Brevet FR2587858A1 — publié le 19870327

- la présente invention concerne des circuits de commande pour la commutation de charges inductives, en particulier un circuit de commande, intégrable monolithiquement, comprenant un étage final à transistors en push-pull, utilisable pour piloter des relais, des solénoïdes et des moteurs à courant continu. Le type le plus simple d'étage final à transistors en push- pull est constitué par une paire de transistors complémentaires fonctionnant en classe B. Ces transistors sont montés en série, au moyen de leurs bornes d'émetteur et de collecteur, entre les deux pôles d'un générateur de tension d'alimentation et ils sont alternativement pilotés à la conduction, en opposition de phase, au moyen de leur borne de base. Il est ainsi produit des passages de courant opposés dans la charge qui est connectée à une borne de sortie constituée par le point de jonction entre les deux transistors. Du fait que la commutation de chacun des transistors de l'étage final ne se produit pas instantanément, mais avec un transitoire dans le temps dont la durée n'est pas négligeable lorsque ces transistors conduisent en saturation, on ne peut toutefois pas éviter la conduction simultanée des deux transis- tors pendant la commutation de l'étage final, si ceux-ci sont commandés simplement en opposition de phase. La conduction simultanée des deux transistors provoque en général une augmentation non désirée de la dissipation de puis- sance dans l'étage final lui-même. D'autre part, quand la charge raccordée à l'étage final est de type inductif, la force contre-électromotrice induite pendant la commutation de l'étage final par le courant qui la traverse élève brusquement la tension collecteur-émetteur du transistor qui est en cours d'extinction, mais encore en conduction, déter- minant ainsi, dans ce transistor, le maximum de la dissipation de puissance, avec des effets quelquefois destructifs. Pour cette raison, il convient d'éviter que les transistors d'un étage final en push-pull, compris dans un circuit de commande pour la commutation de charges inductives, conduisent simultané- ment pendant la commutation. La solution la plus simple de ce problème semblerait celle qui consiste à retarder opportunément, dans un circuit de commande à étage final en push-pull, la com- mande d'allumage du transistor final encore éteint, par rapport à la commande d'extinction du transistor en conduction. En réali- té, un circuit de commande correspondant à cette solution suppo- serait l'utilisation d'éléments de circuit relativement compli- qués et, par suite, coûteux en termes de surface d'intégration. Dans la demande de brevet italienne nO 20213 A/82 de la même Demanderesse, il est par contre décrit un circuit de com- mande pour la commutation de charges inductives, basé sur un principe de fonctionnement différent, qui se révèle plus écono- mique industriellement. Ce circuit de commande, dont le schéma est représenté sur la fig. 1 des dessins, comprend un étage final à deux transistors bipolaires T1 et T2, respectivement de types PNqP et NPN, dont les bornes de collecteur sont interconnectées de manière à constituer une borne de sortie du circuit lui-même. Les bornes d'émetteur des transistors T1 et T2 sont reliées respectivement au p0le positif +Vnc et au p8le négatif -Vc d'un générateur de tension d'alimentation. A la borne de base du transistor T1 est raccordée la borne de collecteur d'un transis- tor bipolaire T3 de type PNP; à la borne de base du transistor T2 est raccordée la borne de collecteur d'un transistor bipolaire T4 de type NPN. Les bornes d'émetteur des transistors T3 et T4 sont reliées respectivement au pôle positif +Vcc et au p8le négatif -Vcc. Les bornes de base des transistors T1 et T4 sont raccordées respectivement à la borne de collecteur et à la borne d'émetteur d'un transistor bipolaire T14 de type NPN. Les bornes de base des transistors T3 et T2 sont raccordées respectivement à la borne de collecteur et à la borne d'émetteur d'un transistor bipolaire T23 de type NPN. Les bornes de base des transistors T14 et T23 sont raccordées à un élément de circuit de commande, représenté par un bLoc reztanguiaire désigné par la lettre C, constitué par exemple par la structure différentielle décrite dans la demande de brevet précitée. Cet élément de circuit de commande C est raccordé à une source de signaux de commutation, représentée sur la figure par un bloc SW et en réponse aux signaux de commutation engendrés par cette source, il pilote alternativement à la conduction les transistors T14 et T23. De la sorte, quand les transistors T1 et T4 conduisent, les transistors T2 et T3 sont bloqués et vice versa. Les transistors T1 et T2 de