BE852191A - Dispositif de commande pour transistor de puissance - Google Patents

Description

  Dispositif de commande pour transistor

  
de puissance  La présente invention concerne un dispositif

  
pour commander des transistors de puissance utilisés

  
en régime de commutation.

  
Pour pouvoir utiliser des transistors de puissance comme commutateurs en électrotechnique, il est nécessaire de les protéger contre tous les effets pouvant les détruire, tels que surintensités, premier et deuxième

  
 <EMI ID=1.1> 

  
L'invention a pour objet un dispositif pour commander les bases de transistors de puissance tout

  
en assurant une protection automatique et rapide contre ces effets nuisibles.

  
D'après le choix des constituants, le circuit et

  
ses variantes permettent la mise en parallèle et l'utilisation de transistors de puissance de différents types, de haute ou de basse tension.

  
Le dispositif suivant l'invention comprend un

  
étage de puissance fournissant le courant de base au transistor de puissance et un étage de logique de commande, celui-ci se caractérisant en ce qu'il comprend un premier

  
 <EMI ID=2.1> 

  
collecteur connecté à l'émetteur du premier transistor, un troisième transistor ayant son collecteur 

  
connecté à la base du deuxième transistor, le troisième transistor recevant sur sa base un signal de commande ; un circuit connecté entre la base du premier transistor et le collecteur du troisième transistor pour mettre en conduction le premier transistor pendant un temps prédéterminé pour permettre à la tension collecteur-émetteur du transistor de puissance d'atteindre une valeur inférieure à un seuil critique déterminé, la base du premier transistor étant connectée au collecteur du transistor de puissance par l'intermédiaire d'une résistance en série avec au moins une

  
diode orientée avec sa cathode connectée au

  
collecteur du transistor de puissance ; et un circuit connectant une impédance entre le collecteur du premier transistor et la base du troisième transistor

  
afin d'imposer un temps de conduction minimum audit troisième transistor et par conséquent au transistor

  
de puissance.

  
Le domaine d'application s'étend à toutes les familles de montages à commutation forcée utilisés en électrotechnique, c'est-à-dire hacheurs, chargeurs de batteries, onduleurs pour machines à courant alternatif, alimentations de secours et de sécurité, chauffage par induction, variateurs de tension, régulateurs de courant, etc.

  
Un mode de réalisation du dispositif de commande suivant l'invention va être décrit ci-après à titre d'exemple nullement limitatif en se référant aux dessins joints sur lesquels :
- la figure 1 est un schéma d'un mode de réalisation du dispositif de commande conforme à l'invention ;
- la figure 2 est un schéma simplifié d'un circuit de protection associé à un transistor de puissance ;
- les figures 3 et 4 sont des diagrammes montrant des courbes caractéristiques du fonctionnement du transistor de puissance commandé ;
- la figure 5 est un schéma d'un convertisseur auquel est appliqué le dispositif de commande suivant l'invention.

  
 <EMI ID=3.1> 

  
de puissance dont le courant de base doit être commandé par le circuit de commande suivant l'invention. Le transistor Tp représente un transistor de puissance unique ou plusieurs transistors de puissance connectés en parallèle.

  
Le courant de base du transistor Test fourni par un étage de puissance constitué par les transistors

  
 <EMI ID=4.1> 

  
mentaires, connus en soi, cet étage de puissance étant commandé par un étage de logique comprenant les transis-

  
 <EMI ID=5.1> 

  
de commande appliqué à l'entrée de commande A.

  
Les transistors T3 et T4 fournissent un courant de

  
 <EMI ID=6.1> 

  
blocage, ce qui assure une extinction plus rapide du courant de collecteur de celui-ci.

  
L'ensemble du dispositif de commande est alimenté par les sources de tension continue V+ et V-.

  
 <EMI ID=7.1> 

  
remplacés chacun par un nombre différent de transistors selon la valeur du courant de base à fournir au transistor

  
 <EMI ID=8.1> 

  
marché. 

  
Une partie du courant de base destiné au transistor T2 est déviée par les diodes 1 et 2. On obtient ainsi une commande de base progressive adaptant le courant de base au courant de collecteur. Ceci limite la consommation de courant de base, permettant ainsi une économie considérable sur la source d'alimentation du circuit de commande des bases. De plus, ce système

  
de contrôle de l'état de saturation du transistor de puissance améliore les performances au blocage du transistor. Si la commande progressive du courant de base n'est pas désirée (par exemple afin d'obtenir la plus petite valeur possible pour la tension de saturation

  
 <EMI ID=9.1> 

  
dispose de diodes qui peuvent tenir une tension suffisante, la diode-3 peut également être omise, ou, dans le cas contraire, on peut ajouter des diodes en série. Dans le premier cas les résistances de répartition 4 et 5 peuvent également être omises.

