Brevet FR2604040A1 — publié le 19880318

ALIMENTATION DES CIRCUITS DE COMMANDE DES BASES DES TRANSISTORS D'UN BRAS D'ONDULEUR L'invention est relative à une alimentation des circuits de commande de deux transistors bipolaires montés en série entre des conducteurs d'une source de tension continue de service et ayant un point milieu de sortie pour former un bras d'onduleur, chaque transistor ayant un bloc de commande de base alimenté par une source de tension continue de commande. A chaque phase de l'onduleur correspond un bras ayant deux transistors en série soumis à la tension de service qui atteint généralement plusieurs centaines de volts. A chaque transistor est associee une commande de base capable de fournir un courant de base de plusieurs ampères sous une faible tension, notamment de quelques volts, pour une mise en conduction du transistor ainsi qu'une faible tension négative de blocage du transistor. Ces tensions de commande sont généralement derivées des tensions élevées de service, ce qui pose des problèmes d'isolation dans le cas du bras d'onduleur à deux transistors connectés en série. La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'une commande des transistors d'un bras d'onduleur simplifiée et capable de tenir les tensions élevées de service. L'alimentation selon l'invention est caractérisée en ce que les deux blocs de commande sont séparés galvaniquement et connectés à un même bloc d'alimentation ayant un transformateur à enroulement primaire commun, relié à ladite tension de service et à deux enroulements secondaires distincts, chaque enroulement alimentant l'un des blocs de commande par l'intermédiaire de redresseurs. Chaque transistor dispose de son propre bloc de commande porté au potentiel du transistor et les deux blocs de commande sont alimentés par le même bloc d'alimentation, qui respecte l'isolation galvanique des deux blocs de commande, grâce à un transformateur d'alimentation à deux enroulements secondaires indépendants, chacun associé à l'un des blocs de commande. Cette séparation galvanique assure la tenue à la différence de tension de plusieurs centaines de volts, à laquelle sont soumis les deux blocs de commande des deux transistors. Le transformateur d'alimentation comporte un enroulement primaire commun aux deux enroulements secondaires et la régulation en tension est assurée par un commutateur statique inséré dans le circuit primaire du transformateur.Ce commutateur statique est piloté par un enroulement tertiaire du transformateur par l'intermédiaire d'un amplificateur, provoquant l'ouverture périodique du commutateur statique pour réguler la tension de sortie. Chaque enroulement secondaire comporte une prise médiane et aux bornes d'extrémités de cet enroulement secondaire sont connectés des redresseurs à diode pour fournir les tensions de commande positives et négatives, respectivement de conduction et de blocage du transistor. Un autre but de l'invention consiste à assurer la protection du transistor contre les surtensions et ce but est atteint en connectant aux bornes du transistor, entre le collecteur et l'émetteur, un condensateur en série avec uné diode. Toute surtension apparaissant aux bornes du transistor est dérivée dans le circuit de shuntage à diode et à condensateur, ce dernier absorbant la surtension en se chargeant. La décharge du condensateur est réalisée à travers un circuit résistif reliant le condensateur à la source de tension de service de polarité opposée. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, d'un mode de mise en oeuvre de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 représente le schéma électrique d'un bras d'onduleur à deux transistors avec leur circuit de commande - La figure 2 représente le schéma électrique du bloc d'alimentation des circuits de commande selon la figure i - Les figures 3 et 4 représentent le schéma électrique d'un bloc de commande d'un transistor respectivement en position de conduction et de blocage - La figure 5 montre la variation du courant de base de commande d'un transistor selon la figure 1 - La figure 6 illustre la variation de la tension base émetteur du transistor. Une tension électrique continue élevée +E3, -E3 est appliquée à des conducteurs 7, 16 par une source de tension (non représentée), par exemple un accumulateur ou un redresseur. Un bras d'onduleur constitué par deux transistors de puissance 3, 12 connectés électriquement en série est relié aux conducteurs 7, 16 et un conducteur de sortie 8 est relié au point de connection des deux transistors 3, 12. Lorsque le transistor 3 relié à la tension +E3 est conducteur, la sortie S est portée au potentiel +E3 tandis que lors de la conduction du transistor 12, cette sortie est portée au potentiel -E3 d'une manière bien