l'étage final conduisent en saturation. Selon la demande de brevet citée, les transistors T3 et T4 conduisent eux aussi en saturation. Pour comprendre le fonctionnement du circuit, on supposera qu'un signal de commutation détermine le blocage du transis- tor T14 et la conduction du transistor T23. Le transistor T3 commence, avec un retard négligeable, à conduire en saturation; il extrait des charges de la base du transistor T1, réduisant ainsi la durée du transitoire de commutation de la saturation au blocage de ce transistor. En revanche, le transistor T4 continue à conduire, tout d'abord en saturation, jusqu'à ce que sa base soit vidée des charges qui y sont emmagasinées. Pendant ce transitoire, le transistor T4 continue à absorber le courant d'émetteur du transistor T23, empêchant la conduction du transis- tor T2 qui, en conséquence, commute avec un retard déterminé par les conditions de saturation du transistor T4. En accélérant l'extinction du transistor T1 et en retardant l'allumage du transistor T2, les transistors T3 et T4 permettent d'éviter la conduction simultanée des transistors T1 et T2 ou d'en limiter opportunément la durée, de telle manière qu'elle ne mette pas en danger le bon état du dispositif lui-même. Le fonctionnement du circuit est analogue et symétrique dans le cas inverse de commutation: le transistor T4 accélère l'extinction du transistor T2, tandis que le transistor T3 retarde l'allumage du transistor T1, évitant également dans ce cas les effets nuisibles de la conduction simultanée. La rentabilité de cette solution est évidente, du fait que toute conduction simultanée nuisible peut être évitée par la seule utilisation, comme éléments additionnels, de deux transis- :crs biooiaires r.ormaux T3 e En outre, les transistors T3 et T4 n'entraînent aucune augmentation d'absorption de courant d'alimentation, puisque le courant de base du transistor final T1, sortant, est réutilisé, à travers le transistor T14, comme courant de base, entrant, du transistor T4 (moins le courant de base, négligeable, du tran- sistor T14) et que le courant de base, entrant, du transistor T2 est réutilisé, à travers le transistor T23, comme courant de base, sortant, du transistor T3 (moins le courant de base, négligeable, du transistor T2). CD 23 Toutefois, le circuit de commande pour la commutation de charges inductives jusqu'ici décrit peut présenter, dans sa réalisation pratique comme circuit intégré monolithiquement, un inconvénient étroitement lié aux problèmes techniques d'une telle réalisation. En effet, comme on le sait dans la technique, des courants de perte (courants de "leakage") sont possibles à partir des transistors d'un circuit intégré, même lorsque ceux-ci sont maintenus bloqués. Dans le cas considéré ci-dessus, des cou- rants de perte à partir des transistors T23 et T14 peuvent provoquer des réallumages indésirés des transistors T3 et T4, avec des effets négatifs sur la précision de commande des tran- sistors finals T1 et T2. Le but de la présente invention est de réaliser un circuit de commande pour la commutation de charges inductives, intégra- ble monolithiquement; qui présente, à égalité de coûts indus- triels, une précision plus sûre de fonctionnement en comparaison des circuits connus. Ce but est atteint avec un circuit de commande pour la commutation de charges inductives, intégrable monolithiquement, comprenant un étage final en push-pull constitué par des tran- sistors, ayant chacun leur borne de base raccordée à un élément de circuit de commande et à un transistor pour l'extrac- tion de charges, piloté à la conduction en saturation, en oppo- sition de phase par rapport au transistor final auquel il est raccordé, la borne de base de ce transistor pour l'extraction de charges étant raccordée, par l'intermédiaire d'une diode, à l'élément de circuit de commande et à une résistance de polarisa- tion. L'invention pourra être mleux comprise à l'aide de la description détaillée qui suit, donnée purement à titre d'exem- ple et, par conséquent, non limitative, en référence aux dessins ciannexés. La fig. 1 est un schéma, en partie par blocs, du circuit de commande connu pour la commutation de charges inductives, précédemment décrit. la fig. 2 est un schéma, en partie par blocs, d'un circuit de commande pour la commutation de charges inductives selon l'invention. Sur les figures, les mêmes lettres et numéros de référence ont été utilisés pour les parties correspondantes. Le schéma représenté sur la fig. 2 d'un circuit de commande - selon l'invention comprend un étage final à deux transistors bipolaires TI et TI, respectivement de types PNP et NPN, dont les bornes de collecteur sont interconnmlectées pour constituer une borne de