Brevet FR2047029A1 — publié le 19710312

t 2047029 la présente invention concerne un circuit à transistors et plus particulièrement un circuit à transistors comprenant des transistors de circuit principal et des transistors d'entrée reliés aux précédents, les transistors de circuit 5 principal étant * adaptés à assurer une fonction de commutation par application d'un signal de commande aux "bases des transistors d'entrée. • - ' D'une manière générale, lorsqu'on utilise des transistors comme éléments de commutation, il est possible de faire passer 10 ou d'arrêter un courant important par un signal de commande très petit en utilisant une connexion de Darlington, si des transistors supplémentaires sont prévus dans un étage précédent les transistors de circuit principal. Cependant, les transistors reliés de"la manière, précitée nécessitent une puissance 15 importante et il est impossible de les faire fonctionner d'une façon efficace, de sorte que, dans l'art antérieur, des sources de commande pour i'usage exclusif des transistors d'entrée ont été prévus de façon à éliminer cet inconvénient. Cependant, les transistors d'entrée des circuits de l'art 20 antérieur de ce type sont actionnés par des sources de commande dont le signal de sortie ne change pas en réponse au courant du circuit principal ; l'inconvénient de ceci consiste en une perte de puissance plus grande pendant le fonctionnement normal lorsque le courant du circuit principal varie d'une ^ manière importante ou lorsque le circuit est utilisé comme élément de commutation pour un inverseur en vue de la commande d'un moteur électrique. Par conséquent, un objet de la présente invention consiste en un circuit à transistors assurant une fonction de commutation 50 qui permet de remédier aux inconvénients de l'art antérieur. Un autre objet de la présente invention consiste en un circuit à transistors, caractérisé par une consommation de puissance réduite, une efficacité élevée et une fonction de commutation sûre. 35 Un autre objet de la présente invention consiste en un circuit à transistors dans lequel la perte de puissance est faible, même si ce circuit est soumis à une charge élevée ou à 70 22321 2047029 îEîié surcharge.. - la. caractéristique .-de base, de la présente invention consiste en un circuit à- transistors assurant une action ou fonction de commutation, laquelle est caractérisée en ce que 5 les enroulements primaires d'un transformateur de courant sont reliés dans un circuit principal, les sorties des secondaires duquel sont utilisés comme eources.de commande pour les transistors d'entrée. La forme de réalisation préférée consiste en un circuit à 10 transistors utilisant le circuit ci-dessus, cette forme préférée•étant caractérisée en ce que des courants de commande suffisants pour rendre complètement conducteurs les transistors de circuit principal sont toujours fournis aux. transistors d'entrée par des circuits à diodes en opposition. 15 Dans les dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple : .. . - la figure 1 est une vue schématique d'un circuit à transistors selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; 20 -la figure 2 est une vue schématique d'un circuit à transistors selon une autre mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 3 est un graphique montrant une caractéristique de courant du mode de réalisation de la figure 1 ; 25 - la figure 4 est une vue schématique d'un circuit à transistors selon un autre mode de réalisation de la présente invention et ; - la figure 5 est. un graphique de la variation des courants dans le temps qui est relatif au mode de réalisation représenté 30 sur la figure 4- On voit sur la figure 1 une source de puissance en courant continu E d, un. transformateur de puissance ï, un transformateur de courant G T possédant deux enroulements primaires et deux enroulements secondaires correspondants à. ces deux enroulements 35 primaires, et des transistors de commutation Tr ^ et Tr jg d'un circuit principal, le collecteur du transistor étant relié, par l'intermédiaire.d'un enroulement primaire n^ du 70 22321 3 2047029 transformateur de courant C T, à une "borne P^ du transformateur ' T, .tandis'que son électrode émettrice est reliée, par l'intermédiaire de la source de puissance continue Ed , à une borne neutre Q du transformateur T. 5 le collecteur du transistor es^ paar l'intermé diaire d'un enroulement primaire n^ du transformateur, de courant C T à une autre borne P.