Brevet FR2425150A1 — publié le 19791130

La présente invention est relative à des circuits com portant plusieurs transistors de puissance. Dans les circuits comportant des transistors à puissance élevée, il est classique d'utiliser deux transistors de puissance ou plus montés en parallèle de façon à obtenir les niveaux souhaités de puissance et de courant Toutefois, avec de tels circuits en parallèle,on peut rencontrer des difficultés en ce qui concerne la protection des transistors en raison du fait qu'ils ne se parta gent pas de façon égale le courant de charge. ) I1 est bien connu d'utiliser des résistances de base et/ ou d'émetteur montées en série avec les transistors, ces résistances étant choisies de manière que le courant soit réparti dans un groupe spécifique de conditions de fonctionnement. De même, lorsqu'on met au point un étage de sortie comportant des transistors en parallèle, il est usuel de les utiliser aven des caractristiques inrérieures de 10 à 50% de leurs caractéristiques nominales, afin de caExnser les désadaptations. L'invention a pour but de fournir un circuit parallèle à transistors de puissance comportant un dispositif de protection permettant de faire fonctionner de façon efficace chaque transistor. Sous sa forme la plus simple, l'invention fournit un circuit comportant plusieurs transistors de puissance en parallele et plusieurs dispositifs sensibles au courant dans chaque transistor de façon à y limiter le courant indépendamment des courants s'écoulant dans le ou les autres transistors de puissance. De préférence, le circuit comporte également un disposi tif pour faire varier la limite de courant dans chaque transistor de puissance en fonction de la tension entre le collecteur et l'émet- teur du transistor considéré de façon à assurer une limitation du type " zone à fonctionnement sur D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé sur lequel la Fig. 1 représente un circuit réalisé selon un pre mier exemple de mise en oeuvre de l'invention et, la Fig. 2 est un circuit partiel montrant une variante du circuit de l'invention. Sur la Fig. 1 on voit que le circuit représenté compor te deux transistors de puissance 10,11 de type npn montés en parallèle. En d'autres termes,leurs parcours émetteur-collecteur formentdes circuits en parallèle. Les collecteurs des transistors 10 et 11 sont reliés ensemble et connectés à une tension d'alimentation positive V+, par l'intermédiaire d'une charge 12. Les émetteurs des deux transistors 10 et 11 sont reliés à une tension d'alimentation négative V-, par l'intermédiaire de résistances 13, 14 respectives de détection de courant Les bases des transistors 10 et 11 sont reliées à une borne de commande commune 17 par l'intermédiaire de résistances de bases 15, 16 respectives. La conduction des transistors 10 et 11 est commandée par la tension régnant à la borne 17. Chaque transistor 10 et ll comporte son propre circuit de protection et de limitation de courant. Chaque circuit comprend un transistor npn 18, 19 dont l'émetteur est relié à l'alimentation négative et dont le collecteur est connecté à la base du transistor 10 ou 11 associes. La base du transistor 18 est reliée à la jonction de deux transistors 20 et 21 qui sont montés en série aux bornes de la résistance 13. De même, la base du transistor 19 est reliée à la jonction de deux résistances 22 et 23 qui sont montées en série aux bornes de la résistance 14. De plus, la base du transistor 18 est reliée par deux circuits en parallèle comportant chacun le montage en série d'une résistance 24, 25 et d'une diode zener 26,27, à la cathode d'une diode 38 dont l'anode est reliée aux collecteurs des transistors 10 et 11. De même , des résistances 28 et 29 et des diodes4 zener 30 et 31 relient la base du transistor 19 à la cathode de la diode 38. Un condensateur 39 est relié entre la cathode de la diode 38 et l'alimentation négative. Les transistors 10 et 11 sont protégés contre des surtensions au moyen d'une diode zener commune 32 connectée entre les collecteurs de ces transistors et l'alimentation négative. Grâce aux résistances 13, 20 et 21 , un signal de tension est appliqué à la base du transistor 18,et ce signal est directement proportionnel au courant d'émetteur du transistor 10 de sorte que le transistor 18 commence à conduire lorsqu'un courant prédéterminé est atteint de manière à empêcher que ce courant soit dépasse lorsque la tension aux bornes du transistor 10 est insuffisante pour provoquer la conduction de la diode zener 26 ou 27. Lorsque la-tension aux bornes du transistor 10 augmente, la diode zener 26 devient conductrice, ce qui fait