sortie du circuit lui-même. Les bornes d'émetteur des transistors T1 et T2 sont reliées respectivement au pâle positif +Vcc et au pôle négatif -Vcc d'un générateur de tension d'alimentation et les bornes de base de ces transistors sont raccordées à un élément de circuit de commande, représenté par un bloc rectangulaire désigné par le symbole C'. Cet élément de circuit de commande C' est raccordé à une source de signaux de commutation, représenté sur la figure par un bloc SW' et en réponse aux signaux de commutation engen- drés par cette source, il pilote alternativement à la conduction les transistors T1 et T2. L'élément de circuit C' peut être réalisé sous la forme d'un circuit équivalent à l'ensemble de l'élément de circuit C et des transistors T14 et T23 compris dans le schéma de la fig. 1. A la borne de base du transistor TI est raccordée la borne de collecteur d'un transistor bipolaire T3 de type PNP; à la borne de base du transistor TI est raccordée la borne de collec- teur d'un transistor bipolaire T41 de type NPN. Les bornes d'émetteur des transistors T et T4 sont raccor- dées respectivement au pôle positit +Vcc et au pôle négatif -Vcc. Les bornes de base des transistors T' et T' sont raccordées 3i àà4 respectivement à l'anode d'une première diode D3 et à la cathode d'une seconde diDde D'. la cathode de ia diode D)t est raccordée D4' à la fois à l'élément de circuit de commande C' et, par l'inter- médiaire d'une première résistance R', au p8le positif +VCC L'anode de la diode D' est raccordée à la fois à l'élément de circuit de commande C' et, par l'intermédiaire d'une seconde résistance R, au pôle négatif -V .C L'élément de circuit de commande C' commande simultanément à la conduction les transistors Ti et T et -au blocage les transistors T2 et T' et vice versa, en réponse aux signaux de 1C commutation engendrés par la source SW'. Le fonctionnement d'un circuit de commande selon l'invention est identique à celui qui a été déjà décrit pour le circuit connu de la fig. 1: les transistors T' et T4 remplissent une fonction parfaitement équivalente à celle des transistors T3 et T4. Mais les résistances Rt et R4 permettent de déterminer avec exactitude un seuil de courant de base pour l'allumage des tran- sistors Ti et T respectivement. Dans ce cas en effet, les valeurs minimales du courant de base nécessaire pour l'allumage de ces transistors sont respectivement égales à D BE VDI + VBEI 3 3 et 4RI4R'et 3i 4 VD, et VD, représentant respectivement les tensions de jonction des diodes Df et DI et VBE, et VBE, représentant les tensions de 3 BEV jonction base-émetteur des3transistors T3 et Tt. En choisissant 4. judicieusement les valeurs des résistances RI et Rt, on peut établir des seuils de courant propres à éviter, avec une sécu- rité absolue, des allumages indésirables des transistors Ti et T' dues uniquement à des courants de perte de l'élément de cir- cuit de commande C'. En outre, les diodes D' et D' évitent un écoulement de 3 4 charges à partir des bases des transistors Ti et T' à travers les résistances Ri et R4 respectivement, lorsque ces transistors, qui conduisent en saturation, sont en phase d'extinction pendant la commutation. De cette manière, il n'y a pas de risques de variations des durées des transitoires d'extinction des transis- tors T et T4, variations qui pourraient conduire à des conduc- tions simultanées nuisibles des transistors finals TI et T2. avec des éléments de circuit extremement simples et peu coûteux, à savoir deux résistances et deux diodes, on obtient donc en toute sécurité la précision de fonctionnement voulue. Eu égard au fait qu'il a été représenté et décrit un seul exemple d'exécution de l'invention, il va de soi que de nombreu- ses variantes sont possibles, sans que l'on s'écarte pour autant du cadre de l'invention. Les diodes pourraient être remplacées par d'autres éléments de circuit à conduction unidirectionnelle et les transistors de l'étage final pourraient même être rempla- cés par des éléments de circuit équivalents, comprenant plu- sieurs transistors, de façon connue dans la technique. L'élément de circuit de commande C' peut être réalisé de n'importe quelle manière connue dans la technique. REVENDICATIONS 1. Circuit de commande pour la commutation de charges inducti- ves, intégrable monolithiquement, comprenant un étage final en "pushpull" constitué par un premier (TI) et par un second (TI) élément de circuit comportant chacun une première borne, une seconde borne et une borne de commande, montés en série par leurs premières et secondes bornes respectives entre une première (+Vcc) et une seconde borne (-Vcc) d'un générateur de tension d'alimen- tation, les bornes de commande de ces premier et second