-, du transformateur T, et son électrode émettrice est reliée, par l'intermédiaire de la "source de puissance à courant continu Ed à la borne neutre 0 10 du transformateur T. • Sur cette figure, on a aussi représenté les transistors d'entrée Tr^ ^ et ' Le collecteur du transistor d'entrée Tr^ ^ est relié, par l'intermédiaire d'an enroulement secondaire n^ du transformateur de courant 0 T à l'électrode émettrice du 15 transistor Tr^. le collecteur du transistor d'entrée es"k relié, par l'intermédiaire d'un enroulement secondaire n^ Dans la configuration de circuit précité, si les transistors Tr^Q et ^20' susceP'ki':)l©s d'assurer une fonction de commutation, 25 sont rendus alternativement conducteurs pendant un certain intervalle de temps, par application alternative d'un signal d'entrée sur les bases des transistors d'entrée et (aux bornes g^ et g2')-"Ç[ui sont susceptibles d'assurer une action d'amplification, on induit une tension alternative sur 30 le secondaire du transformateur T. Par exemple, si le transistor devient conducteur, un courant i correspondant à un courant de charge ij^voir figure 5) passe dans l'enroulement primaire n^ du transformateur de courant G T et dans le transistor Tr^, tandis que, dans 35 l'enroulement secondaire n^ du transformateur de courant C ï, un courant i^ est induit dans un sens contre-balançant les ampère-tours de lrenroulement primaire du transformateur de 70 22321 4 2047029 courant ;.ce courant induit passe à travers le collecteur et l'émetteur du transistor d'entrée Tr^1 et la base et l'émetteur du transistor Tr^ du circuit principal. Si le rapport de transformation des enroulements primaire et 5 secondaire du transformateur de courant C T est égal à E^, le courant induit précité i^ devient fois égal au courant de circuit principal ic, c'est-à-dire que l'on a :(i^ = x ic)« Par conséquent, si le rapport de transformation est plus élevé que la valeur 1/P ^, lorsque le facteur d1amplification 10 de courant du transistor de circuit principal Tr^ q est égal à H*, la relation suivante est respectée *= Ainsi, le transistor de circuit principal Tr^ peut passer à "15 l'état complètement conducteur de la fonction dé commutation. D'une manière similaire, si la valeur du rapport de transformation K^ des enroulements primaire et secondaire n^-j et du transformateur de courant C T est choisie de façon à être plus élevée que V^2' lorS(3.ue Ie facteur d'amplification 20 de courant du transistor de circuit principal est égal à 2» le signal d'entrée étant appliqué sur la base du transistor d'entrée ^T2V "'"e "transis"tor de circuit principal devient instantanément conducteur. Par conséquent, conformément à la présente invention, il est possible de faire assurer 25 aux transistors une action de commutation à haute efficacité et à faible perte de puissance. De plus, puisque le courant induit au secondaire du transformateur de courant servant comme source de commande pour les transistors d'entrée croît et décroit en réponse à un accroissement et à une diminution du 30 courant de circuit principal de la présente invention, il n'est pas nécessaire, contrairement à l'art antérieur, de construire le circuit de façon à permettre le passage permanent d'un courant correspondant au courant de charge maximale. Ainsi, il est possible de réduire substantiellement la perte de puissance 35 par rapport aux circuits de lrart antérieur. Cependant, dans le circuit représenté sur la figure 1, puisque le courant de commande i^ pour le transistor d'entrée 70 22321 5 2047029 n'est pas donné à moins que Te courant de circuit principal i ne passe, il est nécessaire d'appliquer, en synchronisme avec le signal d'entrée sur la base du transistor d'entrée, un signal d'entrée différencié sur la base du transistor du 5 circuit principal au début du Gycle de conduction de chaque transistor ; ainsi, les moyens accessoires deviennent par conséquent complexes et résultent de ces problèmes variés. le mode de réalisation de la figure 2 surmonte les inconvénients précités et diffère du mode de réalisation 10' représenté sur la figure 1 par le fait que les diodes et sont reliées respectivement entre le collecteur du transistor d'entrée ^ et le collecteur du transistor de circuit principal T-r^Q et entre ce collecteur du transistor Tr^ et l'enroulement secondaire n.j £ du transformateur de courant 0 T, selon les 15 polarités représentées, tandis que les diodes et sont placées, respectivement, entre le collecteur du transistor d'entrée et le collecteur du transistor de circuit principal "^r20 en^re ledit collecteur du transistor et 1 'enromlement secondaire ^22 ^ransforma"keur de courant C T, 20 avec les polarités représentées. Avec cette construction, si le signal d'entrée normale de base est appliqué aux transistors d'entrée Tr^ quand il n'y a pas de courant de circuit principal i , un