Brevet FR2552602A1 — publié le 19850329

L'invention concerne un montage de commande pour un transistor de puissance servant à établir et couper l'alimentation d'une charge inductive dans la branche collecteur du transistor de puissance, comprenant un circuit limiteur pour la tension collecteur du transistor de puissance et des moyens de couplage pour réduire le retard à la décroissance ou temps d'accumulation des porteurs du transistor. Des transistors de puissance sont utilisds, par exemple, dans les étages finaux de puissance de systèmes d'allumage à régulation électronique pour moteurs à combustion interne. Dans une telle application, la bobine primaire du système d'allumage se trouve dans la branche collecteur du transistor de puissance, constitué le plus souvent par un transistor darlington de puissance. Ce transistor établit et coupe le courant primaire, le blocage du transistor de puissance déclenchant l'impulsion d'allumage. La tension induite créée au blocage du transistor de puissance sur le collecteur de celui-ci est limitée de préférence à l'aide d'un circuit de verrouillage. Ce circuit a pour but de protéger le transistor de puissance contre la destruction et de limiter la haute tension secondaire. On connatt des montages où la tension collecteur sur le transistor de puissance est détectée au moyen dtune diode Zener par exemple. Lorsque la tension au collecteur du transistor de puissance atteint une valeur désirée, une partie de l'énergie de la bobine primaire est retransférée du collecteur à la base du transistor de puissance, de sorte que celui-ci devient conducteur et que la poursuite de l'élévation de la tension de collecteur est évitée. Ces circuits de verrouillage ou de blocage ont une faible résistance interne. Le courant de commande pour le transistor de puissance dépend du rapport de transfert direct du courant B du transistor de sortie et de la température. Lorsque, par exemple, s basses températures, B a la valeur 75 et un courant primaire de crête de 7,5 A doit être atteint, un courant de commande de 100 mA doit être disponible. Pour une valeur élevée de B à hautes températures, un faible courant de commande, de quelques mA, est nécessaire. Les systèmes d'allumage modernes comportent un circuit de régulation pour limiter le courant dans la bobine primaire. Cette régulation du courant agit sur le courant de commande de manière que la valeur maximale désirée pour le courant primaire ne soit pas dépassée. Aux hautes vitesses de rotation du moteur, la durée de la période de récurrence des allumages est faible par rapport au temps de montée du courant traversant la bobine primaire, de sorte que ce courant primaire ne peut plus atteindre sa valeur maximale requise. Le montage de régulation tente de compenser cela à l'aide d'un courant de base relativement élevé. Le transistor de l'étage de sortie est alors saturé, si bien que, à son blocage, des temps relativement longs sont nécessaires pour l'élimination de la charge stockée dans le transistor. Il en découle des temps de retard à la décroissance qui ralentissent le processus d'allumage, ce qui a pour effet de réduire la puissance. En revanche, à faibles vitesses et tension d'alimentation UBATT suffisante, le courant de commande de base reste tres faible, puisque suffisamment de temps est disponible pour la montée du courant dans la bobine primaire. Dans ces cas, il n'y a que de tres faibles retards à la décroissance au blocage du transistor de l'étage final. Ce qui est donc critique, dans les systèmes d'allumage, c'est le cas où le courant primaire n'atteint plus sa valeur maximale de consigne, par exemple aux hautes vitesses de rotation, du fait qu'il se produit alors des décalages indésirés des instants d'allumage en raison du retard à la décroissance du transistor de puissance. Par exemple, pour une vitessederotation de n=6000 tr/min d'un moteur à quatre cylindres, un retard à la décroissance tv= 50 et une température de 250C, on obtient un décalage de l'instant d'allumage A) exprimé en degré d'angle du vilebrequin, de 1,8 . Ce décalage de l'instant d'allumage atteint 4,50 sur le vilebrequin pour une température de 1250C. L'invention vise donc à indiquer un montage de commande pour un transistor de puissance où le retard à la decroissance reste extrêmement faible, meme en cas de forte surmodulation du transistor. Ce montage doit en même temps assurer que la tension collecteur du transistor de sortie, présentant une charge inductive, reste limitée à une valeur donnée. A cet effet, selon l'invention, un montage de commande du type indiqué au début est caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de dérivation ou de décharge de courant qui, au signal pour le blocage du transistor de puissance, relie l'électrode de base de celui-ci à travers une faible résistance à un potentiel produisant la dérivation ou décharge de courant, et en ce qu'il comprend des moyens qui, lorsque le potentiel au collecteur du transistor de puissance atteint une valeur donnée, empêchent la circulation de courant par le circuit de dérivation de courant, de sorte que le circuit limiteur de tension entre en action. Ce montage de commande a l'avantage que la dérivation de courant à faible résistance ohmique est coupée avant que le circuit de verrouillage n'agisse sur le collecteur du transistor de puissance. On obtient ainsi que le courant produit à la limitation de la tension collecteur peut passer par la diode Zener à la base du transistor de puissance, de sorte qu'on obtient un circuit de verrouillage à faible résistance ohmique. I1 est préférable, avec le montage de commande selon l'invention, que le circuit limiteur de tension contienne également une diode Zener entre le collecteur et la base du transistor de puissance. La tension collecteur sur le transistor de puissance est détectée à l'aide de cette diode Zener en combinaison avec un circuit diviseur de tension. La diode Zener est connectée à une prise du diviseur de tension de manière que, lorsque le collecteur du transistor de puissance atteint un potentiel donné, un courant circule à travers la diode Zener dans l'électrode de base du transistor de puissance et rend celui-ci conducteur. Le circuit de dérivation de courant est constitué d'un transistor connecté à la base du transistor de puissance et rendu conducteur par le signal de blocage pour le transistor de puissance. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation avantageux mais nullement limitatif, ainsi que du dessin, sur lequel - la figure 1 est le schéma d'un montage selon l'invention ; et - la figure 2 (a à d) montre les courbes de courant et de tension essentielles. Le montage de commande représenté figure 1 comporte un transistor Darlington de puissance, c' est-à-dire un montage Darlington de deux transistors T1 et T1', dont la branche collec 1 > teur contient la bobine ou l'enroulement primaire Zs d'une bobine d'allumage. L'électrode collecteur du transistor T1 est reliée à un potentiel de référence à travers un diviseur de tension composé des résistances R4, R5 et R6. La jonction entre les résistances R4 et R5 est reliée à travers la diode Zener Dz à l'électrode de base du transistor Darlington T1. A lsélectrode base B du transistor T1 est connecté en outre le transistor T2 du circuit de dérivation de courant, dont l'électrode de base est commandée par le signal d'entrée.Ce signal d'entrée UIN arrive à travers la résistance R1 et le transistor inverseur T3 et est appliqué à l'état inversé à l'électrode de base du transistor T4, dont l'émetteur est connecté à l'électrode de base du transistor Darlington T1. Le collecteur du transistor T4 est connecté à travers la résistance R3 à la tension de batterie UBATT. Le circuit base-émetteur du transistor T2 dans le circuit de dérivation de courant est shunté par le circuit collecteur-émetteur d'un transistor T5 dont l'électrode de base est connectée à travers la résistance R à la jonction A entre les résistances R5 et R6 du 7 diviseur de tension. A l'entrée du montage représenté figure 1 est appliqué le signal d'entrée UIN visible sur la figure 2a. Ce signal d'entrée est rectangulaire et commande le processus d'allumage de la bobine d'allumage branchée sur le montage. Le processus d'allumage est déclenché lorsque le signal d'entrée passe du niveau bas au niveau haut Le signal d'entréè inversé UB, voir figure 2b, est appliqué à travers les transistors T3 et T4 à l'électrode de base du transistor de puissance T1. Donc, lorsque le signal d'entrée UIN est au niveau bas, le transistor de puissance est conducteur et le courant I traversant la bobine primaire Z peut croître comme s indiqué par la figure 2c.Lorsque la durée de la période du pro- cessus d'allumage est trop courte, le courant primaire n'atteint pas son maximum, de sorte que le transistor de puissance T1 est surmodulé. Le signal d'entrée UIN est appliqué en même temps, a l'état non inversé, à l'électrode de base du transistor T2, de sorte que ce dernier reste bloqué pendant la phase de montée du courant dans la bobine primaire. Par conséquent, la totalité du courant, déterminé par la tension de batterie et la résistance R3 > passe dans l'électrode de base du transistor de puissance T1. Quand le