Brevet FR2503455A1 — publié le 19821008

La présente invention concerne un circuit d'excitation de transistor et, plus particulièrement mais non exclusivement, un circuit d'excitation pour transistor haute-tension. Pour éviter d'appliquer une énergie excessive à la base d'un transistor, il est nécessaire de faire varier le courant de base en fonction du courant de collecteur et, idéalement, le rapport entre le courant de collecteur et le courant de base doit autre égal au gain saturé du transistor. Dans une disposition connue, on obtient ce résultat en prévoyant un transformateur dont l'enroulement primaire est connecté à la maille de collecteur du transistor, et dont l'enroulement secondaire est connecté entre les extrémités de la maisse base-émetteur du transistor. Cette disposition évite la nécessité d'appliquer le courant de base par l'intermédiaire d'une résistance chutrice et la perte de puissance associée à une telle résistance.Avec cette disposition, pour rendre le transistor conducteur, il suffit d'appliquer une brève impulsion positive de faible puissance à la base du transistor. Pour bloquer le transistor, il est nécessaire de dévier la totalité du courant de base direct et un courant de base inverse additionnel doit être prévu pour assurer la vitesse de blocage requise. Dans le cas où un isolement n'est pas nécessaire entre le circuit de commande du transistor et son circuit de sortie, les courants de déblocage et de blocage peuvent être appliqués directement à partir du circuit de commande à la base du transistor. En revanche, dans le cas où un isolement est nécessaire, les courants de déblocage et de blocage ne peuvent pas être appliqués directement à la base du transistor et l'invention a notamment pour objet de créer un circuit d'excitation de transistor nouveau ou perfectionné permet tant un isolement entre le circuit de commande du transistor et son circuit de sortie. Suivant l'invention, il est prévu un circuit d'excitation de transistor comprenant un transistor, un transformateur, dont l'enroulement primaire est branché dans la maille collecteur-émetteur du transistor, et dont l'enroulement secondaire est connecte entre les extrémités de la 'naisse base-émetteur du transistor, et un enroulement de commande constitué, soit par un autre enroulement dudit transformateur, soit par ltenrou- lement primaire d'un second transformateur, dont l'enrou- lement secondaire est connecté entre les extrémités de la maille base-émetteur du transistor. Pour rendre le transistor respectivement conducteur et non conducteur, des signaux de déblocage et de blocage appropriés sont appliqués à l'enroulement de commande. Etant donné que 1'enroulement de commande est isolé du circuit de sortie du transistor, le circuit de commande qui produit ces signaux est également isolé. Dans une disposition préférée, l'enroulement de commande est excité par un circuit de source de courant, celui-ci étant agencé de manière à produire une impulsion de blocage d'intensité élevée et un faible courant résiduel faisant suite à l'impulsion de blocage, et à interrompre ce courant résiduel pour rendre le transistor conducteur. L'impulsion de blocage d'intensité élevée fournit le courant d'excitation inverse nécessaire pour bloquer le transistor et, lorsque le courant résiduel est interrompu, l'énergie associée à ce courant est convertie en une impulsion d'excitation directe pour rendre le transistor conducteur. Du fait que le transistor est dé bloqué par interruption du courant résiduel, il n'est pas nécessaire d'appliquer des courants direct et inverse à l'enroulement de commande. Dans le cas où-l'enroulement de commande est constitué par l'enroulement primaire d'un second transformateur, dont l'enroulement secondaire est connecté entre les extrémités de la maille base-émetteur du transistor, une diode peut être branchée entre l'enroulement secondaire du premier transformateur et la base du transistor avec la même polarité que la maille base-émetteur du transistor. Grâce à la connexion d'une diode entre l'enroulement secondaire et la base du transistor, une tension inverse plus élevée peut être appliquée aux enroulements du premier transformateur lorsque le transistor est bloqué, ce qui permet de rendre le transistor conducteur pendant une plus grande partie de chaque cycle d'utilisation. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints, qui en représentent, à titre d'exemples non limitatifs, un mode de réalisation. Sur ces dessins La figure 1 est un schéma de montage d'un circuit d'excitation de transistor suivant l'invention; La figure 2 représente des formes d'onde apparaissant dans le circuit de la figure 1; La figure 3 représente une variente du circuit de la figure 1; La figure 4 représente une autre variente du circuit de la figure 1; La figure 5 représente une autre variante encore du circuit de la figure 1; La figure 6 est un schéma de montage d'un con- vertisseur continu-continu push-pull qui comprend une paire de circuits d'excitation de transistor du type représenté sur la figure 1, et La figure 7 est un schéma de montage d'un autre circuit d'excitation de transistor suivant l'invention. On va tout d'abord se référer à la figure 1, sur laquelle est représenté un circuit d'excitation pour untransistor 10. Le transistor 10 est un transistor NPN bipolaire haute-tension, et peut être, par exemple, un transistor Mollard du type 3UX80. Le collecteur du transistor 10 est connecté, par l'intermédiaire de l'enroulement primaire 12 d'un transformateur 14, à une borne positive 16, et son émetteur est connecté à une borne négative 18. Les bornes 16 et 18 sont reliées, en service, à des points appropriés d'un circuit dans lequel le transistor 10 est utilisé. Le transformateur 14, qui fait partie d'un circuit de base 19, est un transformateur élévateur 1:n et les extrémités de son enroulement secondaire 20 sont respectivement connectées à la base et à l'émetteur du transistor 10. Le transformateur 14 se comporte comme une maille de réaction pour appliquer un courant de base au transistor 10 à partir de son circuit de collecteur, et ledit transformateur 14 est en outre agencé de façon que son courant magnétisant soit faible par-rapport aux courants de collecteur et de base. Le rapport de transformation n est choisi égal au gain saturé le plus faible du transistor 10 dans la gamme de travail du courant de collecteur, et le courant de base est maintenu à 1/n du courant de collecteur quels que soient le courant de collec teur ou la tension d'alimentation du circuit d'excitation. Dans l'exemple considéré, le transistor 10 est calculé de manière à fonctionner avec un courant de collecteur de 9A et un courant de base de 3A. L'enroulement secondaire 20 est shunté par une résistance 22 afin d'amortir les oscillations parasites du transformateur 14, qui pourraient autrement provoquer des déblocages intempestifs du transistor 10. Le circuit de base 19 comprend un enroulement de commande 24, qui fait partie du transformateur 14, et qui est prévu, comme décrit plus loin de façon plus détaillée, pour débloquer et bloquer le transistor. Les extrémités de l'enroulement 24 sont respectivement connectées à une paire de conducteurs 26 et 28, au moyen desquels ledit enroulement est relié à un circuit de source de courant 30. L'enroulement de commande 24 et l'enroule- ment secondaire 20 sont agencés sous la forme d'un transformateur abaisseur 2:1 ou 3:1, de manière à réduire le courant que doit fournir la source de courant 30. Le circuit de source de courant 30 comprend un conducteur d'alimentation 32 à 10V, qui est connecté au conducteur 26, et un conducteur à OV, 34. Le conducteur 32 est relié, par l'intermédiaire d'une résistance 36, au collecteur d'un transistor NPN, 38, dont la base est connectée, d'une part, à la sortie d'un monostable 40 et, d'autre part, au collecteur d'un transistor NPN, 42, dont l'émetteur est relié au conducteur 34. L'émetteur du transistor 38 est connecté, par l'intermédiaire d une résistance 44, au conducteur 34, et directement à la base d'un transistor NPN, 46, dont l'émetteur est relié par l'intermédiaire d'une résistance 48, au conducteur 34, et directement à la base du transistor 42.Le collecteur du transistor 46 est connecté à un conducteur 52, lui-même relié au conducteur 28, et le collecteur du transistor 46 est également connecté à la cathode d'une diode 50, dont l'anode