connue des spécialistes.Chaque transistor 3, 12 est relié à un bloc de commande 2, 11, d'une part par un conducteur 9, 17 connectant la base du transistor au bloc de commande 2, 11 et d'autre part par un conducteur 10, 18 reliant l'émetteur du transistor 3, 1 2 au bloc de commande 2, 11. Les blocs de commande 2, 11, qui seront décrits en détail par la suite, pilotent la conduction et le blocage alternatif des transistors 3, 12 pour engendrer une tension alternative sur le conducteur 8 de sortie. La tension continue +E3, -E3, qui peut atteindre plusieurs centaines de volts, est également appliquée à un bloc d'alimentation 1 fournissant aux blocs de commande 2, 11, une tension d'alimentation de quelques volts. En se référant plus particulièrement à la figure 2, on voit que le bloc d'alimentation 1 comporte un transformateur dont l'enroulement primaire 52 est relié aux conducteurs 7, 16, un commutateur statique 55 étant inséré dans le circuit primaire. Le commutateur statique 55 appartient à un régulateur de tension constitué par un enroulement tertiaire 53 du transformateur qui pilote un amplificateur 54 de commande du commutateur statique 55. Le transformateur comporte deux enroulements secondaires distincts 56, 60, ayant chacun une prise médiane 57, 61 fournissant la tension de sortie 0 de commande 01, 02.Les extrémités des enroulements secondaires 56, 60 fournissent par l'intermédiaire de redresseurs à diode 58, 59 ; 62, 63 les tensions de sortie +E1, -El ; +E2, -E2. Ces tensions de commande délivrées par le transformateur sont de quelques volts, en l'occurrence une fraction de la tension de service +E3, -E3. Les tensions de commande +E1, 01, -El délivrées par l'enroulement secondaire 60 alimentent le bloc de commande 2 du transistor 3 tandis que les tensions +E2 ,02, -E2 délivrées par l'enroulement secondaire 56 alimentent le bloc de commande 11 du transistor 12. La séparation des enroulements secondaires 56, 60 assure une isolation entre les blocs de commande 2, 11 qui peuvent être à des potentiels élevés différents. Aux bornes du transistor 3 est connecté un circuit de shuntage constitué par un condensateur 5 et une diode 4, connectée électriquement en série, le condensateur 5 étant d'une part relié au collecteur du transistor 3, et d'autre part à l'anode de la diode 4 dont la cathode est reliée à l'émetteur du transistor 3. Le point de connexion du condensateur 5 et de l'anode de la diode 4 est d'autre part relié par une résistance 6 au conducteur 16 de tension -E3. Aux bornes de la diode 4 est connecté un circuit constitué par une résistance 19 et un condensateur 20. D'une manière analogue, le transistor 12 est shunté par un circuit constitué par une diode 13 et un condensateur 14, l'anode de la diode 13 étant reliée au collecteur du transistor 12 tandis que le condensateur 14 est relié à l'émetteur du transistor 12. Le point de connexion entre la diode 1 3 et le condensateur 14 est relié par une résistance 15 au conducteur 7 de tension +E3. La diode 13 est shuntée par un circuit comprenant une résistance 22 et un condensateur 21. Le circuit de shuntage à condensateur 5, 14 et diode 4, 13 en série protège le transistor 3, 12 contre les surtensions, la résistance 6, 15 maintenant le condensateur 5, 14 chargé. Seul le bloc de commande 2 associé au transistor 3 est décrit cidessous en référence à la figure 3, le bloc de commande 11 du transistor 12 étant absolument identique. La base du transistor 3 est reliée au conducteur 31 à la tension +E1 par un circuit 9 constitué par un commutateur statique 32, une inductance 34 et une diode 35 connectés électriquement en série. La diode 35 est shuntée par une résistance 36. Le commutateur statique 32 appartient à un régulateur de courant comprenant un capteur 33, qui pilote un amplificateur de régulation 30 qui commande le commutateur statique 32. Ce régulateur de courant 30, 32, 33 délivre un courant constant I1 pour la commande de conduction du transistor 3.L'émetteur du transistor 3 est relié à la tension 0, Ol et le point de connexion de l'inductance 34 et de l'anode de la diode 35 est relié par un commutateur statique 38 au conducteur 41 à la tension de commande -El. L'anode d'une diode de retour 40 est connectée au conducteur 41 à la tension -El, la cathode de cette diode étant reliée au point de liaison du commutateur 32 et de l'inductance 34. En position ouverte du commutateur 38, représentée à la figure 3, le courant I1, maintenu à une valeur constante par le régulateur de courant 30, 32, 33, se referme par l'inductance 34, la diode 35 et la base du transistor 3 dans l'alimentation 01. Le transistor 3 est conducteur, la diode 40 assurant le retour du courant pendant les phases de blocage du commutateur 32. En position fermée du commutateur 