augmenter le signal de tension sur la base du transistor 18 pour un courant donné dans le transistor 10. Ainsi1 la limite de courant est réduite de façon linéaire avec 1'augmenta- tion de la tension au-dessus de la tension de claquage inverse de la diode zener 26.Lorsque la tension aux bornes du transistor 10 augmente encore davantage, la diode zener 27 commence à conduire et la limite de courant diminue linéairement en utilisant une tension ayant une pente plus raide. Finalement, la tension maximale aux bornes du transistor 10 est déterminée par la diode zener 32. Le circuit de protection limite ainsi la tension et le courant du transistor aux valeurs qui sont réputées constituer la zone maximale de fonctionnement sûr de ce transistor. Ainsi, la limite initiale de courant å des faibles tensions est fixée pour garantir que le courant de fonctionnement maximal spécifié par le fabricant n'est pas dépassé. A des tensions intermédiaires (entre le claquage des diodes zener 26 et 27 > , la puissance dissipée par le transistor est limitée et a des tensions encore plus élevées, la dissipation de puissance est limitée davantage pour empêcher des effets secondaires de claquage. On peut noter que les composants qui déterminent la limite de courant pour chaque transistor 10 ou Il fonctionnent de façon indépendante pour chacun d'entre eux. Il en résulte qu'il n'est pas nécessaire de prévoir une adaptation de gain des transistors 10 et 11. Par conséquent, au cours du fonctionnement, lorsque le signal de tension appliqué à la borne 17 augmente, le transistor 10 ou 11 présentant le gain le plus élevé, est rendu conducteur en premier et supporte la pl a-;r'ae sorti du courant de charge. Lorsque la limite de courant de ce transistor est atteinte, l'autre transistor supportera une proportion plus grande du courant de charge jusqu'à ce qu'il atteigne également sa condition limite. Etant donné que les transistors 18 et 19 sont des transistors de faible puissance, il peut se trouver qu'ils présentent des carac teristiques de commutation plus rapides que les transistors de sortie qu'ils doivent protéger. Par conséquent, ils peuvent être commutes par des surtensions transitoires n'ayantaucun effet sur les transistors de sortie. Pour empêcher de telles commutations et pour maintenir la stabilité du fonctionnement, on peut prévoir des condensateurs à retard 36 et 37 associés respectivement avec chaque transistor 18 et chaque condensateur étant connecté entre le collecteur et la- base du transistor associé . Selon une variante, lorsque les transistors 10 et 18 et quelques résistances associées sont incorpores dans un circuit intégré, le condensateur 36 peut être omis et on peut alors inclure une inductance appropriée en série avec le collecteur du transistor 18 pour adapter ses caractéristiques de commutation à celles du transistor de sortie 10. La diode 38 et le condensateur 39 sont destinés à empêcher les oscillations à haute fréquence du circuit, oscillations qui pourraient résulter de différences éventuelles dans les vitesses de commutation des transistors 10 et 11. On peut constater que le principe de base de l'invention peut être appliqué à un nombre quelconque de transistors de sortie, chacun d'entre eux étant amené à fonctionner dans sa propre zone de fonctionnement sûr. I1 n'est donc pas nécessaire de faire fonctionner les transistors en dessous de leurs caractéristiques. Selon la variante de la Fig.2, le circuit de protection comporte en outre trois condensateurs 33,34 et 35. Les condensateurs 33 et 34 relient les caideS: des diodes zener 26 et 27 à la borne d'alimentation négative, tandis que le condensateur 35 relie la base du transistor 18 à la même borne. Le condensateur 35 permet d'établir une valeur transitoire plus élevée de la limite de courant à faible tension que celle qui s'établit à l'état stationnaire. Ainsi, si le circuit n'est utilisé que pour un fonctionnement par impulsions1 le cocrant peut avoir des valeurs de crête plus élevées que celles qui seraient permises par la limite de courant.De même, les condensateurs 33 et 34 admettent des crêtes de courant plus élevées dans les plages de tension moyenne et élevée, car des effets thermiques et de claquages secondaires résultant de crêtes élevées transitoires du courant ne peuvent se produire. Dans une autre variante de l'invention, une ou plusieurs des résistances 20,24 et 25 (et 22,28 et 29) peuvent être remplacées par des résistances dont la valeur est fonction de la tempera- ture afin d'assureur une zone de fonctionnement sûr qui varie avec la température. Les transistors 18 et 19 peuvent être remplacés par