est reliée au conducteur 34. Lorsqu'un fort signal est appliqué à la base du transistor 38, les transistors 38, 42 et 46 se comportent, dans l'exemple considéré, comme une source de courant de 3A pour l'enroule- ment de commande 24. La diode 50 offre un chemin permettant à un courant inverse de traverser l'enroulement 24 lorsque le transistor 10 est bloqué, de manière à dissiper l'énergie accumulée dans le transformateur 14 pendant la conduction du transistor 10. Le conducteur 32 est connecté, par l'intermé- diaire d'une résistance 54, au collecteur d'un transistor NPN, 56 et à la base d'un transistor NPN, 58. Le collecteur du transistor 58 est relié au conducteur 52, et son émetteur est connecté, par l'intermédiaire d'une résistance 60, à la base du transistor 56 et, par l'intermédiaire d'une résistance 62, au conducteur 34. L'é- metteur du transistor 56 est connecté au conducteur 34. Le circuit d'excitation représenté sur la Figure I comprend un oscillateur 64 générateur d'ondes rectangulaires, dont la sortie Q est connectée à l'entrée du monostable 40, et dont la sortie Q est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance 66, à la base du transistor 56. Lorsque la sortie Q de l'oscillateur 64 devient basse, les transistors 56 et 58 se comportent, dans l'exemple considéré, comme une source de courant de 50 mA pour l'enroulement de commande 24. On va maintenant décrire le fonctionnement du circuit d'excitation représenté sur la figure 1 en se référant à la figure 2, sur laquelle la courbe A représente la sortie Q de l'oscillateur 64, et la courbe B, la forme d'onde du courant dans l'enroulement de comman de 24. Lorsque la sortie Q de l'oscillateur 64 est basse, le transistor 10 est à llétat conducteur, le courant de base étant appliqué par 1 'effet de réaction du transformateur 14. Lorsque la sortie Q de l'oscillateur 64 devient haute, le monostable 40 est déclenché, ce qui provoque le passage d'une impulsion de 3A à travers l'enroulement de commande 24, d'où il résulte que l'enroulement secondaire 20 applique une impulsion de polarisation inverse à la jonction base-émetteur du transistor 10, ce qui bloque celui-ci.Lorsque la sortie Q de l'oscillateur 64 devient haute, la sortie E devient basse et, par conséquent, un courant résiduel de 50 mA continue de traverser l'enrou- lement de commande 24 après la terminaison de l'impulsion de 3A. Lorsque la sortie Q devient basse, le courant résiduel de 50 mA est interrompu, d'où il résulte que l'é- nergie associée à ce courant est convertie par le transformateur 19 en une impulsion qui rend le transistor 10 conducteur. Il est à noter que le circuit de source de courant 30 et l'oscillateur 64 sont isolés par le transformateur 14 du circuit de sortie du transistor 10. En outre, du fait que le transistor 10 est rendu conducteur par l'interruption du courant résiduel de 50 mA dans l'enroulement 24, il n'est pas nécessaire de prévoir une alimentation en tension de polarité double pour l'enroulement de commande 24. On va maintenant se référer à la figure 3, sur laquelle est représentée une variante du circuit de base 19, dans laquelle les éléments identiques, ou correspondant à des éléments de la figure 1 sont désignés par les mêmes références numériques que sur celle-ci mais précédées du chiffre "1". Dans le circuit de la figure 3, l'enroulement de commande 124 est connecté, par l'inter médiaire d'une bobine d'induction 101, au conducteur 128, le noeud entre l'enroulement 125 et la bobine d'induction 101 étant relié à la cathode d'une diode zener 102. L'anode de la diode zener 102 est connectée à l'anode d'une diode 103, dont la cathode est reliée au conducteur 128. La bobine d'induction 101 accumule de l'énergie au cours de la première partie du blocage du transistor 110 et cette énergie est libérée au cours de la seconde partie dudit blocage, sous la forme d'une impulsion de tension inverse de valeur élevée appliquée à la jonction base-émetteur du transistor 110. Cette impulsion inverse provoque un percement de cette jonction et un achèvement rapin de de la seconde partie du blocage. La diode zener 102 est prévue pour empêcher la bobine d'induction 101 d'interférer avec la première partie