FR3105657A1 - System of switches and voltage converter comprising such a system - Google Patents

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Abstract

Système d’interrupteurs et convertisseur de tension comportant un tel système d’interrupteur L’invention concerne système d’interrupteur (10) comprenant : un interrupteur (Q3) comportant une borne d’entrée de courant (D3), une borne de sortie de courant (S3) et une borne de commande (G3) destinée à recevoir une tension de commande (Vgs3) pour sélectivement ouvrir et fermer ledit interrupteur (Q3), une première résistance (Ra) connectée à la borne de commande (G3) et à la borne de sortie de courant (S3) de l’interrupteur (Q3), un dispositif de commande (30) dudit interrupteur (Q3) destiné à être connectée à une source de tension continue (Vcc), ladite source de tension continue (Vcc) étant référencé par rapport à la borne de sortie de courant (S3) du troisième interrupteur (Q3), caractérisé en ce que ledit système d’interrupteur (10) comprend en outre un dipôle (40), ledit dipôle (40) est connecté par une de ses deux bornes à ladite borne de commande (G3) et par l’autre de ses deux bornes audit dispositif de commande (30), ledit dipôle (40) comprend une capacité (Ccf) et une deuxième résistance (Rcf) connectés en parallèle entre les deux bornes du dipôle (40) et en ce que ledit dispositif de commande (30) est conçu pour connecter la source de tension continue (Vcc) à la borne de commande (G3) de l’interrupteur (Q3) par l’intermédiaire dudit dipôle (40) afin de commander à la fermeture l’interrupteur (Q3). Figure pour l’abrégé : Figure 2Switch system and voltage converter comprising such a switch system The invention relates to a switch system (10) comprising: a switch (Q3) comprising a current input terminal (D3), an output terminal of current (S3) and a control terminal (G3) for receiving a control voltage (Vgs3) for selectively opening and closing said switch (Q3), a first resistor (Ra) connected to the control terminal (G3) and to the current output terminal (S3) of the switch (Q3), a control device (30) of said switch (Q3) intended to be connected to a direct voltage source (Vcc), said direct voltage source (Vcc) ) being referenced with respect to the current output terminal (S3) of the third switch (Q3), characterized in that said switch system (10) further comprises a dipole (40), said dipole (40) is connected by one of its two terminals to said control terminal (G3) and by the other of its two terminals es to said control device (30), said dipole (40) comprises a capacitor (Ccf) and a second resistor (Rcf) connected in parallel between the two terminals of the dipole (40) and in that said control device (30) is designed to connect the source of direct voltage (Vcc) to the control terminal (G3) of the switch (Q3) through said dipole (40) in order to control the switch (Q3) on closing. Figure for the abstract: Figure 2

Description

Système d’interrupteurs et convertisseur de tension comportant un tel systèmeSystem of switches and voltage converter comprising such a system

La présente invention concerne de manière générale un système d’interrupteur. L’invention concerne également un convertisseur de tension comprenant un tel système d’interrupteur.The present invention generally relates to a switch system. The invention also relates to a voltage converter comprising such a switch system.

Les véhicules électriques ou hybrides sont équipés d’un convertisseur de tension continu/continu dit convertisseur de tension DC/DC (DC étant les initiales de "direct current", ou "courant continu"). Ce convertisseur de tension est destiné à être embarqué dans un véhicule afin de réaliser une conversion de tension entre un premier réseau électrique et un deuxième réseau électrique du véhicule.Electric or hybrid vehicles are equipped with a DC/DC voltage converter called a DC/DC voltage converter (DC being the initials of "direct current", or "direct current"). This voltage converter is intended to be embedded in a vehicle in order to perform a voltage conversion between a first electrical network and a second electrical network of the vehicle.

Un tel convertisseur de tension DC/DC comprend généralement au moins un système d’interrupteur alimenté par une source de tension continue tel que celui représenté en .Such a DC/DC voltage converter generally comprises at least one switch system powered by a DC voltage source such as that shown in .

Un tel système d’interrupteur 1 comprend un interrupteur Q3 et un dispositif de commande 2.Such a switch system 1 comprises a switch Q3 and a control device 2.

L’interrupteur Q3 comporte une borne d’entrée en courant D3, une borne de sortie en courant S3, et une borne de commande G3.Switch Q3 has a current input terminal D3, a current output terminal S3, and a control terminal G3.

Le dispositif de commande 2 comprend une résistance R, un premier transistor bipolaire Q1 et un deuxième transistor bipolaire Q2 commandés en commutation par un signal de commande CMD, ledit dispositif de commande 2 étant destiné à connecter une source de tension continue Vcc à la borne de commande G3 de l’interrupteur Q3 par l’intermédiaire d’une résistance de grille Rg afin de fermer l’interrupteur Q3.Control device 2 comprises a resistor R, a first bipolar transistor Q1 and a second bipolar transistor Q2 controlled in commutation by a control signal CMD, said control device 2 being intended to connect a DC voltage source Vcc to the terminal of control G3 of switch Q3 via a gate resistor Rg in order to close switch Q3.

L’interrupteur Q3 comporte une capacité intrinsèque Ciss qui nécessite d’être chargée ou déchargée par le courant de commande lors d’une commutation à la fermeture ou à l’ouverture de l’interrupteur Q3. Par exemple, lorsque l’interrupteur Q3 est un MOSFET (de l’anglais « metal–oxide–semiconductor field-effect transistor ») ou plus généralement un FET, la capacité intrinsèque Ciss est égale à la somme de la capacité intrinsèque entre la grille et la source et de la capacité intrinsèque entre la grille et le drain du transistor.Switch Q3 has an intrinsic Ciss capacitance which needs to be charged or discharged by the control current when switching on or off switch Q3. For example, when switch Q3 is a MOSFET (from the English “metal–oxide–semiconductor field-effect transistor”) or more generally an FET, the intrinsic capacitance Ciss is equal to the sum of the intrinsic capacitance between the gate and the source and the intrinsic capacitance between the gate and the drain of the transistor.

