Brevet FR2538640A1 — publié le 19840629

INTERRUPTEUR HAUTE TENSION A SEMI-CONDUCTEURS 1 L'invention se rapporte aux interrupteurs haute- tension à semi-conducteurs et notamment à un tel inter- rupteur analogique dans lequel une paire de transistors à effet de champ, connectés en série, sont rendus conduc- teurs par un générateur photovoltaïque et bloqués par un photocoupleur L'invention est particulièrement intéres- sante pour un équipement de test automatique de circuits intégrés. Dans les équipements de test automatique pour circuits intégrés, et autres composants électroniques, des circuits interface (électroniques de connecteurs) sont reliés aux broches ou autres connecteurs du dispositif électronique testé Par l'intermédiaire de ces connec- teurs, on applique des signaux de stimulation au disposi- tif testé, et l'on détecte et mesure des signaux de sortie provenant de ce dispositif testé Habituellement, les signaux de stimulation représentent des états logiques ou des courants ou tensions analogiques que l'on désire appliquer en parallèle au dispositif testé, les signaux de sortie résultant étant aussi détectés en parallèle Dans les systèmes connus, la commutation des émetteurs et des comparateurs aux connecteurs du dispositif testé est effectuée grâce à des relais mécaniques classiques. L'utilisation de tels relais dans les équipements de test automatique présente de nombreux inconvénients, principalement du fait que ces relais fonctionnent à des vitesses de commutation relativement faibles Ce temps de commutation, de l'ordre de centaines de microsecondes, -2- 1 résulte en un temps mort relativement important pour l'équipement de test automatique Dans certains équipe- ments, environ la moitié du temps mort est due au temps de commutation des relais. L'invention a pour objet un interrupteur haute tension à semi-conducteurs ayant des caractéristiques de fonctionnement meilleures que celles des relais utilisés précédemment dans les équipements de test automatique. Selon l'invention, un interrupteur pour connecter sélectivement une borne d'entrée à une borne de sortie, comprend un premier un deuxième transistor ayant chacun une grille, une source et un drain, la borne d'entrée étant connectée au drain du premier transistor, et la borne de sortie étant connectée au drain du deuxième transistor Les grilles des transistors sont connectées à une premier point et les sources des transistors à un deuxième point Un générateur photovoltaïque est connecté entre le premier et le deuxième point pour établir une différence de potentiel entre ces deux points en réponse à un premier signal Des moyens de photocouplage sont connectés entre le premier et le deuxième point pour relier ces deux points en réponse à un deuxième signal. Dans l'interrupteur de l'invention, deux transis- tors MOS à effet de champ sont rendus conducteurs par un générateur photovoltaïque et bloqués par un photo- coupleur L'invention nécessite seulement une alimenta- tion à basse tension pour rendre passantes des diodes photoémissive (LED) utilisées pour commander le générateur photovoltaïque et le photocoupleur Comme l'interrupteur lui-même est monté flottan tsans liaison avec la terre ou l'émetteur d'entrée, il y a très peu de pertes et un isolement important est réalisé entre l'entrée et la sortie De plus, aucune alimentation externe à haute tension n'est nécessaire pour la polarisation L'inven- tion peut être réalisée sous forme d'un module compatible, borne pour borne, avec le relaisqu'il remplace tout en possédant une vitesse de -3 1 commutation considérablement plus élevée On réduit ainsi de façon substantielle le temps mort d'un équipement de test qui utilise ce type d'interrupteurs. On va maintenant décrire plus en détail un mode -5 de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est un schéma d'un mode de réalisation -d'un interrupteur selon l'invention. la figure 2 est un schéma d'un circuit de commande du mode de réalisation de la figure 1, et la figure 3 est un schéma d'un circuit de commande du mode de réalisation de la figure 1 en cas d'utilisation dans un équipement de test automatique. En référence à la figure 1, un interrupteur haute tension à semiconducteurs sert à connecter ou déconnecter une borne d'entrée à gauche et une borne de sortie à droite Ce circuit comprend un premier 10 et un deuxième transistors à effet de champ (FET) du type métal oxyde semiconducteur (MOS) Les sources 11 et 21 de ces transistors sont connectées à un point A, et leurs grilles 13 et 23 sont connectées à un point B Un générateur photovoltaïque 30 est connecté entre les points A et B en parallèle avec un photocoupleur 40. Le générateur photovoltaïque 30 peut être n'importe quel dispositif commercial adapté à établir une différence de potentiel entre les points A et B en réponse à une illumination Dans le circuit décrit, le générateur est un composant de la société FAIRCHILD commercialisé sous l'appellation FPC 400 On peut aussi utiliser le circuit intégré D-16 V 8 de la société DIONICS qui consiste en 16 diodes photovoltaïques connectées en série Les diodes sont isolées entre elles et par rapport à leur substrat commun Lorsqu'il est éclairé, le générateur 30 fournit un potentiel de 6 à 8 volts suivant l'intensité et la source de lumière. ? 