une paire de Darlington ou par des transistors à effet de champ. On peut également envisager un circuit dans lequel les transistors de protection sont montés en série avec les bases des- transistors de sortie,cas dans lequelces transistors de protection sont normalement conducteurs et sont rendus non conducteurs lorsque la limite de courant est dépassée. Bien entendu, des circuits similaires peuvent être conçus avec des transistors pnp . Par ailleurs les transistors de puissance peuvent être des paires de Darlington REnSDIChIIONS 1 - Circuit à transistors comportant plusieurs transistors de puissance montés en parallèle et plusieurs moyens sensibles aux courants circulant dans les transistors de puissance respectifs afin de limiter le courant dans chacun de ceux-ci indépendamment du courant qui circule dans le ou les autres transistors de puis sance. 2 - Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire varier la limite de courant de chacun des transistors de puissance en fonction de la tension régnant aux bornes du parcours collecteur-émetteur de ce transistor afin de fournir une limitation de " zone de fonctionnement ser ". 3 - Circuit suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chaque moyen sensible au coursant comprend une résistance qui est montée en série avec son transistor de puissance associé et un transistor de protection commandé par la tension régnant aux bornes de ladite résistance , ce transistor étant également connecté à la base du transistor de puissance associe pour shunter le courant de base de celui-ci lorsque la tension aux bornes de la résistance dépasse une limite prédéterminée. 4 - Circuit suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ladite résistance relie l'émetteur du transistor de puissance à un conducteur d'alimentation et en ce que le parcours collecteurémetteur du transistor de protection est relié entre la base du transistor de puissance et ledit conducteur d'alimentation, le transistor de protection étant conducteur lorsque la tension aux bornes de ladite résistance dépasse ladite limite prédéterminée. 5 - Circuit suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le transistor de protection a le même type de conductivité que le transistor de puissance,-son émetteur et son collecteur étant reliésrespectivement audit conducteur d'alimentation et à la base du transistor de puissance. 6 - Circuit suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la base du transistor de protection est reliée à un point de jonction d'un diviseur de tension à résistances connectées aux bornes de ladite résistance. 7 - Circuit suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moyen destiné à faire varier la limite de courant de chaque transistor de puissance en fonction de la tension régnant aux bornes du circuit collecteur-émetteur de ce transistor, comprend une diode zener et une résistance montées en série entre le collecteur du transistor de puissance et la base du transistor de protection associe 8 - Circuit suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une résistance supplémentaire et une diode de zener supplémentaire montées en parallèle avec ladite diode zener et ladite résistance qui sont montées en série. 9 - Circuit suivant l'une quelconque des revendications 7 ou 8 caractérisé en ce quelesmontagesen série individuels composés d'une diode zener et d'une résistance et associés avec tous les transistors de puissance sont reliés aux collecteurs de ceux-ci par une diode commune et en ce qu'un condensateur relie le point de jonction de ces montages individuels audit conducteur d'alimentation par l'intermédiaire de ladite diode. 10 - Circuit suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comprend un composant à réactance connecté au collecteur de ce transistor de protection et agissant pour ralentir la commutation de celui-ci. 11 - Circuit suivant la revendication 10, caractérisé en ce que ledit composant à réactance comprend un condensateur relié entre la base et le collecteur du transistor de protection. 12 - Circuit suivant la revendication 10, caractérisé en ce que ledit composant à réactance est une inductance reliée entre le collecteur du transistor de protection et la base du transistor de puissance. 13 - Circuit suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un condensateur relié entre la base de chaque transistor de protection et ledit conducteur d'alimentation. 14 - Circuit suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre plusieurs condensateurs reliant respectivement la jonction de chaque diode zener et sa résistance série associée au conducteur d'alimentation.