Dans un tel système d’interrupteur, la source de tension continue Vcc doit être choisie de façon de façon que sa tension soit inférieure à la tension maximale de commande VGS3MAX entre la borne de commande G3 et la borne de sortie de courant S3 supportable par l’interrupteur Q3 afin de ne pas risquer d’endommager de manière irréversible cet interrupteur Q3.In such a switch system, the DC voltage source Vcc must be chosen so that its voltage is lower than the maximum control voltage VGS3MAX between the control terminal G3 and the current output terminal S3 supportable by the switch Q3 so as not to risk irreversibly damaging this switch Q3.

Or l’utilisation d’une source de tension continue Vcc limitée à la tension maximale de commande VGS3MAX de l’interrupteur Q3 a pour conséquence que le courant de commande Ig disponible au niveau de la borne de commande de l’interrupteur Q3 est faible ce qui ralenti la charge et la décharge de la capacité intrinsèque Cis set partant la commutation à la fermeture ou à l’ouverture de l’interrupteur Q3 générant ainsi des pertes par commutation importantes.However, the use of a DC voltage source Vcc limited to the maximum control voltage VGS3MAX of switch Q3 has the consequence that the control current Ig available at the control terminal of switch Q3 is low. which slows down the charging and discharging of the intrinsic capacitance C is s and hence the switching on the closing or on the opening of the switch Q3 thus generating significant switching losses.

L’invention a pour but de pallier au moins en partie à ce problème.The object of the invention is to at least partially overcome this problem.

A cet effet, il est proposé, selon un premier aspect de l’invention, un système d’interrupteur comprenant:

  1. un interrupteur comportant une borne d’entrée de courant, une borne de sortie de courant et une borne de commande destinée à recevoir une tension de commande pour sélectivement ouvrir et fermer ledit interrupteur,
  2. une première résistance connectée à la borne de commande et à la borne de sortie de courant du troisième interrupteur,
  3. un dispositif de commande dudit interrupteur destiné à être connectée à une source de tension continue, ladite source de tension continue étant référencé par rapport à la borne de sortie de courant du troisième interrupteur,
caractérisé en ce que ledit système d’interrupteur comprend en outre un dipôle, ledit dipôle est connecté par une de ses deux bornes à ladite borne de commande et par l’autre de ses deux bornes audit dispositif de commande, ledit dipôle comprend une capacité et une deuxième résistance connectés en parallèle entre les deux bornes du dipôle et en ce que ledit dispositif de commande est conçu pour connecter ladite source de tension continue à la borne de commande de l’interrupteur par l’intermédiaire dudit dipôle afin de commander à la fermeture l’interrupteur.To this end, it is proposed, according to a first aspect of the invention, a switch system comprising:
  1. a switch comprising a current input terminal, a current output terminal and a control terminal intended to receive a control voltage to selectively open and close said switch,
  2. a first resistor connected to the control terminal and to the current output terminal of the third switch,
  3. a device for controlling said switch intended to be connected to a DC voltage source, said DC voltage source being referenced with respect to the current output terminal of the third switch,
characterized in that said switch system further comprises a dipole, said dipole is connected by one of its two terminals to said control terminal and by the other of its two terminals to said control device, said dipole comprises a capacitor and a second resistor connected in parallel between the two terminals of the dipole and in that said control device is designed to connect said DC voltage source to the control terminal of the switch via said dipole in order to control closing the switch.

Le système d’interrupteur selon l’invention est remarquable en ce qu’il comprend un dipôle connecté entre la borne de commande de l’interrupteur et le dispositif de commande. Grâce à ce dipôle comprenant une capacité et une deuxième résistance connectés en parallèle, il est possible de connecter une source de tension continue délivrant une tension plus importante que dans l’art antérieur à la borne de commande de l’interrupteur par l’intermédiaire du dispositif de commande et du dipôle tout en garantissant que la tension présente entre la borne commande et la borne de sortie de l’interrupteur reste inférieure à la tension maximale entre ces deux bornes supportable par l’interrupteur.The switch system according to the invention is remarkable in that it comprises a dipole connected between the control terminal of the switch and the control device. Thanks to this dipole comprising a capacitor and a second resistor connected in parallel, it is possible to connect a DC voltage source delivering a higher voltage than in the prior art to the control terminal of the switch via the control device and of the dipole while guaranteeing that the voltage present between the control terminal and the output terminal of the switch remains lower than the maximum voltage between these two terminals that can be tolerated by the switch.

Ainsi, grâce à ce dipôle, il est possible de fournir à la borne de commande du transistor un courant de commande plus important que dans les systèmes d’interrupteur de l’art antérieur ce qui permet de réduite les temps de commutation de l’interrupteur et les pertes par commutation.Thus, thanks to this dipole, it is possible to supply the control terminal of the transistor with a greater control current than in the switch systems of the prior art, which makes it possible to reduce the switching times of the switch. and switching losses.

Le système d’interrupteur selon le premier aspect de l’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques des modes particuliers de réalisation ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.The switch system according to the first aspect of the invention may also have one or more of the characteristics of the particular embodiments below, considered individually or in all technically possible combinations.

Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le système d’interrupteur comprend ladite source de tension continue.In a particular embodiment of the invention, the switch system comprises said DC voltage source.

Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, l’interrupteur est un transistor MOSFET, ou un transistor FET de type GaN ou de type Si ou encore de type SiC.In a particular embodiment of the invention, the switch is a MOSFET transistor, or a FET transistor of the GaN type or of the Si type or else of the SiC type.

Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, la valeur de la deuxième résistance est sensiblement égale à la valeur de la première résistance multipliée par une constante, et la valeur de la capacité dudit dipôle est égale à la somme de la capacité intrinsèque entre la grille et la source du transistor et de la capacité intrinsèque entre la grille et le drain du transistor divisée par ladite constante.In a particular embodiment of the invention, the value of the second resistor is substantially equal to the value of the first resistor multiplied by a constant, and the value of the capacitance of said dipole is equal to the sum of the intrinsic capacitance between the gate and the source of the transistor and the intrinsic capacitance between the gate and the drain of the transistor divided by said constant.

Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, la différence de tension appliquée entre la borne de commande et la borne de sortie de l’interrupteur est égale au rapport entre ladite source de tension continue et ladite constante augmentée de 1.In a particular embodiment of the invention, the voltage difference applied between the control terminal and the output terminal of the switch is equal to the ratio between said DC voltage source and said constant increased by 1.

Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le dispositif de commande est destiné à connecter la source de tension continue à la borne de commande de l’interrupteur par l’intermédiaire de l’association en série dudit dipôle et d’une résistance de grille.In a particular embodiment of the invention, the control device is intended to connect the DC voltage source to the control terminal of the switch via the series association of said dipole and a resistor of grid.

Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, la résistance de grille comprend la résistance de connexion entre le dipôle et le dispositif de commande et/ou la résistance de connexion électrique entre le dipôle et l’interrupteur.In a particular embodiment of the invention, the gate resistance comprises the connection resistance between the dipole and the control device and/or the electrical connection resistance between the dipole and the switch.

Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, la première résistance est choisie de façon à être dix fois supérieure, préférentiellement cent fois, encore plus préférentiellement mille fois supérieure à la résistance de grille.In a particular embodiment of the invention, the first resistance is chosen so as to be ten times greater, preferably one hundred times, even more preferably one thousand times greater than the gate resistance.

Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, la première résistance est choisie de façon à être dix fois supérieure, préférentiellement cent fois, encore plus préférentiellement mille fois supérieure à la résistance de connexion entre le dipôle et le dispositif de commande.In a particular embodiment of the invention, the first resistance is chosen so as to be ten times greater, preferably one hundred times, even more preferably one thousand times greater than the connection resistance between the dipole and the control device.

Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, la première résistance est choisie de façon à être dix fois supérieure, préférentiellement cent fois, encore plus préférentiellement mille fois supérieure à la résistance de connexion électrique entre le dipôle et l’interrupteur.In a particular embodiment of the invention, the first resistance is chosen so as to be ten times greater, preferably one hundred times, even more preferably one thousand times greater than the electrical connection resistance between the dipole and the switch.

L’invention vise également, selon un deuxième aspect un convertisseur de tension comprenant un système d’interrupteur conforme au premier aspect de l’invention.The invention also relates, according to a second aspect, to a voltage converter comprising a switch system in accordance with the first aspect of the invention.

De façon optionnelle le convertisseur de tension est un convertisseur de tension continu-continu ou un convertisseur de tension alternatif-continuOptionally, the voltage converter is a DC-DC voltage converter or an AC-DC voltage converter

L’invention vise également, selon un troisième aspect un système d’interrupteur comprenant:

  1. un interrupteur comprenant une borne d’entrée en courant, une borne de sortie en courant et une borne de commande destinée à recevoir une tension de commande pour sélectivement ouvrir ou fermer ledit interrupteur,
  2. une première résistance connectée à la borne de commande et à la borne de sortie de courant du troisième interrupteur
  3. Un dispositif de commande comportant:
    1. une borne d’entrée destinée à être connectée électriquement à une source de tension continue, ladite source de tension continue étant référencée par rapport à la borne de sortie de courant dudit interrupteur,
    2. une borne de sortie connectée électriquement à la borne de commande.
The invention also relates, according to a third aspect, to a switch system comprising:
  1. a switch comprising a current input terminal, a current output terminal and a control terminal intended to receive a control voltage to selectively open or close said switch,
  2. a first resistor connected to the control terminal and the current output terminal of the third switch
  3. A control device comprising:
    1. an input terminal intended to be electrically connected to a DC voltage source, said DC voltage source being referenced with respect to the current output terminal of said switch,
    2. an output terminal electrically connected to the control terminal.

Le dispositif de commande est en outre conçu pour connecter électriquement sa borne d’entrée à sa borne de sortie, sur réception d’un signal de commande, afin de commander à la fermeture l’interrupteur et est caractérisé en ce que le système d’interrupteur comprend en outre une diode zener, dont la cathode est connectée à la borne de commande et l’anode est connectée à la borne de sortie en courant de l’interrupteur.The control device is also designed to electrically connect its input terminal to its output terminal, on receipt of a control signal, in order to control the switch to close and is characterized in that the system of switch further comprises a zener diode, the cathode of which is connected to the control terminal and the anode is connected to the current output terminal of the switch.

Le système d’interrupteur selon le troisième aspect de l’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques des modes particuliers de réalisation ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.The switch system according to the third aspect of the invention may also have one or more of the characteristics of the particular embodiments below, considered individually or in all technically possible combinations.

Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le système d’interrupteur comprend ladite source de tension continue.In a particular embodiment of the invention, the switch system comprises said DC voltage source.

Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le dispositif de commande comprend en outre une résistance de grille connectée entre la borne de sortie de courant et la borne de commande de l’interrupteur.In a particular embodiment of the invention, the control device further comprises a gate resistor connected between the current output terminal and the control terminal of the switch.

Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, la résistance de grille comprend la résistance de la connexion électrique entre l’interrupteur et le dispositif de commande.In a particular embodiment of the invention, the gate resistance comprises the resistance of the electrical connection between the switch and the control device.

Dans un mode particulier de réalisation de l’invention la résistance de grille est constitué de la résistance de la connexion électrique entre l’interrupteur et le dispositif de commande.In a particular embodiment of the invention, the gate resistance consists of the resistance of the electrical connection between the switch and the control device.

Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le système d’interrupteur comporte en outre un dispositif de filtrage comprenant :

  1. une deuxième résistance connectée entre la source de tension et la borne d’entrée du dispositif de commande, et
  2. une capacité connectée entre la borne d’entrée et la masse électrique.
In a particular embodiment of the invention, the switch system further comprises a filtering device comprising:
  1. a second resistor connected between the voltage source and the input terminal of the control device, and
  2. a capacitor connected between the input terminal and the electrical ground.

Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, l’interrupteur est un transistor MOSFET, ou un transistor FET de type GaN ou de type Si ou encore de type SiC.In a particular embodiment of the invention, the switch is a MOSFET transistor, or a FET transistor of the GaN type or of the Si type or else of the SiC type.

L’invention vise également, selon un quatrième aspect un convertisseur de tension comprend un système d’interrupteurs conforme au troisième aspect de l’inventionThe invention also relates, according to a fourth aspect, to a voltage converter comprising a system of switches in accordance with the third aspect of the invention.

De façon optionnelle le convertisseur de tension est un convertisseur de tension continu-continu ou un convertisseur de tension alternatif-continuOptionally, the voltage converter is a DC-DC voltage converter or an AC-DC voltage converter

L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faisant référence aux figures suivantes:The invention will be better understood in the light of the following description, given solely by way of non-limiting example and referring to the following figures:

La représente un système d’interrupteur selon l’art antérieur.There represents a switch system according to the prior art.

La représente un système d’interrupteur mettant en œuvre l’invention dans un mode de réalisation de l’invention selon le premier aspect de l’invention.There shows a switch system implementing the invention in one embodiment of the invention according to the first aspect of the invention.

La représente un système d’interrupteur mettant en œuvre l’invention dans un mode de réalisation de l’invention selon le troisième aspect de l’invention.There shows a switch system implementing the invention in one embodiment of the invention according to the third aspect of the invention.

En référence à la , un système d’interrupteur 10 mettant en œuvre l’invention va maintenant être décrit. Ce système d’interrupteur 10 est par exemple intégré dans un convertisseur de tension continu-continu (DC/DC) ou dans un convertisseur de tension alternatif-continu. Le convertisseur de tension comprend en outre une source de tension continue Vcc.With reference to the , a switch system 10 implementing the invention will now be described. This switch system 10 is for example integrated in a DC-DC voltage converter (DC/DC) or in an AC-DC voltage converter. The voltage converter further comprises a DC voltage source Vcc.

Le système d’interrupteur 10 comprend:

  1. un interrupteur Q3 comportant une borne d’entrée de courant D3, une borne de sortie de courant S3 et une borne de commande G3 destinée à recevoir une tension de commande pour sélectivement ouvrir ou fermer l’interrupteur Q3,
  2. une première résistance Ra connectée à la borne de commande G3 et à la borne de sortie de courant S3 du troisième interrupteur Q3,
  3. un dispositif de commande 30 de l’interrupteur Q3 connectée à la source de tension continue Vcc, la source de tension continue Vcc étant par ailleurs référencé par rapport à la borne de sortie de courant S3 de l’interrupteur Q3,
  4. un dipôle 40, et
  5. une résistance de grille Rg.
The 10 switch system includes:
  1. a switch Q3 comprising a current input terminal D3, a current output terminal S3 and a control terminal G3 intended to receive a control voltage to selectively open or close the switch Q3,
  2. a first resistor Ra connected to the control terminal G3 and to the current output terminal S3 of the third switch Q3,
  3. a control device 30 of the switch Q3 connected to the DC voltage source Vcc, the DC voltage source Vcc being moreover referenced with respect to the current output terminal S3 of the switch Q3,
  4. a dipole 40, and
  5. a gate resistor Rg.

Dans l’exemple décrit, l’interrupteurs Q3 est un transistor MOSFET présentant une grille formant la borne de commande, et un drain et une source formant respectivement les bornes d’entrée de courant et de sortie de courant.In the example described, the switch Q3 is a MOSFET transistor having a gate forming the control terminal, and a drain and a source respectively forming the current input and current output terminals.

Le transistor Q3 comporte donc, dans l’exemple décrit, une capacité intrinsèque Cisségale à la somme de la capacité intrinsèque entre la grille et la source et de la capacité intrinsèque entre la grille et le drain du transistor Q3.The transistor Q3 therefore comprises, in the example described, an intrinsic capacitance C iss equal to the sum of the intrinsic capacitance between the gate and the source and of the intrinsic capacitance between the gate and the drain of the transistor Q3.

La résistance de grille Rg est l’association en série de la résistance due à la connexion entre le dipôle 40 et le dispositif de commande 30 et de la résistance due à la connexion électrique entre le dipôle 40 et l’interrupteur Q3.The gate resistance Rg is the series association of the resistance due to the connection between the dipole 40 and the control device 30 and the resistance due to the electrical connection between the dipole 40 and the switch Q3.

Le dipôle 40 est connecté par une de ses deux bornes à la borne de commande G3 et par l’autre de ses deux bornes au dispositif de commande 30 par l’intermédiaire de la resistance de grille Rg. Le dipôle 40 comprend une capacité Ccf et une deuxième résistance Rcf connectés en parallèle entre les deux bornes du dipôle 40.The dipole 40 is connected by one of its two terminals to the control terminal G3 and by the other of its two terminals to the control device 30 via the gate resistor Rg. The dipole 40 comprises a capacitor Ccf and a second resistor Rcf connected in parallel between the two terminals of the dipole 40.

Le dispositif de commande 30 est conçu pour connecter la source de tension continue Vcc à la borne de commande G3 de l’interrupteur Q3 par l’intermédiaire du dipôle 40 et de la résistance de grille Rg afin de commander à la fermeture l’interrupteur Q3.The control device 30 is designed to connect the DC voltage source Vcc to the control terminal G3 of the switch Q3 via the dipole 40 and the gate resistor Rg in order to control the closing of the switch Q3 .