éléments de circuit (T; et TP) étant l'une et l'autre raccordées à un élément de circuit de commande (C') relié à une source (SW') de signaux de commutation, en réponse auxquels cet élément de circuit de commande (C') habilite à la conduction, alternative- ment entre eux, le premier (TI) et le second (TI) élément de circuit, et comprenant un premier (TP) et un second (T4) tran- sistor pour l'extraction de charges, comportant chacun une première borne, une seconde borne et une borne de commande, le premier transistor pour l'extraction de charges (T3) étant monté, par sa première et sa seconde borne, entre la borne (+Vc,) du générateur de tension d'alimentation auquel est relié le premier élément de circuit (TI) et la borne de commande de ce premier élément de circuit, le second transistor pour l'ex- traction de charges (T) étant monté, par sa première et sa seconde borne, entre la borne (-Vcc) du générateur de tension d'alimentation auquel est relié le second élément de circuit (T2) et la borne de commande de ce second élément de circuit, les bornes de commande du premier (T) et du second (Tt) tran- sistor pour l'extraction de charges étant raccordées à l'élé- ment de circuit de commande (C') qui commande l'activation de C ce premier (T) et de ce second (T4) transistor pour l'extrac- tion de charges en m&me temps que l'habilitation à la conduction du second (T.) et du premier (TI) élément de circuit respecti- vement, le premier (T) et le second (T4) transistor pour l'extraction de charges étant commandés chacun à la conduction pour une période de temps déterminée, ayant une durée non infé- rieure à celle de la période de temps pendant laquelle le second (Tl) et le premier (TI) élément de circuit restent respective- ment habilités à la conduction, caractérisé en ce que la borne de commande du premier transistor pour l'extraction de charges (T3) est raccordée à l'élément de circuit de commande (C') par l'intermédiaire d'un premier élément de circuit (D) à conduction unidirectionnelle, comportant une première borne connectée à cette borne de commande et comportant une seconde borne connec- tée à la fois à l'élément de circuit de commande (C') et, par l'intermédiaire d'une première résistance (RP), à la borne du générateur de tension d'alimentation à laquelle est relié le premier transistor pour l'extraction de charges (TI), et la borne de commande du second transistor pour l'extraction de char- ges (T4) est raccordée à l'élément de circuit de commande (C') par l'intermédiaire d'un élément de circuit (D4) à conduction unidirectionnelle, comportant une première borne connectée à la fois à l'élément de circuit de commande (C') et, par l'inter- médiaire d'une seconde résistance (RI), à la borne du générateur de tension d'alimentation à laquelle est relié le second tran- sistor pour l'extraction de charges (T4) et comportant une seconde borne connectée à la borne de commande de ce second transistor pour l'extraction de charges (T4). 2. Circuit de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier (TI) et le second (T2) élément de circuit ont des types opposés de conductibilité, la première borne du premier élément de circuit (TI) et la première borne du second élément de circuit (TI) étant raccordées respectivement à la première (+VC) et à la seconde (-Vcc) bornes du générateur de tension d'alimentation, les secondes bornes du premier (TI) et du second (T) élément de circuit étant interconnectées de manière à constituer une borne de sortie du circuit de commande, et le premier (TP) et le second (T) transistor pour l'extrac- tion de charges ont des conductibilités dont le type est respec- tivement le même que celles du premier (TI) et du second (Tl) 1iC e:eme:t de circuit. Circuit de commande selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que le premier (TI) et le second (T2) élément de circuit sont des transistors. v 4. Circuit de commande selon la revendication a, caractérisé en ce que le premier (TI) et le second (TI) élément de circuit et le premier (TP) et le second (T4) transistor pour l'extrac- tion de charges sont des transistors bipolaires, la première borne, la borne de commande et la seconde borne de chacun d'leux étant respectivement l'émetteur, la base et le collecteur. 5. Circuit de commande selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que le premier (T) et le second (Tt) transistor pour l'extraction de charges conduisent en saturation. 6. Circuit de commande selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que le premier (DI) et le second (Dl) élément de circuit à conduction unidirectionnelle sont des diodes, -la première et la seconde bornes de chacune d'elles étant respectivement l'anode et la cathode.