Brevet FR2534093A1 — publié le 19840406

Circuit de commande de base d'un transistor de puissance. La présente invention a trait à un circuit de commande de base d'un transistor de puissance tel que par exemple un transistor de commande d'une alimentation, d'un moteur, d'un dispositif à actionnement périodique etc D'unefaçon usuelle, un circuit de commande d'un transistor de puissance comporte un transistor de commande relié, d'une part, à la ligne d'alimentation de puissance et d'autre part, à la base du transistor de puissance par l'intermédiaire d'u M résistance, la base du transistor de commande étant soumise à l'action-de moyens de commande quelconques Si l'on tient compte de la valeur de la résis- tance nécessaire et de l'intensité traversant le transistor de commande et la résistance, qui peut atteindre facilement le 10 ème de l'intensité traversant le transistor de puis- sance, on se rend compte que la consommation d'un tel circuit dépasse notablement la consommation inhérente au transistor de puissance lui-même, de sorte que l'ensemble d'une telle alimentation entraîne une-perte de puissance non négligeable et par consé/pent, une grande consommation d'énergie Cette énergie est, de plus, transformée en chaleur, ce qui nécessite la présence de moyens d'évacuation de chaleur encombrantset onéreux. On peut envisager de diminuer la consommation en remplaçant un tel circuit de commande par une alimen- tation séparée dont la tension est adaptée à la commande de la base du transistor de puissance Cependant, une alimentation séparée est relativement complexe et onéreuse de sorte que la diminution de consommation est, au moins en partie, compensée par un accroissement du prix de revient Une autre solution consiste à utiliser un circuit Darlington qui diminue également la perte d'énergie au niveau du transistor mais présente l'in- convénient d'augmenter la perte en ligne Il est donc souhaitable de pouvoir disposer d'un circuit de commande - de transistor de puissance qui remédie à ces inconvénients et l'invention a donc pour but de fournir un tel circuit qui soit extrêmement simple et économique, qui ne consomme qu'une quantité minimale d'énergie et ne dissipe qu'une faible quantité de chaleur, tout en étant adapté à des modes de commande variés. L'invention a donc pour objet un circuit de commande d'un transistor de puissance comprenant des moyens disposés en dérivation sur la ligne d'alimentation pour piloter la base du transistor de puissance, carac- térisé en ce que la dérivation de la ligne d'alimentation passe par un transistor de commande susceptible de permet- tre et d'interrompre le passage du courant pour aboutir à l'entrée d'une self dont la sortie est reliée à la base du transistor de puissance, l'entrée de la self étant par ailleurs liée à une diode montée en opposition et reliée à la ligne de retour. Ainsi, conformément à l'invention, lorsqu'en agissant sur la base du transistor de commande, on rend celui-ci conducteur, la self est alimentée et la base du transistor de puissance se trouve amenée à un potentiel permettant de rendre celui-ci conducteur. Lorsque l'intensité traversant le transistor de puissance sera suffisante, on peut bloquer le transistor de commande, le courant de décharge de la self, dont la diode assure la continuité, maintenant le transistor de puissance conducteur pendant une durée supplémentaire suffisamment longueaprès quoi l'on rend à nouveau conducteur le transistor de puissance et ainsi de suite. Il est ainsi possible, tout en utilisant des éléments ne consommant qu'une énergie extrêmement faible, d'afficher,,sur la base du transistor de puissance, les valeurs de tension permettant son bon fonctionnement. Bien entendu, la self est conçoepour avoir une résistance faible mais on préférera utiliser une self de grande inductance Dans ce cas, pour permettre un bon fonctionnement du circuit malgré la constante de temps très importante de la self, on peutselonune caractéristi- que particulièrement avantageuse de l'invention, relier la sortie de*la selfet donc la base du transistor de puissance,à la ligne de retour par l'intermédiaire d'un transistor auxiliaire qui est bloqué lorsque l'on débloqué le transistor de commande et qui est débloqué lorsqu'on bloque ce dernier. La commande de la base du transistor de commande peut être assurée par différents moyens en fonction des conditions et des avantages d'utilisation recherchés. Ainsi dans un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, on peut mesurer l'intensité de commande, c'est-à-dire l'intensité traversant la self, et d'autre part, l'intensité du circuit de puissance, et bloquer le transistor de commande en fonction de la valeur du rapport de ces intensités avec une hystérésis sur l'inten- sité traversant la self. Dans un autre