Le dispositif de commande 30 comprend en outre dans l’exemple décrit ici:

  1. une borne d’entrée E, une borne de sortie S,
  2. un premier Q1 et un deuxième transistor Q2, dans l’exemple décrit les premier et deuxième transistor Q1, Q2 sont des transistors bipolaires, le premier transistor Q1 étant un transistor bipolaire de type NPN, et le deuxième transistor Q2 étant un transistor bipolaire de type PNP. La borne collecteur c1 du premier transistor Q1 est connectée à la borne d’entrée E, la borne émetteur e1 est connectée à la borne émetteur e2 du deuxième transistor Q2, les bornes émetteur e1,e2 sont également connectées à la borne de sortie S, la borne collecteur c2 est connectée à la borne négative de la source de tension continue Vcc et à la borne de sortie S3 de l’interrupteur Q3, et les bornes de commande g1, g2 des premier et deuxième transistors sont connectées ensemble en une borne de commande commune G destiné destinée à recevoir un signal de commande du dispositif de commande 30, et
  3. une résistance R connectée entre la borne de commande commune G et la borne collecteur c2 du deuxième interrupteur Q2.
The control device 30 further comprises in the example described here:
  1. an input terminal E, an output terminal S,
  2. a first Q1 and a second transistor Q2, in the example described the first and second transistors Q1, Q2 are bipolar transistors, the first transistor Q1 being an NPN type bipolar transistor, and the second transistor Q2 being a type bipolar transistor PNP. The collector terminal c1 of the first transistor Q1 is connected to the input terminal E, the emitter terminal e1 is connected to the emitter terminal e2 of the second transistor Q2, the emitter terminals e1, e2 are also connected to the output terminal S, the collector terminal c2 is connected to the negative terminal of the DC voltage source Vcc and to the output terminal S3 of the switch Q3, and the control terminals g1, g2 of the first and second transistors are connected together at a terminal of common command G intended to receive a command signal from the control device 30, and
  3. a resistor R connected between the common control terminal G and the collector terminal c2 of the second switch Q2.

Lorsque le dispositif de commande 30 reçoit sur sa borne de commande commune G un signal de commande CMD non nul destiné à activer ledit dispositif de commande 30, le premier transistor Q1 passe dans un état fermé et le deuxième transistor Q2 passe dans un état ouvert de sorte que le dispositif de commande 30 fournie une tension de sortie V’insur sa borne de sortie S égale à la tension Vcc.When the control device 30 receives on its common control terminal G a non-zero control signal CMD intended to activate said control device 30, the first transistor Q1 switches to a closed state and the second transistor Q2 switches to an open state of so that the control device 30 supplies an output voltage V′ in on its output terminal S equal to the voltage Vcc.

Le dipôle 40 permet de filtrer la tension de sortie V’indu dispositif de commande 30 de façon à abaisser la tension de sortie V’inen une tension de commande Vgs3 entre la borne de commande et la borne de sortie de courant de l’interrupteur Q3 inférieure à la tension de commande maximale VGS3MAX supportée par cet interrupteur Q3.The dipole 40 makes it possible to filter the output voltage V′ in of the control device 30 so as to lower the output voltage V′ in into a control voltage Vgs3 between the control terminal and the current output terminal of the switch Q3 lower than the maximum control voltage VGS3MAX supported by this switch Q3.

Dans l’exemple décrit ici, la deuxième résistance Rcfdu dipôle 40 est choisie en fonction de la valeur de la première résistance Raet d’un coefficient n afin de vérifier l’équation [Math.1]In the example described here, the second resistance R cf of the dipole 40 is chosen as a function of the value of the first resistance R a and of a coefficient n in order to verify the equation [Math.1]

Dans l’exemple décrit ici, la capacité Ccfdu dipôle 40 est en outre choisie en fonction de la capacité intrinsèque Cisset du coefficient n de façon à satisfaire l’équation [Math.2].In the example described here, the capacitance C cf of the dipole 40 is also chosen as a function of the intrinsic capacitance C iss and of the coefficient n so as to satisfy the equation [Math.2].

La fonction de transfert T(jw) reliant la tension de sortie V’inet la tension de commande Vgs3 en fonction de la première résistance Ra, de la capacité intrinsèque Cisset de la résistance de grille Rg, est alors définie par l’équation [Math.3].The transfer function T(jw) linking the output voltage V' in and the control voltage Vgs3 as a function of the first resistance Ra, of the intrinsic capacitance C iss and of the gate resistance Rg, is then defined by the equation [Math.3].

Dans l’exemple décrit ici, la première résistance Ra est choisie de façon à être dix fois supérieure, préférentiellement cent fois, encore plus préférentiellement mille fois supérieure à la résistance de grille Rg.In the example described here, the first resistance Ra is chosen so as to be ten times greater, preferably one hundred times, even more preferably one thousand times greater than the gate resistance Rg.

Ainsi, le terme Rg/Ra peut être négligé et la fonction de transfert T(jw) vérifie approximativement l’équation [Math.4]:Thus, the term Rg/Ra can be neglected and the transfer function T(jw) approximately verifies the equation [Math.4]:

En d’autres termes, la tension de commande Vgs3 est égale à la tension Vin’ divisée par un facteur n plus un.In other words, the control voltage Vgs3 is equal to the voltage Vin' divided by a factor n plus one.

Par ailleurs, à l’instant de commande à la fermeture de l’interrupteur Q3, le courant de commande Ig injecté dans la borne de commande G3 vérifie alors l’équation [Math.5].Moreover, at the command instant when the switch Q3 is closed, the command current Ig injected into the command terminal G3 then satisfies the equation [Math.5].

