension
EP1746700B1 (fr) Dispositif d'alimentation d'un variateur de vitesse
FR2722031A1 (fr) Dispositif regulateur pour batterie d'accumulateurs electriques
EP2645569A1 (fr) Dispositif de commande employé dans un système d'alimentation électrique à découpage
FR2572600A1 (fr) Stabilisateur electronique de tension, utilisable en particulier dans l'automobile, avec protection contre les surtensions transitoires de polarite opposee a celle du generateur
FR2547133A1 (fr) Circuit destine a prevenir une dissipation excessive d'energie dans les dispositifs commutateurs de puissance
FR3039905A1 (fr) Source de tension
FR3082067A1 (fr) Systeme d'interrupteur avec un circuit de limitation de tension, bras de commutation et convertisseur electrique
EP3244535A1 (fr) Système d'interrupteur et convertisseur électrique comportant un tel système d'interrupteur
EP3657677A1 (fr) Circuit d'alimentation de circuits de commande d'interrupteurs
WO2010086237A1 (fr) Dispositif de commande d'un transistor jfet
EP3369178B1 (fr) Dispositif de commande pour transistors
EP3593429B1 (fr) Circuit électrique de décharge d'une capacité, système électrique et véhicule automobile comportant un tel circuit électrique de décharge
EP4085529A1 (fr) Dispositif de pré-charge et convertisseur de tension comportant un tel dispositif
FR3051301B1 (fr) Circuit de limitation de tension, systeme d'interrupteur et convertisseur electrique
FR3047853B1 (fr) Systeme de commande d'un onduleur d'un moteur electrique, systeme de moteur comportant un tel systeme de commande
FR3058011B1 (fr) Systeme d’interrupteur et convertisseur electrique comportant un tel systeme d’interrupteur
EP3726731B1 (fr) Circuit de commande de transistors
WO2016124334A1 (fr) Circuit electronique de commande d'un demi-pont en h
FR3131478A1 (fr) Dispositif de commutation avec circuit d’amorçage, engin de mobilite comportant un tel dispositif de commutation et procede correspondant
FR3132994A1 (fr) Amortisseur actif de tension et convertisseur de tension
EP2991225A1 (fr) Relais statique de commande d'un démarreur électrique de véhicule automobile et démarreur électrique de véhicule automobile correspondant
FR3069987A1 (fr) Element redresseur et convertisseur de tension comprenant un tel element
FR3069988A1 (fr) Element redresseur et convertisseur de tension comprenant un tel element

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20191206

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 6

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 7