  
La valeur maximale du courant de base du transistor Tp est déterminée par la résistance 6. Lorsque le tran-

  
 <EMI ID=10.1> 

  
enclenchement, on ajoutera le condensateur 7 connecté entre la résistance 6 et la masse (oV).

  
Le dispositif de commande suivant l'invention comprend des moyens de protection dont l'action est

  
basée sur la détection d'une valeur critique de la tension collecteur-émetteur du transistor T . Ces moyens comprennent essentiellement les résistances 8 et 9

  
 <EMI ID=11.1> 

  
le transistor T est conducteur et lorsque sa tension collecteur-émetteur est suffisamment basse, le transistor T5 reste conducteur par l'intermédiaire des diodes 2

  
 <EMI ID=12.1> 

  
la mise en conduction du transistor T5 est assurée par le circuit comprenant le condensateur 10, la résistance
11 et la diode 12. Le transistor T5 est nécessaire car si on le remplace par un court-circuit, la fonction de protection n'est plus assurée. La diode 12 empêche que la charge du condensateur 10 ne maintienne le transistor

  
 <EMI ID=13.1> 

  
T7. Lorsque la tension collecteur-émetteur du transistor

  
 <EMI ID=14.1> 

  
plus saturé et les transistors T3-T4 de l'étage de puissance imposent un courant de base négatif qui bloque le transistor T . Ce circuit détecte ainsi automatiquement une valeur critique de la tension collecteur-émetteur

  
 <EMI ID=15.1> 

  
tion automatique, rapide et auto-réarmante contre les surintensités. Cette protection permet d'utiliser le

  
 <EMI ID=16.1> 

  
extrêmes. De plus, lorsque plusieurs transistors de puissance sont connectés en parallèle, cette mise en parallèle peut se faire sans éléments de répartition passifs à la condition de prendre soin d'avoir,une bonne connexion électrique entre les émetteurs, les bases et les collecteurs de ces transistors.

  
La présence des moyens de protection décrits cidessus produit lors de l'enclenchement du transistor

  
 <EMI ID=17.1> 

  
du condensateur 10. Ce temps mort représente l'intervalle de temps durant lequel une valeur excessive de la tension

  
 <EMI ID=18.1> 

  
coupure du courant de base. Le choix de la longueur du temps mort dépend du transistor T utilisé et du circuit dans lequel le transistor est utilisé.

  
Un circuit de rétroaction est prévu pour contrôler les temps minimum de conduction et de blocage du transistor de puissance commandé. Dans l'exemple illustré ce circuit comprend la résistance 13 et le condensateur
14 connectant une impédance entre le collecteur du

  
 <EMI ID=19.1> 

  
immédiatement après application, même pendant un temps très court, d'une impulsion de commande suffisante pour rendre le transistor T7 conducteur, celui-ci sera maintenu

  
 <EMI ID=20.1> 

  
avant l'écoulement de ce temps minimal. Un phénomène analogue se produit lors de la suppression même très courte de l'ordre de commande appliqué à la base du transistor T7. Lorsque l'on augmente la valeur de cette impédance de rétroaction jusqu'à la rendre pratiquement infinie, on obtient des temps minimum de conduction et de blocage se rapprochant de zéro. La.présence de l'impédance de rétroaction permet entre autre l'exploitation de transistors à des tensions collecteur-émetteur supérieures à la tension collecteur-émetteur limite

  
 <EMI ID=21.1> 

  
émetteur avec base non connectée) mais inférieures à l'autre tension limite collecteur-émetteur normalisée

  
 <EMI ID=22.1> 

  
de base négative). Cette exploitation spéciale conditionne le dimensionnement du circuit de protection du transistor Tp lors du déclenchement. Ce circuit de protection comprend habituellement une résistance (R), une diode
(D) et un condensateur (C) montés comme montré à la figure 2. Le dimensionnement du circuit de protection et la conception du circuit de commande du courant de base suivant l'invention doivent être effectués en tenant compte de conditions particulières que l'on va énoncer brièvement ci-dessous.

  
Supposant que le circuit de puissance dans lequel

  
 <EMI ID=23.1> 

  
un courant jusqu'à ce que la tension collecteurémetteur VCE ait atteint une valeur Ub, les conditions à respecter sont les suivantes :  <EMI ID=24.1> 

  
ne peut être supérieure au courant de fuite du transistor bloqué lorsque la tension collecteur-émetteur VCE dépasse VCEO car cela pourrait entraîner le passage en avalanche du semiconducteur ; la valeur du condensateur C doit donc être choisie de façon que le courant  <EMI ID=25.1>  empêcher tout blocage tant que la tension aux bornes du condensateur C n'a pas atteint un niveau nettement inférieur à VCEO (voir diagramme de la figure 4). Dans

  
 <EMI ID=26.1> 

  
un courant sous une,tension supérieure à VCEO et entrera probablement en avalanche ; ceci est obtenu en choisissant le temps de conduction minimal, déterminé par l'impédance du circuit 13-14, égal au temps

  
 <EMI ID=27.1> 

  
conduction accidentelle (par exemple par un parasite, même très court, sur la ligne de commande), le circuit de commande du courant de base garde le transistor conducteur pendant le temps nécessaire pour décharger suffisamment le condensateur de protection C.