L’équation [Math.5] montre que le courant de commande Ig peut être augmenté en augmentant la valeur de la tension de la source de tension continue Vcc et l’équation [Math.4] montre que le dipôle 40 est conçu pour filtrer la tension de sortie V’in égale à la tension Vcc lors de la fermeture de l’interrupteur Q3 de façon à délivrer une tension de commande Vgs3 inférieure ou égale à la tension de commande maximale VGS3MAX.Equation [Math.5] shows that the control current Ig can be increased by increasing the value of the DC voltage source voltage Vcc and equation [Math.4] shows that the dipole 40 is designed to filter the output voltage V'in equal to the voltage Vcc when the switch Q3 is closed so as to deliver a control voltage Vgs3 less than or equal to the maximum control voltage VGS3MAX.

L’utilisation du dipole 40 permet ainsi d’obtenir un courant de commande Ig élevé, ce qui permet de fermer plus rapidement l’interrupteur Q3 et de limiter les pertes par commutation.The use of the dipole 40 thus makes it possible to obtain a high control current Ig, which makes it possible to close the switch Q3 more quickly and to limit the losses by switching.

Lorsque le dispositif de commande 30 reçoit sur sa borne de commande commune G un signal de commande CMD sensiblement nul, le premier transistor Q1 passe dans un état ouvert et le deuxième transistor Q2 passe dans un état fermé de sorte que le dispositif de commande 30 fournie une tension de sortie V’in sur sa borne de sortie S sensiblement nulle.When the control device 30 receives on its common control terminal G a substantially zero control signal CMD, the first transistor Q1 switches to an open state and the second transistor Q2 switches to a closed state so that the control device 30 provides an output voltage V'in on its substantially zero output terminal S.

Le courant de décharge Id lors de l’ouverture de l’interrupteur Q3 est alors défini par l’équation [Math.6]:The discharge current Id when the switch Q3 opens is then defined by the equation [Math.6]:

L’addition de la tension aux bornes de la capacité VCcf à la tension de commande Vgs3 permet d’obtenir un courant de décharge Id plus important ce qui permet de décharger plus rapidement la capacité intrinsèque Cis s et de réduire le temps de commutation à l’ouverture de l’interrupteur Q3 ainsi que les pertes par commutation associées.The addition of the voltage at the terminals of the capacitor VCcf to the control voltage Vgs3 makes it possible to obtain a greater discharge current Id which makes it possible to discharge the intrinsic capacitor C more quicklyis s and to reduce the switching time at the opening of switch Q3 as well as the associated switching losses.

En référence à la , un système d’interrupteur 100 mettant en œuvre l’invention va maintenant être décrit. Ce système d’interrupteur 100 est par exemple intégré dans un convertisseur de tension continu-continu (DC/DC) ou dans un convertisseur de tension alternatif-continu. Le convertisseur de tension comprend en outre une source de tension continue Vcc.With reference to the , a switch system 100 implementing the invention will now be described. This switch system 100 is for example integrated in a DC-DC voltage converter (DC/DC) or in an AC-DC voltage converter. The voltage converter further comprises a DC voltage source Vcc.

Le système d’interrupteur 100 comprend:

  1. un interrupteur Q3 comprenant une borne d’entrée en courant D3, une borne de sortie en courant S3 et une borne de commande G3 destinée à recevoir une tension de commande pour sélectivement ouvrir et fermer l’interrupteur Q3.
  2. un dispositif de commande 300 comprenant:
    1. une borne d’entrée E et une borne de sortie S,
    2. un premier et un deuxième transistor Q1, Q2, dans l’exemple décrit les premier et deuxième transistors Q1, Q2 sont des transistors bipolaires, le premier transistor Q1 étant un transistor bipolaire de type NPN, et le deuxième transistor Q2 étant un transistor bipolaire de type PNP. La borne collecteur c1 du premier interrupteur Q1 est connectée à la borne d’entrée E, la borne émetteur e1 est connectée à la borne émetteur e2 du deuxième interrupteur Q2, les bornes émetteur e1, e2 sont également connectées ensemble à la borne de sortie S, la borne collecteur c2 est connectée à la borne négative de la source de tension continue Vcc et à la borne de sortie de courant S3 du transistor Q3, et les bornes de commande g1, g2 des premier et deuxième transistors sont connectées ensemble en une borne de commande commune G destinée à recevoir un signal de commande du dispositif de commande 300,
    3. une deuxième résistance R connectée entre la borne de commande commune G et la borne collecteur c2 du deuxième transistor Q2.
  3. un circuit de filtrage 200 comprenant:
    1. une première résistance Raf connectée d’un côté à la borne positive de la source de tension continue Vcc et connectée de l’autre côté à la borne d’entrée E du dispositif de commande 300,
    2. une capacité Caf connectée par une de ses bornes à la borne d’entrée E et connectée par l’autre de ses bornes à la borne négative de la source de tension continue Vcc.
  4. une résistance de grille Rg,
  5. une troisième résistance Ra connectée entre la borne de commande G3 et la borne de sortie de courant S3 de l’interrupteur Q3,
  6. une diode zener Dz connectée par sa cathode à la borne de commande G3 de l’interrupteur Q3 et par son anode à la borne de sortie de courant S3, la diode zener Dz est connectée en parallèle de la troisième résistance Ra.
The 100 switch system includes:
  1. a switch Q3 comprising a current input terminal D3, a current output terminal S3 and a control terminal G3 intended to receive a control voltage to selectively open and close the switch Q3.
  2. a control device 300 comprising:
    1. an input terminal E and an output terminal S,
    2. a first and a second transistor Q1, Q2, in the example described the first and second transistors Q1, Q2 are bipolar transistors, the first transistor Q1 being an NPN type bipolar transistor, and the second transistor Q2 being a bipolar transistor of PNP type. The collector terminal c1 of the first switch Q1 is connected to the input terminal E, the emitter terminal e1 is connected to the emitter terminal e2 of the second switch Q2, the emitter terminals e1, e2 are also connected together to the output terminal S , the collector terminal c2 is connected to the negative terminal of the DC voltage source Vcc and to the current output terminal S3 of the transistor Q3, and the control terminals g1, g2 of the first and second transistors are connected together at one terminal common control G intended to receive a control signal from the control device 300,
    3. a second resistor R connected between the common control terminal G and the collector terminal c2 of the second transistor Q2.
  3. a filter circuit 200 comprising:
    1. a first resistor Raf connected on one side to the positive terminal of the DC voltage source Vcc and connected on the other side to the input terminal E of the control device 300,
    2. a capacitor Caf connected by one of its terminals to the input terminal E and connected by the other of its terminals to the negative terminal of the DC voltage source Vcc.
  4. a gate resistor Rg,
  5. a third resistor Ra connected between control terminal G3 and current output terminal S3 of switch Q3,
  6. a zener diode Dz connected by its cathode to the control terminal G3 of the switch Q3 and by its anode to the current output terminal S3, the zener diode Dz is connected in parallel with the third resistor Ra.