3864 O 1 Le photocoupleur 40 est aussi bien connu des spécialistes et, dans l'exemple décrit, consiste en un transistor photosensible qui, en réponse à un éclairage -approprié, court-circuite les points A et B Ce transis- tor fait partie du produit MCT-6 fabriqué par la société FAIRCHILD lequel comprend des transistors photosensibles et des diodes photoémissives couplés optiquement La lumière qui commande le générateur 30 est représentée par la flèche 32 tandis que la lumière qui commande le photo- coupleur 40 est représentée par la flèche 42. Le fonctionnement du circuit de la figure 1 est le suivant lorsque les transistors 10 et 20 sont à enri- chissement du type D-MOS à canal N: les transistors 10 et ne conduisent pas à moins que le potentiel de leurs grilles 13 et 23 soit plus positif que le potentiel du canal entre la source et le drain En supposant qu'aucune lumière ne vienne frapper le photocoupleur 40, ce dernier est bloqué et la différence de potentiel entre les points A et B est déterminée par le générateur 30 Ainsi, en réponse à la lumière 32, le générateur 30 établit une différence de potentiel entre les points A et B, le point B étant plus positif Cette condition rend conducteurs les transistors 10 et 20 et connecte ainsi la borne d'entrée à la borne de sortie. Si l'on désire déconnecter la borne d'entrée de la borne de sortie, on supprime la lumière 32 et l'on émet la lumière 42 De cette façon, le générateur 30 n'établit plus de différence de potentiel entre les points A et B et le photocoupleur 40 court-circuite ces deux points, blo- quant ainsi les transistors 10 et 20. La figure 2 représente un circuit de commande susceptible d'être utilisé en combinaison avec celui de la figure 1 Une paire de diodes photoémissives 15 et 25 sont connectées de façon à recevoir un signal de commande approprié Lorsqu'on applique un signal de commande COM 30 " la diode photoémissive 15 se met à conduire et émet de la lumière 32 qui commande le générateur 30. 1 Si l'on applique un signal de commande "COM 40 " la diode photoémissive 25 conduit et émet de la lumière 42 qui commande le photocoupleur 40 Evidemment, le générateur et le photocoupleur 40 sont optiquement isolés l'un de l'autre de façon qu'un signal lumineux destiné à l'un d'eux n'atteigne pas l'autre. La figure 3 représente un circuit de commande pour équipement de test automatique Ce circuit peut être utilisé pour commander trois interrupteurs du type repré- senté sur la figure 1 Trois diodes photoémissives 16, 17 et 18 servent à commander trois générateurs photo- voltaïques'tels que le générateur 30 de la figure 1 et trois autres diodes photoémissives 26, 27 et 28 servent à commander trois photocoupleurs tels que le photocoupleur 40 de la figure 1 Une application typique pour un équipement de test automatique est de piloter une source de tension à référence de Kelvin, sa ligne de lecture à haute impédance et sa protection Comme représenté sur la figure 3 l'application d'un signal de commande bas rend passantes les diodes 16, 17 et 18 et, par l'intermédiaire d'un transistor 60, bloque les diodes 26, 27 et 28. Ainsi, les interrupteurs commandés deviennent passants. L'application d'un signal de commande haut bloque les diodes 16, 17 et 18 et rend passantes les diodes 26, 27 et 28 de façon à commander les photocoupleurs 40 et à ouvrir les interruplteurs Dans le mode de réalisation décrit, les diodes photoémissives font partie du produit MCT-6. les résistances 50 à 55 valent 330 ohms, la résistance 56 vaut 10 Kohms et la résistance 57 vaut 6,8 kohms Le transistor 60 est un transistor 2 N 4401. Le mode de réalisation décrit peut évidemment faire l'objet de nombreuses variantes sans sortir du cadre de l'invention En particulier, d'autres types de tran- sistors que les transistors à enrichissement MOS à canal n peuvent être utilisés De même, on peut utiliser d'autres types de générateurs photovoltaïques ou de photo-coupleurs que ceux précédemment décrits. Z 538640 -6- 1 i REVENDICATIONS 1 Interrupteur pour connecter sélectivement une borne d'entrée à une borne de sortie, caractérisé en ce qu'il comprend: un premier ( 10) et un deuxième ( 20) transistors ayant chacun une grille, une source et un drain, la borne d'entrée étant connectée au drain du premier transistor, la borne de sortie étant connectée au drain du deuxième transistor, les sources ( 11, 21) des transistors étant connectées & un premier point (A) et les grilles ( 13, 23) des transistors étant connectées à un deuxième point (B); un générateur photovoltalque ( 30) connecté entre le premier et le deuxième point pour établir une différence de potentiel entre ces points (A, B) en réponse à un premier signal ( 32); et des moyens de photocouplage ( 40) connectés entre le premier et le deuxième point pour relier ces deux points (A,B) en réponse à un deuxième signal ( 42). 2 Interrupteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que lesdits transistors ( 10, 20) sont des transistors à enrichissement MOS. 3 Interrupteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le premier et le deuxième signal ( 32, 42) sont des signaux lumineux. 4 Interrupteur selon la revendication 3, carac- térisé en ce qu'il comprend des moyens ( 15) pour élaborer ledit premier signal lumineux ( 32) en réponse à un premier signal de commande (COM 30). -7- 1 5 Interrupteur selon la revendlcation 4, carac- térisé en-ce que lesdits moyens ( 15) pour élaborer le premier signal lumineux comprennent au moins une première diode photoémisslve adaptée & éclairer le générateur photovoltaïque ( 30) en réponse au premier signal de commande (COM 30). 6 Interrupteur selon l'une des revendications 3, 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 25) pour élaborer ledit deuxième signal lumineux ( 42) en réponse à un deuxième signal de commande (COM 40). 7 Interrupteur selon la revendication 6, carac- térisé en ce que les moyens ( 25) pour élaborer le deuxième signal lumineux comprennent au moins une deuxième diode photoémissive adaptée à éclairer les moyens de photo- couplage ( 40) en réponse au deuxième signal de commande (COM 40). 8 Interrupteur selon la revendication 7, carac- térisé en ce qu'il comprend des moyens de commande ( 56, 57, 60) reliés auxdits moyens pour élaborer le premier signal lumineux ( 32) et aux moyens pour élaborer le deuxième signal lumineux ( 42) de façon à appliquer alter- nativement ledit premier signal de commande (COM 30) et le deuxième signal de commande (COM 40).