signal de commande UIN passe du niveau bas au niveau haut, ce qui doit déclencher le processus d'allumage, les-transistors T1 et T3 sont rendus conducteurs et prennent de ce fait le potentiel de référence. Le passage de courant à travers le transistor T4 est par conséquent coupé et le transistor de puissance T1 ne reçoit plus de courant de base. En mAme temps, la. charge accumulée dans le transistor de puissance T1 peut être éliminée à la masse par le circuit de faible résistance ohmique formé par le transistor conducteur T2. Le courant primaire de la bobine d'allumage et, partant, le courant collecteur du transistor T1 sont coupés par le flanc niveau bas/niveau haut du signal d'entrée UIN Il se produit de ce fait une montée de tension raide sur le collecteur du transistor T1. La tension collecteur UC est détectée à travers le circuit diviseur de tension constitué des résistances R4, R5 et R. Ce diviseur de tension présente, par exemple, les valeurs suivantes : R = 1,25 kA, R = 1 kSL, et R6 = 30sol. Avec un tel dimensionnement du diviseur, lorsque la tension collecteur Uc est d'environ 50 V, la résistance R6 présente une tension, d'environ 0,65 V, qui suffit pour rendre le transistor T5 conducteur.L'électrode de base du transistor T2 est de ce fait amenée au potentiel de référence, de sorte que ce transistor est bloqué et que le circuit limiteur de tension peut entrer en action. Au cas où la tension Zener de la diode Zener Dz est de 150 V par exemple, la tension Uc au collecteur du transistor T1 est limitée à environ 340 V avec le dimensionnement décrit du circuit diviseur de tension, Lorsque la tension au collecteur du transistor T1 dépasse cette valeur, un courant circule à travers la diode Zener Dz dans la base du transistor de sortie T1, parce que T2 est bloqué. L'incorporation du transistor T1 dans le circuit de verrouillage ou de blocage pour UC a l'avantage que l'on peut utiliser une diode Zener de faible puissance. Le montage décrit a permis de réduire le retard à la décrois- sance du transistor de sortie à des valeurs inférieures à 8 jus. La figure 2d montre l'allure de la tension collecteur Uc du transistor T1. REVENDICATIONS 1. Montage de commande pour un transistor de puissance servant à établir et couper l'alimentation d'une charge inductive dans la branche collecteur du transistor de puissance, comprenant un circuit limiteur pour la tension collecteur du transistor de puissance et des moyens de couplage pour réduire le retard à la décroissance ou temps d'accumulation des porteurs du transistor, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de dérivation ou de décharge de courant (T2) qui, au signal pour le blocage du transistor de puissance (T1) relie l'électrode de base de celui-ci à travers une faible résistance ohmique à un potentiel produisant la dérivation ou décharge de courant, et en ce qu'il comprend des moyens (R6 > R7, T5) qui, lorsque le potentiel au collecteur du transistor de puissance (T1) atteint une valeur donnée, empêehent la circulation de courant par le circuit de ddrivation de courant (T2), de sorte que le circuit limiteur de tension (R4, R5, R, Dz) entre en action. 2. Montage de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une diode Zener (Dz), faisant partie du circuit limiteur de tension, est branchee entre le collecteur et la base du transistor de puissance (T1). 3. Montage de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit diviseur de tension (R4, R5 > R6) pour la détection de la tension collecteur du transistor de puissance (T1) et que la diode Zener (D ) est connectée à une 1 z prise de ce diviseur de tension, de manière que lorsque le collecteur du transistor de puissance (T1) atteint un potentiel donné, un courant circule à travers la diode Zener dans l'électrode de base du transistor de puissance et rend ce transistor conducteur. 4. Montage de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour la dérivation de courant, la base du transistor de puissance (T1) est connectée à un transistor (T2) qui est rendu conducteur par le signal de blocage pour le transistor de puissance. 5. Montage de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit base-émetteur du transistor (T2) du circuit de dérivation de courant est shunté par un transistor (T5) supplémentaire, dont l'électrode de base est connectée à une prise du circuit diviseur de tension (R4, R5, R6), de manière que, lorsqu'une tension collecteur donnée est atteinte sur le transistor de puissance, ce transistor supplémen ta ire (T5) soit rendu conducteur et le transistor (T2) du circuit de dérivation de courant soit bloqué.