mode de mise-en oeuvre, on -peut mesurer la tension de saturation du transistor de puis- sance et la comparer à une valeur fixe avec hystérésis sur le comparateur pour piloter le transistor de commande en fonction de cette tension de saturation. Dans un autre mode de mise en oeuvre, on peut éga- lement piloter la base du transistor de commande par des moyens de séquencement extérieurs. D'autres avantages et caractéristiques de l'inven- tion apparaîtront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif et se référant aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 représente un schéma d'un circuit selon l'in- vention: Les figures 2 à 4 représentent ce circuit avec différents moyens d'actionnement du transistor de commande; La figure 5 représente le chronogramme des principaux si- gnaux observés lors du fonctionnement du circuit de la figu- re 1. En se référant à la figure 1, on voit un circuit se- lon l'invention disposé entre les deux conducteurs 1 et 2 soumis à une différence de potentiel + U, l'alimentation s'ef- fectuant à l'aide d'un générateur ou d'une source quelcon- que (non représenté) Entre les lignes 1 et 2 se trouve. connectée une charge M, par exemple un moteur à courant continu relié au collecteur C d'un transistor de puissance T dont l'émetteur E est relié à la ligne 2. p La ligne I est reliée d'autre part à l'émetteur e d'un transistor de commande Tl dont le collecteur c est re- lié à l'entrée d'une self L dont la sortie est reliée à une résistance R, elle-même aboutissant à la base B du transis- tor de puissance Tp La résistance R possède une valeur faible et peut être éventuellement constituée par la résis- tance intérieure de la self L Entre d'une part le collec- teur c de Tl et la self L, et d'autre part la ligne 2 se trouve interposée une diode D montée pour assurer la continuité du courant de décharge de la self L Enfin la base B du transistor de puissance Tp est reliée à la ligne 2 par l'intermédiaire d'un transistor T 2 dont la base peut être pilotée par tout moyen connu. Le fonctionnement du circuit sera bien compris en se reportant à la figure 5. Pour commander le transistor de puissance Tp, on allume le transistor de commande T 1, le transistor T 2 tant bloqué On voit sur le schéma II de la figure 5 Les signaux établis sur la base b du transistor T 1 et qui assurent les allumages successifs de T 1, Lorsque T 1 est allumé, l'inten- sité Ic sur le collecteur c croit lindaïtemenit comme on levoit sur la figure III, la pente étant déterminée par les valeurs de L et Uo Quand le courant Ic arrive à une valeur fixée à l'avance, on coupe T 1 de sorte qu'il s'établit un courant de décharge de la self L par la diode D Les si- gnaux électriques au niveau de la diode D prendront donc l'allure représentée sur le chronogramme IV alors que le signal du courant en passant par la self prend l'allure en dents de scie représentée sur le chronogramme V, à savoir une allure en dents de scie dont les valeurs de crête sont déterminées par 15 ondulation de courant choisie En d'autres termes, le courant de base I du transistor de puissance T possède alors une forme B P en dents de scie dont les valeurs de crête sont fixées par. 1 hystéz 6 sis. Grâce à cette configurationl-a puissmice:dssipé pour alimenter la base du transistor de puissance T est minimale. p Elle est en effet égalelors de la conduction du transistor de commande T 1, à: Vce IB + RI 2 B + VBE(Tp)I 13 o Lorsque T 1 est éteint elle,est égale à: I + VBEIB + VDIB, V représentant le potentiel collecteur-émetteur du tran- ce sistor Tl, VBE représentant le potentiel base-émetteur du transistor de puissance, et VD représentant le potentiel de diode Comme cela a déjà été précisé, R peut être de très faible valeur et peut même être constituée par la résistance propre de la self L. Conformément à l'invention, la commande de la base du transistor de commande Tl peut être effectuée de différentes manières. Par exemple en se référant à la figure 2, on voit que la base de Tl peut être commandée a priori par un modulateur 3 réglable ou non, qui impose une fréquence déterminée, régla- ble ou non, à Tl et un rapport cyclique, réglable ou non, de conduction et de blocageà Ti, les valeurs choisies déter- minant une valeur moyenne et un lissage déterminé du courant de base I. En se référant à la figure 3, on voit une commande de transistor Tl par un fonctionnement à hystérésis de la tension de saturation VCE collecteurémetteur du transistor de puissance Ainsi on détecte, par les conducteurs 4, les valeurs des tensions collecteur-émetteur du transistor de' puissance Tp pour adresser ces signaux par l'intermédiaire d'un amplificateur 5, d'un conducteur 6 et d'un comparateur 7 sur lequel on peut également afficher en 8 la référence de la tension de saturation