du blocage. On va maintenant se référer à la figure 4, sur laquelle est représentée une autre variante-du circuit de base 19; dans cette variante, les éléments identiques, ou correspondant à des éléments de la figure 1 sont désignés par les mêmes références numériques que sur celles-ci mais précédées du chiffre "2". Dans cette variante, l'enrou- lement secondaire 220 est connecté à l'anode d'une diode 201, dont la cathode est reliée au collecteur du transistor 210. En outre, l'enroulement 220 est connecté à la base du transistor 210 par l'intermédiaire d'une paire de diodes 202 et 203 montées en parallèle et ayant des polarités opposées. Les diodes 201 et 202 empêchent le transistor 210 d'être porté à une forte saturation, car le courant de base est dévié à travers la diode 201 avant que cela se produise.La diode 203 offre un chemin au courant de base inverse pendant le blocage. Etant donné que la durée du blocage est augmentée par la saturation forte, la variante représentée sur la figure 4 doit être utilisée lorsqu'on désire éviter une telle augmentation de la durée du blocage. On va maintenant se référer à la figure 5, sur laquelle est représentée une autre variante du circuit de base 19; dans cette variante, les éléments identiques, ou correspondant à des éléments de la figure 1 sont désignés par les mêmes références numériques que sur celle-ci mais précédées du chiffre 3. Dans le circuit de la figure 5, l'enroulement secondaire 320 est connecte, à l'anode d'une diode 301, dont la cathode est reliée à la base du transistor 310. La diode 301 permet l'établissement d'une tension inverse beaucoup plus élevée sur les enroulements du transformateur 314 au cours du temps de blocage du transistor, en augmentant la vitesse de décroissance du flux magnétique qui s'établit au cours du temps de conduction, ce qui augmente la proportion du temps de conduction possible pendant chaque cycle d'utilisation. On considère que ce circuit permet au moins 9596 de temps de conduction au cours de chaque cycle d'utilisation. Lorsqu'on utilise cette variante, on peut également modifier l'oscillateur 64 de manière à assurer un temps de conduction plus long. Etant donné que la diode 301 empêche une excitation inverse d'être appliquée par l'intermédiaire de l'en- roulement secondaire 320, dans le circuit de la figure 5 l'enroulement de commande 324 forme l'enroulement primaire d'un transformateur 303. L'une des extrémités de l'enrou- lement secondaire 304 du transformateur 303 est connectée à l'émetteur du transistor 310, et son autre extrémité est reliée à l'anode d'une diode 305, dont la cathode est con néctée à la base du transistor 310. La diode 305 est shuntée par deux diodes 306 et 307 de polarité opposée à la sienne. Les diodes 306 et 307 empêchent le courant de ba se de traverser l'enroulement 304, et la diode 305 offre un chemin à l'impulsion de déblocage. On va maintenant se référer à la figure 6 sur laquelle est représenté un convertisseur continu-continu push-pull à mode commuté. Ce convertisseur comprend une paire de conducteurs d'entrée de courant continu positif et négatif 401 et 402. Le conducteur 401 est connecté au collecteur d'un transistor NPN bipolaire haute-tension 510, dont l'émetteur est relié au collecteur d'un autre transistor bipolaire NPN haute-tension 610. L'émetteur du transistor 610 est connecté au conducteur 402. Le conducteur 401 est également relié, par l'intermédiaire d'une paire de condensateurs 403 et 404, au conducteur 402. L'émetteur du transistor 510 est relié, par l'intermédiaire de l'enroulement primaire 405 d'un transformateur 406, au noeud entre les condensateurs 403 et 404. L'une des extrémités de l'enroulement secondaire 407 du transformateur 406 est connectée à l'anode d'une diode 408, dont la cathode est reliée, par l'intermédiaire d'une bobine d'induction 410, à un conducteur de sortie de courant continu positif 411. L'autre extrémité de l'enroulement 407 est reliée à l'anode d'une diode 409, dont la cathode est connectée à celle de la diode 408. Une prise médiane de l'en- roulement 407 est reliée à un conducteur de sortie de courant continu négatif 412, et les conducteurs 411 et 412 sont reliés entre eux par un