Brevet FR2601209A1 — publié le 19880108

Circuit de pilotage de base pour transistor. La présente invention concerne la commutation des transistors, et plus particulièrement la commutation des transistors de puissance. Lorsqu'on utilise des transistors de puissance dans des circuits électroniques de puissance en commutation, comme par exemple les régulateurs et les convertisseurs ilest essentiel de maintenir les excursions des transistors en courant 10 et en tension de collecteur à l'interieur des zones de sécurité, lors de la commutation, afin d'obtenir un fonctionnement satisfaisant. Ces paramètres de sécurité sont généralement bien connus, et on connait déjà beaucoup de techniques 15 permettant de s'assurer qu'ils sont respectés lors du fonctionnement en commutation. On connaît par exemple divers types de circuits d'amortissementpermettant d'obtenir la variation nécessaire en condition de chargement entre l'amorçage et la coupure du transistor. On a déja utilisé un circuit commuté résonnant, par exemple un convertisseur en demi-pont ou en pont intégral, pour générer des variations de tension de collecteur telesque le transistor utilisé puisse être commuté à des tensions collecteur-émetteur sensiblement 25 nulles. On a également proposé le circuit à "captage de collecteur" (collector catcher) dans lequel la source de pilotage de base est reliée à la base et au collecteur du transistor par l'intermédiaire de plusieurs diodes. 30 Sous de nombreux aspects, les techniques qui viennent d'être mentionnées, ou leurs dérivées, sont très satisfaisantes mais sont le plus souvent réalisées de façon relativement complexe. On sait qu'un pilotage de base pour un transistor fonctionnant dans un système commuté résonnant - 2 doit posséder les propriétés suivantes: / Lors de l'état de conduction, le courant de base doit maintenir V (Tension collecteur-émetteur) ce aussi bas que possible, mais sans amener le transistor en saturation. 2 / Lors du blocage, la base doit être rendue négative aussi rapidement que possible pour assurer l'efficacité du blocage. 3 / Le transistor doit être empêché d'être 10 réamorcé avant que V soit inférieur à une valeur ce prédéterminée. 4 / Le transistor doit être bloqué lorsque V dépasse une autre valeur prédéterminée. ce La demande allemande publiée sous le N 15 1 257 842 décrit un circuit qui permet d'obtenir la première de ces 4 propriétés ainsi énumérées. Les autres propriétés ne sont en revanche pas obtenues. En conséquence, l'objectif de l'invention est de fournir un circuit à pilotage de base amélioré, 20 permettant de pallier les inconvénients des dispositifs existants. A cet égard, l'invention concerne un circuit de pilotage de base pour transistor, du type constitué d'un transformateur à enroulements primaire et secondaire, une source de pilotage de base, et des moyens de conduction 25 unidirectionnelle de courant, circuit caractérisé en ce que le dit enroulement primaire est relié à la dite source et au collecteur du transistor au moyen d'un premier des dits moyens de conduction unidirectionnelle de courant, et en ce que le dit second enroulement est connecté, d'une part par une première de ses bornes d'extrémité au collecteur du transistor à travers le second moyen de conduction unidirectionnelle de courant, le dit enroulement secondaire présentant également une borneintermédiaire reliée à la base du transistor. 35 Dans un mode de réalisation avantageux de - 3 l'invention, dans le dit enroulement secondaire, le rapport du nombre de spires d'une part entre la borne intermédiaire et la dite première borne d'extrèmité, et d'autre part entre la borne intermédiaire et la dite seconde borne d'extrémité est égal à un demi. D'autres rapports peuvent être utilisés pour d'autres applications, sans qu'on s'éloigne de l'esprit de l'invention. On peut également fournir des moyens permettant de dissiper l'énergie magnétique en excès dans le transl0 formateur. Ces moyens de dissipation sont de manière préférentielle, réalisés sous forme d'une résistance pontée entre la dite première borne d'extrèmité de l'enroulement secondaire et sa borne intermédiaire. Les moyens de conduction unidirectionnelle 15 de courant sont préférentiellement des diodes. L'invention est également applicable aux circuits de puissance, tels que les régulateurs et les inverseurs, qui comprennent des transistors à circuit de pilotage de base du type décrit. Dans cette application, 20 le transformateur peut être un transformateur à saturation, de façon à bloquer le transistor après un temps de fonctionnement prédéterminé. De manière préférentielle, la source de pilotage de base comprend alors un signal de retour en provenance d'un signal de sortie du transis25 tor. D'autres caractéristiques avantageuses de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, et du dessin annexé représentant un circuit 30 de pilotage de la base d'un transistor de puissance selon l'invention. Le