courant s'écoule depuis le collecteur du transistor de circuit principal Tr^ , par '25 l'intermédiaire de la diode et du transistor d'eb.tr ée Tr.j ^, jusqu'à la base du transistor Tï"-|q5 de sorte que celui-ci devient conducteur. Lorsque le transistor de circuit principal Tr^Q est devenu conducteur, le courant de commande i^ correspondant au courant de circuit principal est fourni, par l'intermédiaire 3O de l'enroulement secondaire n^ du transformateur de courant C T, au transistor d'entrée Tr^ et, en même temps, la diode est polarisée da.ns le sens du blocage, de' sorte que le courant ayant passé à travers cette électrode devient nul. De plus, afin d'amener le transistor de circuit principal 35 g a l'état complètement conducteur même lorsque le courant de circuit principal i est très important, il est nécessaire, C comme montré sur la figure 3, de fournir un courant de base i^' 70 22321 6 2047029 plus iapeEiiraffiiii? que le courant induit au secondaire i^ du transformateur de courant C T. Cependant, dans ce mode de réalisation, il est prévu une diode de sorte que lorsque la tension collecteur-électrode émettrice du transistor 5 de circuit principal îr^Q commence à s1accroître en réponse au courant de circuit principal à devenant plus important que la valeur icQ donné sur la figure 3, une tension appliquée aux bornes de la diodepolarise celle-ci dans le sens de la conduction, de sorte que cette diode D^q et le transistor 10 d'entrée peuvent donner un courant à la base du transistor de circuit principal Trde façon à le rendre complètement conducteur, le résultat de ceci est qu'un accroissement , excessif de la tension entre le collecteur et l'émetteur du transistor de circuit principal peut être supprimé, de sorte que, 15 lorsque le circuit est soumis à une surcharge transitoire ou à une charge élevée de courte durée, la perte de puissance des transistors est beaucoup moins importante que dans les circuits de l'art antérieur ou que dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1. 20 La figure 4 montre un autre mode de réalisation de la présente invention, dans lequel sont prévus des transistors de commutation Tr50' des "transis'tors Tr3i» ïr4i Tr,-,. en face des transistors de commutation Tr^„, Tret îr^, 51 30' 40 50 un transformateur T, un transformateur de courant C T, une 25 charge L,.une source de puissance à courant continu Ed, et des diodes D1 , , ..., D,^, ' . Les collecteurs des transistors ïr„„ et Tr.n sont reliés. 30 40 r respectivement, par l'intermédiaire des enroulements primaires et n^ du transformateur de courant C T, aux bornes extrêmes 30 et P^ du transformateur T, tandis que leurs électrodes émettrices sont reliées à un point commun a. Le collecteur du "transistor îr^g est relié au point" de jonction a et son émetteur est relié, par l'intermédiaire de la source de puissance à courant continu Ed.' à une borne neutre "0 de l'enroulement 35; primaixe; du transformateur T. î@ë diodies ^ «oat placées entre l'émëtteur du "fcxamsis'tox' ©t les "bbriies extrêmes correspondantes P^ et P^ 70 22321 7 2047029 du transformateur T, avec les polarités représentées, et elles forment ainsi une "boucle fermée pour le passage d'un courant d'une polarité opposée correspondant au courant de charge à travers le primaire du transformateur dans le cas où le 5 facteur de puissance de la charge est déphasé en avant ou en arrière, de telle sorte qu'il apparaît un intervalle de temps pendant lequel la polarité du courant de charge est opposée à celle de la tension de sortie, les diodes et sont reliées entre la borne neutre 0 du transformateur T et le 10 point de jonction commun a par 11intermédaire, respectivement, d'autres enroulements secondaires N,„. et n,,. du transformateur 11' ^ 11 de.courant, avec les polarités représentées, de façon à former une boucle fermée incluant les transistors et Tr^ pour le passage d'un courant correspondant à un courant de charge 15 déphasé en arrière à travers le primaire du transformateur T pendant qu'un transistor de commande de l'intervalle de conduction Tr^^ (dont l'intervalle de conduction est réglé par l'intermédiaire d'une borne g^ pendant chaque demi-cycle) est non conducteur, par exemple dans des cas où la charge possède 20 un facteur de puissance prédominant, les diodes D,_q et DgQ et Dg.j, et ' constituent des circuits à diodes en opposition , qui ont été expliqués plus haut, en référence avec le mode de réalisation de la figure 2. les éléments , D^, D^, et Tr^Q, représentés sur la figure 10, 25 ainsi que leurs fonctions ,sont décrits d'une manière plus complète dans une autre demande de brevet français (basée sur la demande de brevet Japonais ET0 46 006, déposée le 10 Juin 1969), l'-un des inventeurs de cette autre demande étant l'inventeur de la présente invention. 