collecteur-émetteur. En se référant à la figure 4, on voit un fonctionnement d gain constant sur le transistor de puissance dans lequel on fait une mesure de courant collecteur du transistor T par le biais d'une résistance de mesure 9 et d'un amplifi- cateur opérationnel 10, on divise ce courant par le gain choisi et on le compare dans un comparateur 7 à la mesure du courant de base I du transistor de puissance Tp, par exemple à l'aide d'une mesure aux bornes de la résistance R par l'intermédiaire d'un amplificateur opérationnel 11. En fixant une hystérésis au niveau de la comparaison, on commande l'allumage ou l'extinction de Tl pour obtenir un gain constant sur le transistor T Pour le hachagé du courant collecteur du transis- tor de puissance Tp B c'est-à-dire en d'autres termes pour la commande de fonctionnement de la charge M, on peut agir de deux façons. Ainsi on peut éteindre le transistor T 1 et atten- dre que la self L soit déchargée Dans ce cas, si l'on veut une exécution rapide des instructions de commande, il faut une constante de temps L/R faible, ce qui n'est pas favorable car la fréquence de hachage au niveau du transistor de com- mande de T 1 devient alors très importante, voire excessive, pour une hystérésis donnée, Dans ce cas, le transistor au- xiliaire T 2 est inutile et est donc supprimé. Selon la deuxième variante, on peut adopter une cons- tante de temps L/R élevée, et dériver'le courant par un tran- sistor auxiliaire T 2 La base de celui-ci est pilotée de toute façon convenable, par exemple par un asservissement ou tout autre moyen de commande On peut ainsi obtenir sans problè- me des fréquences de hachage très élevées sur le courant collecteur du transistor de puissance Tp. A titre d'exenple, l'utilisation d'un circuit de comeande selon l'invention permet de réduire de 10 à 100 fois la puissance dissipée dans un circuit de cammande classique lorsque l'on veut utiliser le tran- sistor de puissance seul en ligne (c'est-à-dire sans montage Darlington). Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'el- le n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter di- verses modifications de forme sans pour celas'éloigner ni de son cadre ni de son esprit. 8 ' REVENDICATIONS 1. Circuit de commande d'un transistor de puis- sance (Tp) comprenant des moyens disposés endérivation sur la ligne d'alimentation pour piloter la base (B) du tran- sistor de puissance (Tp), caractérisé en ce que la dériva- tion de la ligne d'alimentation passe par un transistor de commande (Tl) susceptible de permettre et d'interrompre le passage du courant pour aboutir à l'entrée d'une self (L) dont la sortie est reliée à la base (B) du transistor de puissance (T p), l'entrée de la self étant par ailleurs liée à une diode (D) montée en opposition et reliée à la ligne de retour. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dérivation comporteen plus de la résistance interne faible de la self (L), une résistance auxiliaire (R) interposée entre la self et la base (B) du transistor de puissance (Tp). 3. Circuit selon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce quepour successivement permettre et interrompre le passage du courant la base (b) du transistor de commande (Tl) est commandée par un modula- teur ( 3) imposant une fréquence déterminée et un rapport cyclique déterminé. 4. Circuit selon l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce quepour successivement permettre et interrompre le passage du courant dans le transistor de commande (T 1), on détecte les valeurs des tensions collecteur-émetteur du transistor de puissance (Tp) pour le fonctionnement hystérésis de la tension de saturation collecteur-émetteur. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce quepour successivement permettre et interrompre le passage du courant dans le transistor de commande (Tl)" on effectue une mesure du courant collecteur du transistor de puissance (T p) par le biais d'une résistance de mesure ( 9), on divise ce courant par le gain choisi et on le compare dans ui com- parateur ( 7) à la mesure du courant de base (l B) du 'tran- sistor (Tp) également mesuré, en fixant une hystérésis p au niveau de la comparaison. 6 Circuit selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que, pour hacher le courant collecteur du transistor de puissance (Tp) on éteint le transistor (T 1) et on attend que la self (L) se décharge. 7. Circuit selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que pour hacher le courant collecteur du transistor de puissance (T), un transistor p auxiliaire (T 2) est interposé entre la base (B) du transis- tor de puissance (Tp) et la ligne de retour ( 2), la base du-. dit transistor auxiliaire étantpilotée de façon convenable pour dériver à volonté le courant passant par la self (L). O,