dessin joint à la demande représente un transistor de puissance 10, un transformateur 12, comprenant un enroulement primaire 14 et un enroulement 35 secondaire 16. L'enroulement secondaire présente une 4- première borne d'extrémité 18, reliée à l'émetteur du transistor, une borne intermédiaire 20 qui est connectée à la base du transistor, et une seconde borne d'extrémité 22. Le circuit comporte également une première diode 24 qui relie l'une des bornes d'extrémité de l'enroulement primaire au collecteur du transistor, et une seconde diode 26 qui relie la seconde borne d'extrémité de l'enroulement secondaire au collecteur du transistor. Une résistance 28 est pontée entre la première borne d'extrémité 18 et la borne intermédiaire 20 de 1' enroulement secondaire. Le circuit comprend enfin une source de pilotage de base 30, et une résistance 32 qui relie la source 30 à l'enroulement primaire. Les polarités des tensions dans le transformateur 15 12, en fonctionnement, sont désignées de façon conventionnelle au moyen de points. Sur l'enroulement secondaire, le rapport entre le nombre de spires séparant la première borne d'extrémité 18 et la borne intermédiaire 20 et le ncmbre 20 de spires entre la borne intermédiaire 20 et la deuxième borne d'extrémité 22, est de 1/2. Lors du fonctionnement du circuit, la différence de potentiel apparaissant sur la section la plus faible de l'enroulement secondaire, c'est à dire 25 entre la borne intermédiaire 20 et la première borne d'extrémité 18, est la tension émetteur-base du transistor V b. Ainsi, du fait qu'il y a un rapport de spires égal à un demi entre la section inférieure et la section supérieure de l'enroulement secondaire, la différence de potentiel totale aux bornes d'extrémité de l'enroulement secondaire est égale à 3Veb. Dans le cas o le transistor 10 est conducteur, et o le courant de base ib est suffisamment grand, la tension collecteurémetteur Vce a tendance à décroître jusqu'au moment ce o le transistor sature. Lorsque la tension Vce descend en dessous de 2Veb et si l'on tient compte du fait en dessous de 2Ve et si l'on tient compte du fait - 5 que la chute de tension dans la diode 26 est de l'ordre de Veb, un courant d'intensité ie traverse la diode 26, et la différence de potentiel de l'enroulement secondaire diminue. La tension émetteur-base du transistor Veb est également réduite, ce qui amène une diminution du courantde base ib. Ceci interrompt alors la chute de la tension V collecteur - émetteur. Le fonctionnement ce du circuit décrit jusqu'à présent est celui d'une boucle à réaction négative qui stabilise la tension collecteur - émetteur V à une valeur située au dessus ce du seuil de saturation. Lorsque le transistor 10 est conducteur, un courant de magnétisation se forme dans l'enroulement primaire 14 du transformateur. Au moment du blocage du transistor, le courant primaire total, i qui comprend P le courant de charge et le courant de magnétisation, est interrompu. Le courant de charge secondaire qui comprend le courant de base i-b et le courant ern surintensité i vers le collecteur, s'arrête également. e L'énergie magnétique qui est stockée dans le transforma20 teur tend à prolonger le courant de magnétisation qui est transféré vers l'enroulement secondaire sous forme d'un courant de base négatif. Ce courant de base négatif décharge le transistor et entraîne son blocage de façon brusque, ce qui limite la dissipation de blocage 25 à une valeur très faible. A la fin de l'action de décharge, toute l'énergie magnétique en excès est dissipée dans la résistance 28, et le transformateur retourne à son état d'énergie nulle avant le début du cycle de fonction30 nement suivant. La jonction base-émetteur est également maintenue en état inverse pendant le reste du cycle de blocage, ce qui permet d'éviter la formation d'impulsions parasites d'amorçage. Le transistor est empêché d'être réamorcé, 35 -- 6 -6 tant que la tension Vce collecteur-émetteur se trouve tantquela enson ce en dessous d'une valeur pré-déterminée. Ceci est obtenu par le couplage de l'enroulement primaire 14 avec le collecteur du transistor au moyen de la diode 24. Cette diode ne devient polarisée en sens direct que lorsque la tension collecteur-émetteur V chute en des sous ce de la tension V de la source de pilotage de base 30. s Ceci empêche ainsi l'amorçage prématuré du transistor. La résistance 32 est utilisée pour amener le 10 courant primaire i à sa valeur requise, avec P V = 2V ce eb Si la tension collecteur-émetteur V augmente ce du fait que le courant de collecteur i devient trop C important, ou que le courant de base jb chute trop forte15 ment, le transistor est alors bloqué, du fait de l'action de réaction positive qui s'établit à travers la diode 24, l'enroulement primaire 14 du transformateur, l'enroulement de pilotage de base et le transistor. La réaction entraîne la poursuite de l'augmentation de la tension collecteur-émetteur