30 Comme expliqué plus haut, le transformateur de courant C T a des enroulements primaires U.j ^, n^ ^, ÏT^ , et n^,) ses sorties secondaires délivrées par les enroulements secondaires et ÏL- sont utilisées comme sources de commande pour les 13 transistors d'entrée "^"^O* ^an^s (3-ue -'-es au"tres sorties 35 secondaires délivrées des enromLements secondaires n^ ^ e~k n^ sont utilisées comme sources de commande pour les transistors d'entrée Tr^ et Tr^^. les spires des enroulements respectifs sont 70 22321 8 2047029 choisies de façon.à ce que » ^11* ~ ^11/2 ' n1 2 = n13 et n,,t = n. .De plus, le signe représente une 11 11/2 polarité de chaque enroulement du transformateur T et du transformateur de courant G T. 5 Dans la construction précédente, si les transistors de commutation respectifs Tr.,-., ïr et Tr.-,, sont rendus 30' 40 5° conducteurs conformément au graphique des variations de courant dans le temps de la figure 5, la relation suivante, pendant l'intervalle de temps est satisfaite entre le courant 10 de circuit principal i et les courants de commande - - des transistors respectifs i^ et i. h 5 ^l^c ~ ^12^3 + ïri31b5 * ^ 15 et, si on suppose que les impédances de charge des enroulements et sont identiques et que les nombres de spires ÎT^ e~fc sont égaux, la relation suivante est satisfaite : ib3 = ib5 = !U_ ic = !lli0 (3) 20 " 12 2lt13 Par conséquent, si les relations entre les rapports de transformation ou rapports entre le nombre de spires des enroulements N, ,, M". 0 et 3ST et les facteurs d'amplification, i i 1 \ 5 25 du courant des transistors Tr~0 et Tr._.~- sont choisis 3 5 30 50 ; d'une manière similaire à celle expliquée en référence à la figure 1, on peut obtenir la relation suivante :. 30 "C P 3~Lb3 ~ (4-> Ainsi, il est possible d'amener les transistors Tr^Q et à l'état complètement conducteur. Ensuite, pendant l'intervalle de temps ^2_tle transistor Tr^Q devient non-conducteur, de sorte que, dans le cas d'une 35 charge ayant par.exemple un facteur de puissance prédominant, un courant, correspondant au cqurant de charge prédominant i^ passe à travers 1'enroulement et la diode D^. Dans ce cas, 70 22321 9 2047029 les forces magné t pinot rie es, en raison des enroulements M" et $T.j .j ,, agissent de façon à s'équilibrer mutuellement. Cependant, les deux enroulements ont la relation réciproque B" ^ = 2 ,, de sorte que la relation suivante peut être déduite : 5 ^3 = nF1 ' lc 3 " " 12 En conséquence, le transistor Tr^g devient complètement 10 conducteur. Si l'enroulement , n'est pas relié, la valeur du courant de commande i, ^ double (i, „ = ^11 i ) ; dans ce b3 b3 c/ cas, la perte de puissance augmente et 12 de plus la vitesse de commutation du transistor Tr.*„ est lentement abaissée. 50 Dans le mode de réalisation ci-dessus, un enroulement du 15 transformateur1 de courant est relié au circuit à diode de commutation et l'apparition d'un tel inconvénient est empêché par l'utilisation de la force magnétomotrice produite par cet enroulement. De plus, bien qu'il y ait une chance d'apparition d'un 20 intervalle de temps (tg-t^) durant laquelle la polarité du courant devient inversée, en fonction des propriétés d'une charge comme expliqué plus haut, le courant de circuit principal i passant à travers la diode D ne peut pas passer, C I à ce moment, à travers un enroulement quelconque du transformateur 25 de courant C T, de sorte que pendant cette période le courant de commande i^ cesse,de sorte qu'aucun courant sur la base n'est perdu* D'une manière similaire, pendant l'intervalle de temps.t^-t^, les transistors ïr^g et Tr^g sont à l'état complètement 30 conducteur. Aussi, pendant cette période t-_t , la diode D est po- O 4 3 larisée dans He sais du blocage et le courant de circuit principal passe à travers la diode D^. Ainsi, le transistor Tï^g passe à l'état complètement conducteur. En bref,.la présente invention consiste en un circuit du 35 type dans lequel les transistors d'entrée sont reliés aux bases des transistors de circuit principal et dans lequel, par application d'une impulsion d'entrée de commande très petite sur les 70 22321 10 2047029 bases des transistors d'entrée, les transistors de circuit principal sont adaptés à exercer une fonction de commutation, ce circuit étant caractérisé par le fait que les transistors d'entrée sont commandés par les sorties du transformateur de 5 courant reliées au circuit principal ; par conséquent, en respectant la relation précitée entre les rapports d'enroulement des enroulements du transformateur