condensateur de filtrage 413. Le convertisseur comprend également un oscillateur 414 générateur d'ondes rectangulaires, qui excite le transistor 510 par l'intermédiaire d'un monostable 415, d'un circuit de source de courant 530 et d'un circuit de base 519, et qui excite le transistor 610, en déphasage avec le transistor 510, par l'intermédiaire d'un monostable 416, d'un circuit de source de courant 630 et d'un circuit de base 61 & Les circuits de source de courant 530 et 630 sont identiques au circuit de source de courant 30 représenté sur la figure 1, et les circuits de base 519 et 619 sont identiques au circuit de base 19. En fonctionnement, les transistors 510 et 610 sont rendus conducteurs alternativement et le courant de sortie est transmis alternativement par l'intermédiaire des diodes 408 et 409. On va maintenant se référer à la figure 7, sur laquelle est représenté un circuit d'excitation pour un transistor NPN bipolaire haute-tension 710. Le collecteur du transistor 710 est connecté à une borne positive 712, et son émetteur est relié, par l'intermédiaire de ltenroulement primaire 714 d'un transformateur 716, à une borne négative 718. En service, les bornes 712 et 718 sont branchées en des points appropriés d'un circuit dans lequel le transistor 710 est utilisé. Les extrémités de l'enroulement secondaire 720 du transformateur 716 sont respectivement connectées à la base et à l'émetteur du transistor 710. Les enroulements primaire et secondaire 714 et 720 sont agencés de manière à former un transformateur élévateur de tension. Les enroulements 714 et 720 jouent le ralle de maille de réaction pour appliquer un courant de base au transistor 710 à partir de son circuit d'émetteur. Le transformateur 716 est également muni d'une paire d'enroulements de commande 722 et 724. L'enroulement 722 est associé à un circuit de déblocage 726, et l'enroulement 724, à un circuit de blocage 728. Le circuit de déblocage 726 est muni d'une borne de sortie 730, connectée à l'entrée de non-inversion d'un amplificateur opérationnel 732 du type CA3130. L'entrée d'inversion de l'amplificateur 732 est reliée au noeud entre deux résistances 734 et 736 montées en série entre un conducteur à 8V et la masse. La sortie de l'amplifica- teur 732 est connectée, par l'intermédiaire d'une résistance 738, au conducteur à 8V et, par l'intermédiaire d'une résistance 740, à la base d'un transistor NPN, 742. Le collecteur du transistor 742 est relié, par l'intermédiaire d'une résistance 744, au conducteur à 8V, et son émetteur est connecté à la masse.Le collecteur du transistor 742 est également connecté, par l'intermédiaire d'une résistance 746, à la base d'un transistor NPN, 748 dont l'émetteur est connecté, par l'intermédiaire d'une paire de diodes zener 750 et 752, à la masse, à laquelle ledit collecteur est également connecté par l'intermédiaire d'une diode 754. Le collecteur du transistor 748 est en outre relié, par l'intermédiaire d'une résistance 756, à l'une des extrémités de l'enroulement 722, dont l'autre extrémité est connectée à un conducteur à 12 V. Dans le circuit de blocage, le collecteur du transistor 742 est connecté, par l'intermédiaire d'un condensateur 760 et d'une résistance 761, au conducteur à 8V, et le noeud entre le condensateur 760 et la résistance 761 est relié à la base d'un transistor NPN, 762. L'émetteur du transistor 762 est connecté à la masse, et son collecteur est relié, par l'intermédiaire d'une résistance 764, au conducteur à 8V et, par l'intermédiaire d'un condensateur 766 et d'une paire de résistances 768 et 770, à la masse. Le noeud entre les résistances 768 et 770 est connecté à l'en- trée de non-inversion d'un amplificateur opérationnel 772 du type CA3130.La sortie de l'amplificateur 772 est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance 774, à la base d'un transistor NPN, 776, dont le collecteur est connecté, par l'intermédiaire d'une résistance 778, au conducteur à 12V, et dont l'émetteur est mis à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 780. L'émetteur du transistor 776 est en outre connecté à la base d'un transistor NPN, 782, dont l'émetteur est relié, par l'intermédiaire d'une résistance 784, à la masse