La résistance de grille Rg comprend la résistance due à la connexion électrique entre l’interrupteur Q3 et le dispositif de commande 300.Gate resistance Rg includes the resistance due to the electrical connection between switch Q3 and controller 300.

Le dispositif de filtrage 200 dont la capacité Caf est chargée par la source de tension Vcc à travers la première résistance Raf. Lorsqu’elle est chargée, la capacité Caf présente à ses bornes une tension Vcaf sensiblement égale à la tension délivrée par la source de tension continue Vcc.The filtering device 200 whose capacitor Caf is charged by the voltage source Vcc through the first resistor Raf. When it is charged, the capacitor Caf presents at its terminals a voltage Vcaf substantially equal to the voltage delivered by the DC voltage source Vcc.

Lorsque le dispositif de commande 300 reçoit sur sa borne de commande commune G un signal de commande CMD non nul destiné à activer ledit dispositif de commande 300, le premier transistor Q1 passe dans un état fermé et le deuxième transistor Q2 passe dans un état ouvert de sorte que le dispositif de commande 300 fournie une tension de sortie Vin sur sa borne de sortie S égale à la tension Vcaf.When the control device 300 receives on its common control terminal G a non-zero control signal CMD intended to activate said control device 300, the first transistor Q1 switches to a closed state and the second transistor Q2 switches to an open state of so that the control device 300 provides an output voltage Vin on its output terminal S equal to the voltage Vcaf.

La diode zener Dz permet d’abaisser la tension de sortie Vin en une tension de commande Vgs3 inférieure ou égale à la tension de commande maximale VGS3MAX.The zener diode Dz makes it possible to lower the output voltage Vin to a control voltage Vgs3 less than or equal to the maximum control voltage VGS3MAX.

Le courant de commande Ig est alors égal à la tension aux bornes de la capacité Vcaf divisé par la résistance de grille Rg. La capacité Caf se décharge à travers la résistance de grille Rg, de façon à fournir un courant de commande Ig permettant de charger la capacité intrinsèque Ciss de l’interrupteur Q3.The control current Ig is then equal to the voltage across the capacitor Vcaf divided by the gate resistance Rg. Capacitor Caf is discharged through gate resistor Rg, so as to supply a control current Ig making it possible to charge intrinsic capacitance Ciss of switch Q3.

Lorsque la capacité Caf est déchargée, la première résistance Raf et la résistance de grille Rg forment un diviseur de tension réduisant la tension de sortie Vin et également le courant de commande Ig.When the capacitor Caf is discharged, the first resistor Raf and the gate resistor Rg form a voltage divider reducing the output voltage Vin and also the control current Ig.

En d’autres termes, lorsque le dispositif de commande 300 reçoit un signal de commande CMD non nul destiné à activer ledit dispositif de commande 300, le circuit de filtrage 200 permet de créer une impulsion de courant permettant d’obtenir un courant de commande Ig élevé de façon à optimiser la commutation de l’interrupteur Q3 à la fermeture.In other words, when the control device 300 receives a non-zero control signal CMD intended to activate said control device 300, the filter circuit 200 makes it possible to create a current pulse making it possible to obtain a control current Ig high so as to optimize switching of switch Q3 on closing.

La présente invention n’est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits. Il sera en effet apparent à l’homme du métier que des modifications peuvent y être apportées.The present invention is not limited to the embodiments previously described. It will indeed be apparent to those skilled in the art that modifications can be made thereto.

En outre, les termes utilisés dans les revendications ne doivent pas être interprétés comme limités aux éléments des modes de réalisation précédemment décrits, mais doivent au contraire être interprétés comme incluant tous les éléments équivalents dont la prévision est à la portée de l’homme du métier appliquant ses connaissances générales.Furthermore, the terms used in the claims should not be interpreted as being limited to the elements of the embodiments previously described, but should on the contrary be interpreted as including all equivalent elements the provision of which is within the reach of those skilled in the art. applying general knowledge.

Claims (10)