V, ce qui inverse la polarisation ce de la diode 24. Le courant primaire i est interrompu P et le courant de magnétisation est transféré au circuit de base, ce qui termine le cycle de blocage comme décrit précédemment. Il s'en suit que le circuit de pilotage de base selon l'invention, fournit les caractéristiques nécessaires mentionnées ci-dessus dans le préambule de la partie descriptive de la demande. Le circuit selon l'invention est particulière30 ment adapté à une utilisation avec des transistors de puissance, dans des régulateurs, des inverseurs ou des convertisseurs. Dans un convertisseur astable ou autooscillant, le transformateur de pilotage de base peut également assurer la fonction d'horloge qui 35 détermine la fréquence de fonctionnement du système. Ceci est réalisé en concevant le transformateur de - 7 pilotage de base de telle manière que son noyau sature après une période de fonctionnement prédéterminée, entraînant ainsi une chute brutale à ce moment du courant de polarisation de base. Ceci marque le début du cycle de blocage comme décrit ci-dessus. Dans ce cas, la source de pilotage de base peut être un enroulement de réaction sur transformateur, qui corsitie au moins une partie de la charge du transistor. Lorsque le circuit de pilotage de base selon 10 l'invention est utilisé avec un convertisseur à pont intégral, on peut monter deux capacités, reliées à la masse,de chaque coté de la charge, ces capacités ayant une valeur double de la capacité unique d'amortissement qui est généralement, et de façon classique pontée directement sur l'enroulement primaire du transformateur de charge. Ceci évite d'avoir à coupler en croix des circuits de pilotage de base c:ósés diagonalement pour permettre une commutation simultanée des deux transistors correspondant. Les deux côtés du convertisseur 20 à pont intégral peuvent être regardés comme deux circuits indépendants à demi-pont, qui sont soumis à un fonctionnement synchronisé du fait de l'oscillation résonnante de la tension de charge lors de la commutation, et de l'action des blocages des tensions de collecteurs. On peut réaliser un grand nombre de variantes de l'invention. Par exemple, la résistance 32 qui assure un rôle de limitation du courant, peut être remplacée ou encore on peut lui adjoindre une résistance dans l'enroulement secondaire, par exemple entre la borne 30 intermédiaire 20 et la base du transistor. Conserver la résistance 32 dans l'enroulement primaire présente l'avantage de limiter le courant d'enroulement primaire lorsque le transistor arrive à saturation. Une autre possibilité consiste à remplacer la résistance 32 par 35 un dispositif électronique de limitation de courant, qui limite le courant de l'enroulement primaire, lorsque - 8 la différence de potentiel aux bornes du dispositif atteint une valeur prédéterminée. Comme on l'a déja mentionné, le rapport des spires de l'enroulement secondaire est préférentiel5 lement 1/2, toutefois, il est également concevable d'utiliser des rapports différents, en fonction de l'application et des paramètres du transistor. 2 60 1 2 0 9 -9 REVENDICATIONS 1 / Circuit de pilotage de base pour transistor (10), du type constitué d'un transformateur (12) à enroulements primaire (14) et secondaire (16), une source (30) de pilotage de base, et des moyens (24,26)de conduction unidirectionnelle de courant, circuit caractérisé en ce que le dit enroulement primaire (14) est relié à la dite source (30) et au collecteur du transistor (10) au moyen d'un premier (24) des dits moyens de conduction unidirectionnelle de courant, et en ce que le dit second enroulement (16) est connecté d'une part par une première (18) de ses bornes d'extrémité à l'émetteur du transistor (10), et d'autre part, par sa seconde borne d'extrémité (22) au collecteur du transistor (10) à travers le second moyen (26) de conduction unidirectionnelle de courant, le dit enroulement secondaire (16) présentant également une borne intermédiaire (20) reliée à la base du transistor. 2 / Circuit selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans le dit enroulement secondaire (16), le rapport du nombre de spires entre, d'une part} la borne intermédiaire (20) et la dite première borne d'extrémité (18), et d'autre part entre la borne intermédiaire (20) et la dite seconde borne d'extrémité (22) est égal à un demi. 3 / Circuit selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une résistance (28) montée entre la dite première borne d'extrémité (18) de l'enroulement secondaire (16), et la borne 30 intermédiaire (20). 4 / Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le transformateur - 10 (12) est un transformateur à saturation, assurant le blocage du transistor (10) après un temps de fonctionnement prédéterminé. 5 / Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que la dite source (30) de pilotage de base, comporte un signal de retour provenant d'un signal de sortie du transistor (10).