38, représentée à la figure 4, le courant Il est dérivé par ce commutateur 38 vers le conducteur 41, tandis qu'un courant continu de base négatif I2 s'établit à travers la résistance 36 et le commutateur 38 vers le conducteur 41. Ce courant continu négatif provoque le blocage du transistor 3. La base du transisor 3 est polarisée à travers la résistance 36 à la tension -El maintenant le blocage du transistor 3. Il est utile de rappeler que la commande de base d'un transistor impose les conditions suivantes 1) délivrer un courant continu positif de commande d'une valeur précise I1 pendant le temps de conduction du transistor 2) réaliser un temps de montée rapide du courant de base au moment de la mise en conduction du transistor ; 3) réaliser un temps de descente rapide du courant de base au moment du blocage du transistor 4) délivrer un courant continu négatif I2 de valeur précise pendant le temps de blocage de la base du transistor 5) appliquer une tension continue négative -El pendant le temps de blocage du transistor. Le circuit émetteur du transistor 3 présente une self parasite qui tend à s'opposer à l'établissement du courant de base IB de mise en conduction du transistor 3. Selon la présente invention, cette self parasite est compensée par l'inductance 34 qui constitue un réservoir d'énergie imposant une croissance rapide du courant de base IB lors de la fermeture du commutateur 38, malgré la présence de la self d'émetteur parasite. La valeur du courant I1 est déterminée avec précision par le régulateur de courant 30, 32, 33. Il est utile de noter que le courant de commande I1 qui peut atteindre plusieurs ampères ne traverse aucune résistance et que la puissance dissipée dans le circuit de commande est particulièrement faible et une fraction de celle des circuits de commande standards. Les commutateurs 38 des circuits de commande 2, 11 sont pilotés par des dispositifs standards pour rendre conducteur alternativement les transistors 3, 12 et engendrer un courant alternatif de fréquence prédéterminée. Il est inutile de décrire ces circuits de commande des commutateurs 38 qui peuvent être d'un type quelconque. Les figures 5 et 6 illustrent respectivement la variation du courant de base IB et de la tension base émetteur du transistor 3 qui confirme le respect des conditions pré-citées. L'invention est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre particulièrement décrit. REVENDICATIONS 1. Alimentation des circuits de commande de deux transistors (3, 12) bipolaires montés en série entre des conducteurs (7, 16) d'une source de tension continue (+E3, -E3) de service et ayant un point milieu (8) de sortie pour former un bras d'onduleur, chaque transistor (3, 12) ayant un bloc (2, 11) de commande de base alimenté par une source de tension continue de commande (+En, 01, -El ; +E2, 02, -E2), caractérisée en ce que les deux blocs de commande (2, 11) sont séparés galvaniquement et connectés à un même bloc d'alimentation (1) ayant un transformateur à enroulement primaire (52) commun relié à ladite tension de service (+E3, -E3) et à deux enroulements secondaires (56, 60) distincts, chaque enroulement secondaire (56, 60) alimentant l'un des blocs de commande (2, 11) par l'intermédiaire de redresseurs (58, 59, 62, 63). 2. Alimentation selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque enroulement secondaire (56, 60) comporte un point milieu (57, 61) pour délivrer une tension de commande positive (+ex, +E2) et une tension de commande négative (-El, -E2) par rapport à la tension nulle (01, 02) du point milieu (57; 61). 3. Alimentation selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque bloc de commande (2,11) comprend un commutateur (38) pour appliquer sélectivement un courant de base de conduction du transistor (3, 12) ou annuler le courant de base pour bloquer le transistor. 4. Alimentation selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un régulateur de tension (53, 54, 55) comprenant un enroulement tertiaire (53) dudit transformateur, un amplicateur (54) piloté par l'enroulement tertiaire et commandant un commutateur (55) inséré dans le circuit de l'enroulement primaire (52) du transformateur. 5. Alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un condensateur (5, 14) en série d'une diode (4, 13) est connecte entre le collecteur et l'émetteur du transistor (2,11) pour limiter les surtensions et qu'un circuit de décharge à résistance (6, 15) relie le point de connexion entre le condensateur et la diode au potentiel opposé de la tension de service (+E3, -E3). 6. Alimentation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'aux bornes desdites diodes (4, 13) est connecté un circuit de shuntage ayant en série une résistance (19, 22) et un condensateur (20, 21).