de courant et les facteurs d'amplification de courant des transistors du circuit principal, il est possible de réduire la perte de puissance et d'assurer 10 une fonction de commutation d'efficacité élevée; de plus, puisque le courant des bases des transistors de circuit"principal peut être modifié en réponse au courant de circuit principal, un courant de commande qui, d'une façon suffisante, peut être minimum, s'écoule toujours, de sorte que ces transistors peuvent 15 être commandés d'une manière plus efficace. De plus, dans'une forme de réalisation préférée de l'invention, on met en oeuvre un circuit similaire à celui du circuit à transistors précité dans lequel les sorties' du transformateur de courant sont utilisées comme sources de commande pour les 20 transistors d'entrée, ce circuit étant caractérisé en ce que les diodes sont placées entre les collecteurs destransistors du circuit principal et les transistors d'entrée; par conséquent, même si les impulsions de sortie du transformateur de courant ne sont pas suffisantes pour rendre complètement conducteurs 25 les transistors de circuit principal, il est possible de faire passer le courant correspondant, en intensité, à celle d'un « courant en court circuit, par l'intermédiaire des diodes précitées, de sorte que la perte de puissance décroit comme dans le cas d'une surcharge, et il est possible, dans l'état où les 30 âgnaux de sortie du transformateur de courant ne sont pas présents , de commander les transistors d'entrée sans utiliser d'autres moyens. Bien entendu la présente invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution décrits et représentés qui n'ont été donnés 35 qu'à titre d'exemple. En particulier elle comprend tous les moyens constituantdes équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. 70 22321 n 2047029 REVENDICATIONS 1 . - Circuit à transistors pour fonction de commutation du type dans lequel des transistors d'entrée sont reliés à des transistors de circuit principal et dans lequel, par application de signaux de commande aux bases desdits transistors d'entrée, 5 lesdits transistors de circuit principal assurent cette fonction de commutation, ledit circuit à transistors étant caractérisé en ce qu'un transformateur de courant est relié audit circuit principal, les signaux de sortie dudit transformateur de courant étant utilisés comme sources de commande pour lesdits transis-10 tors d'entrée et en ce que des circuits à diodes en opposition sont insérés entre les collecteurs desdits transistors de circuit principal et les bornes de sortie dudit transformateur de courant, de façon à ce que les courants de commande soient fournis auxdits transistors d'entrée à travers les jonctions 15 en regard des diodes desdits circuits à diodes en opposition. 2. - Circuit à transistors pour fonction de commutation caractérisé en ce qu'il comprend : - un transformateur de puissance pour fournir une puissance à courant alternatif à une charge possédant une borne neutre dans 20 son enroulement primaire, - un transformateur de courant ayant deux enroulements primaires et deux enroulements secondaires, - deux transistors de circuit principal reliés en série avec lesdits deux enroulements primaires du transformateur de courant par 25 l'intermédiaire de l'enroulement primaire dudit transformateur de puissance, - deux transistors d'entrée reliés chacun en série arec l'un desdits enroulements secondaires dudit transformateur de courant . et une diode entre le point de jonction commun desdits deux tran-30 sistors de circuit principal et la base du transistor de circuit principal correspondant, lesdits transistors d'entrée étant alternativement commandés par un signal d'entrée appliqué à leur base et , - deux diodes placées chacune entre le point de jonction de 35 l'enroulement primaire du transformateur de puissance et du 70 22321 12 2047029 transistor de circuit principal correspondant et le point de jonction du transistor d'entrée correspondant et de la diode correspondante voisine qui y est reliée, de sorte que, par application d'une puissance à courant 5 continu entre ledit point de Jonction et la borne neutre du transformateur de puissance, la puissance à courant alternatif soit fournie à une charge par l'intermédiaire de l'enroulement secondaire dudit transformateur de puissance. 3. - Circuit à transistors selon la revendication 2, carac-10 térisé en ce que le rapport, de transformation ou rapports d'enroulement des enroulements primaire et secondaire du transformateur de courant est choisi de façon à être plus important que l'inverse du facteur d'amplification de courant du transistor de circuit principal.