  
Un exemple d'application du circuit à contrôle

  
des temps minimum de conduction et de blocage du transistor Tp est constitué par le convertisseur pour l' alimentation de moteurs à partir du réseau 380 V dont le schéma est donné à la figure 5.

  
Ce convertisseur comprend les différentes parties décrites ci-après :
(a) un pont redresseur triphasé 51 avec inductance de <EMI ID=28.1> 

  
de tension continue Ub,
(b) un hacheur 52 asservi en courant, pouvant fonctionner <EMI ID=29.1>  toujours le même signe et la tension de sortie IL

  
 <EMI ID=30.1> 

  
doivent être capables de résister aux effets de commu-

  
 <EMI ID=31.1> 

  
être commandés par un circuit de commande de base conforme à l'invention (Figure 1);
(c) un onduleur de courant 53,qui, alimenté par une <EMI ID=32.1> 

  
 <EMI ID=33.1> 

  
 <EMI ID=34.1> 

  
étant connectés à une source de courant ne sont pas sollicités par des surcharges dues à dec effets de diodes de roue libre. On peut donc utiliser sans inconvénient

  
 <EMI ID=35.1> 

  
mentation. Ces transistors seront alors commandés par

  
des dispositifs de commande de courant de base conformes au montage de la figure 1 avec circuit de contrôle du temps de conduction minimal.

  
Le circuit de commande selon l'invention comprend encore un moyen d'indication de L'état (bloqué ou passant) du transistor T . Cette indication est entre autres choses utile dans les applications où deux transistors

  
ne peuvent être simultanément conducteurs. C'est notamment le cas dans un onduleur alimenté en tension.

  
L'indication sur l'état du transistor de puissance

  
 <EMI ID=36.1> 

  
15 et les diodes 3 et 2.

  
 <EMI ID=37.1> 

  
tension collecteur-émetteur est basse et le transistor

  
 <EMI ID=38.1> 

  
tance 15 ; lorsque le transistor T est bloqué, le transistor Tg n'est plus saturé. La sortie B sur la figure 1

  
 <EMI ID=39.1> 

  
On peut connecter la sortie B du circuit de la figure 1 à l'entrée de commande A du circuit de commande d'un second transistor de puissance par l'intermédiaire d'un dispositif de couplage (non montré) inhibant <EMI ID=40.1> 

  
est saturé et autorisant l'application d'un signal de commande à ladite entrée de commande A lorsque le tran-

  
 <EMI ID=41.1> 

  
En interconnectant ainsi les circuits de commande des deux transistors de puissance on empêche- donc que ces deux transistors ne soient simultanément conducteurs.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif de commande du courant de basé d'un transistor de puissance comprenant un étage de puissance

   et un étage de logique, caractérisé en ce que l'étage de logique comprend : <EMI ID=42.1>

   un signal de commande ;

   - un circuit connecté entre la base du premier transistor <EMI ID=43.1>

   prédéterminé pour permettre à la tension collecteurémetteur du transistor de puissance d'atteindre une valeur inférieure à un seuil critique déterminé, la base <EMI ID=44.1>

   résistance(8}en série avec au moins une diode (3, 4) orientée avec sa cathode connectée au collecteur du transistor de puissance ; et

   - un circuit connectant une impédance entre le collecteur <EMI ID=45.1>

   transistor de puissance. 2. Dispositif selon la revendication.1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une diode (1,2) connectée entre l'entrée de l'étage de puissance et le collecteur du transistor de puissance, cette diode étant orientée

   avec sa cathode connectée audit collecteur du transistor de puissance.

   3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le-circuit pour saturer le premier transistor pendant un temps prédéterminé comprend un condensateur

   (10), une résistance (11) et une diode (12) connectés en série, la diode étant orientée avec sa cathode connectée au collecteur du troisième transistor (T ).

   4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit imposant un temps de conduction

   <EMI ID=46.1>

   sistance et un condensateur en série.

   5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit imposant un temps de conduction minimum au troisième transistor (T7) comprend une impédance de valeur pratiquement infinie.

   6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre

   <EMI ID=47.1>

   base un signal représentatif de la tension collecteurémetteur du transistor de puissance, ce transistor étant connecté en sorte d'être bloqué lorsque ladite tension collecteur-émetteur dépasse un seuil prédéterminé.

   7. Dispositif de commande de courant de base en substance tel que décrit plus hàut et illustré à la figure 1.

   8. Convertisseur de courant en substance tel que décrit plus haut et illustré à la figure 5.