Système d’interrupteur (10) comprenant:
  1. un interrupteur (Q3) comportant une borne d’entrée de courant (D3), une borne de sortie de courant (S3) et une borne de commande (G3) destinée à recevoir une tension de commande (Vgs3) pour sélectivement ouvrir et fermer ledit interrupteur (Q3),
  2. une première résistance (Ra) connectée à la borne de commande (G3) et à la borne de sortie de courant (S3) de l’interrupteur (Q3),
  3. un dispositif de commande (30) dudit interrupteur (Q3) destiné à être connectée à une source de tension continue (Vcc), ladite source de tension continue (Vcc) étant référencé par rapport à la borne de sortie de courant (S3) du troisième interrupteur (Q3),
caractérisé en ce que ledit système d’interrupteur (10) comprend en outre un dipôle (40), ledit dipôle (40) est connecté par une de ses deux bornes à ladite borne de commande (G3) et par l’autre de ses deux bornes audit dispositif de commande (30), ledit dipôle (40) comprend une capacité (Ccf) et une deuxième résistance (Rcf) connectés en parallèle entre les deux bornes du dipôle (40) et en ce que ledit dispositif de commande (30) est conçu pour connecter la source de tension continue (Vcc) à la borne de commande (G3) de l’interrupteur (Q3) par l’intermédiaire dudit dipôle (40) afin de commander à la fermeture l’interrupteur (Q3).Switch system (10) comprising:
  1. a switch (Q3) comprising a current input terminal (D3), a current output terminal (S3) and a control terminal (G3) intended to receive a control voltage (Vgs3) for selectively opening and closing said switch (Q3),
  2. a first resistor (Ra) connected to the control terminal (G3) and to the current output terminal (S3) of the switch (Q3),
  3. a control device (30) of said switch (Q3) intended to be connected to a DC voltage source (Vcc), said DC voltage source (Vcc) being referenced with respect to the current output terminal (S3) of the third switch (Q3),
characterized in that said switch system (10) further comprises a dipole (40), said dipole (40) is connected by one of its two terminals to said control terminal (G3) and by the other of its two terminals to said control device (30), said dipole (40) comprises a capacitor (Ccf) and a second resistor (Rcf) connected in parallel between the two terminals of the dipole (40) and in that said control device (30) is designed to connect the DC voltage source (Vcc) to the control terminal (G3) of the switch (Q3) via said dipole (40) in order to command the switch (Q3) to close. Système d’interrupteur (10) selon la revendication 1 dans lequel l’interrupteur (Q3) est un transistor MOSFET, ou un transistor FET de type GaN ou de type Si ou encore de type SiC.Switch system (10) according to Claim 1, in which the switch (Q3) is a MOSFET transistor, or a FET transistor of the GaN type or of the Si type or else of the SiC type. Système d’interrupteur (10) selon la revendication 2 dans lequel la valeur de la deuxième résistance (Rcf) est sensiblement égale à la valeur de la première résistance (Ra) multiplié par une constante (n), et la valeur de la capacité (Ccf) est égale à la somme (Ciss) de la capacité intrinsèque entre la grille et la source du transistor (Q3) et de la capacité intrinsèque entre la grille et le drain du transistor (Q3) divisée par ladite constante (n).Switch system (10) according to Claim 2, in which the value of the second resistor (Rcf) is substantially equal to the value of the first resistor (Ra) multiplied by a constant (n), and the value of the capacitance ( Ccf) is equal to the sum (Ciss) of the intrinsic capacitance between the gate and the source of the transistor (Q3) and of the intrinsic capacitance between the gate and the drain of the transistor (Q3) divided by said constant (n). Système d’interrupteur (10) selon la revendication précédente dans lequel la différence de tension (Vgs3) appliquée entre la borne de commande et la borne de sortie dudit interrupteur (Q3) est égale au rapport entre ladite source de tension continue (Vcc) et ladite constante (n) augmentée de un.Switch system (10) according to the preceding claim, in which the voltage difference (Vgs3) applied between the control terminal and the output terminal of said switch (Q3) is equal to the ratio between said DC voltage source (Vcc) and said constant (n) increased by one. Système d’interrupteur (10) selon l’une des revendications précédentes dans lequel le dispositif de commande (30) est destiné à connecter la source de tension continue (Vcc) à la borne de commande (G3) de l’interrupteur (Q3) par l’intermédiaire de l’association en série dudit dipôle (40) et d’une résistance de grille (Rg).Switch system (10) according to one of the preceding claims, in which the control device (30) is intended to connect the DC voltage source (Vcc) to the control terminal (G3) of the switch (Q3) via the series association of said dipole (40) and a gate resistor (Rg). Système d’interrupteur (10) selon la revendication 5 dans lequel ladite résistance de grille (Rg) comprend la résistance de connexion entre le dipôle et ledit dispositif de commande (30) et/ou la résistance de connexion électrique entre ledit dipôle (40) et ledit interrupteur (Q3).A switch system (10) according to claim 5 wherein said gate resistor (Rg) comprises the connection resistance between the dipole and said control device (30) and/or the electrical connection resistance between said dipole (40) and said switch (Q3). Système d’interrupteur (10) selon la revendication 6 dans lequel ladite première résistance (Ra) est choisie de façon à être dix fois supérieure, préférentiellement cent fois, encore plus préférentiellement mille fois supérieure à la résistance de grille (Rg).A switch system (10) according to claim 6 wherein said first resistor (Ra) is selected to be ten times greater, preferably one hundred times, even more preferably one thousand times greater than the gate resistance (Rg). Système d’interrupteur (10) selon la revendication 6 dans lequel ladite première résistance (Ra) est choisie de façon à être dix fois supérieure, préférentiellement cent fois, encore plus préférentiellement mille fois supérieure à la résistance de connexion entre le dipôle (40) et ledit dispositif de commande (30).A switch system (10) according to claim 6 wherein said first resistance (Ra) is chosen to be ten times greater, preferably one hundred times, even more preferably one thousand times greater than the connection resistance between the dipole (40) and said controller (30). Système d’interrupteur (10) selon la revendication 6 dans lequel ladite première résistance (Ra) est choisie de façon à être dix fois supérieure, préférentiellement cent fois, encore plus préférentiellement mille fois supérieure à la résistance de connexion électrique entre ledit dipôle (40) et l’interrupteur (Q3).A switch system (10) according to claim 6 wherein said first resistance (Ra) is selected to be ten times greater, preferably one hundred times, even more preferably one thousand times greater than the electrical connection resistance between said dipole (40 ) and the switch (Q3). Convertisseur de tension comprenant un système d’interrupteurs selon l’une des revendications précédentes.
Voltage converter comprising a switch system according to one of the preceding claims.
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