et, par l'intermédiaire d'une résistance 786 et d'un condensateur 788 montés en parallèle, à l'entrée d'inversion de l'amplificateur 772. Le collecteur du transistor 782 est connecté à la cathode d'une diode 790, dont l'anode est mise à la masse.Enfin, le collecteur du transistor 782 est relié à l'une des extrémités de l'enroulement de commande 724, dont l'autre extrémité est connectée au conducteur à 12V. En fonctionnement, un signal de forme d'onde rectangulaire est appliqué à la borne d'entrée 730. Il y a lieu de préciser que le rapport travail-repos de ce signal correspond au rapport désiré entre le temps de blocage et le temps de conduction du transistor 710. Lorsque le signal de forme d'onde rectangulaire devient bas, la sortie de l'amplificateur 732 devient basse, ce qui bloque le transistor 742 et ce qui débloque le transistor 748, en appliquant ainsi une impulsion de déblocage à la jonction base-émetteur du transistor 710. Lorsque le signal de forme d'onde rectangulaire devient haut, la sortie de l'amplificateur 732 devient haute, ce qui rend conducteur le transistor 742. Lorsque cela se produit, le transistor 762 se bloque pour une période déterminée par la résistance 761 et le condensateur 760, et une impulsion positive est appliquée à l'entrée de non-inversion de l'amplificateur 772. Lorsqu'un signal haut est appliqué à cette entrée de l'amplificateur 772, celui-ci se comporte, conjointement avec les transistors 776 et 782, comme une source de courant. En conséquence, une impulsi n de courant est appliquée à l'enroulement de commande 724, ce qui provoque l'application d'une impulsion de courant inverse à la jonction base-émetteur du transistor 710 en bloquant ainsi ce dernier. REVENDICATIONS 1) Circuit d'excitation de transistor, caractérisé en ce qu'il comprend un transistor, un transformateur, dont l'enroulement primaire est branché dans la maille collecteur-émetteur du transistor, et dont l'enroulement secondaire est relié aux extrémités de la maisse baseémetteur du transistor, et un enroulement de commande c constitué, soit par un autre enroulement dudit transformateur, soit par l'enroulement primaire d'un second transformateur, dont l'enroulement secondaire est relié aux extrémités de la maille base-émetteur du transistor. 2) Circuit d'excitation de transistor suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'enroulement de commande est excité par un circuit de source de courant, celui-ci étant agencé de manière à produire une impulsion de courant intense de blocage et un faible courant résiduel faisant suite à cette impulsion, et à interrompre ce courant résiduel pour rendre le transistor conducteur. 3) Circuit d'excitation de transistor suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend une bobine d'induction montée en série avec l'en- roulement de commande. 4) Circuit d'excitation de transistor suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'une des extrémités de l'enroulement secondaire est connectée à la base du transistor par l'intermédiaire d'une première diode ayant la même polarité que la maille base-émetteur du transistor, ladite extrémité étant reliée à la base du transistor par l'intermédiaire d'une deuxième diode ayant une polarité inverse de celle de la première, et ladite extrémité étant connectée au collecteur du transistor par l'intermédiaire d'une troisième diode ayant la même polarité que la première. 5) Circuit d'excitation de transistor suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'enroulement de commande est constitué par l'enroule- ment primaire d'un second transformateur, dont l'enrou- lement secondaire est relié aux extrémités de la maille base-émetteur du transistor, et en ce qu'au moins une diode est connectée entre l'enroulement secondaire du premier transformateur et la base du transistor avec la même polarité que la maille base-émetteur du transistor. 6) Circuit d'excitation de transistor suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu une paire d'enroulements de commande, dont le premier est excité par un circuit capable de produire une impulsion de déblocage, et dont le second est excité par un circuit capable de produire une impulsion de blocage.