Brevet FR2612022A1 — publié le 19880909

Circuit de commutation par un transistor MOS CSEEL N L'invention concerne un circuit de commutation d'une charge reliée à la masse par un transistor MOS CANAL N. Pour les commutations de forte puissance, on connait des systèmes a relais électromécaniques qui peuvent assurer de par leur dimensionnement un tres bon pouvoir de coupure. N8anmoins, il peut leur être reproché leur vulnera- bilité vis-à-vis des problèmes de court-circuit. D'autre part, leur durée de vie est insuffisante et soueent aléatoire. Les progrès technologiques et économiques recents constatés sur les semiconducteurs de puissance autorisent leur utilisation dans les applications industrielles. Ces progrès se sont particulièrement manifestés sur les transistors MOS CANAL N. L'invention vise à permettre l'utilisation de transistors MOS CANAL N en tenant compte des commutations de charges normalement connectées à la masse pour lesquelles des transistors MOS canal P sont plus appropriés mais encore trop coûteux, et en assurant la protection totale vis à vis des court-circuits. A cet effet, le circuit selon l'invention est caractérisé par le fait que la grille du transistor est alimentée par l'intermédiaire d'un condensateur relié à la source dudit transistor, une diode étant interpose entre ledit condensateur et l'alimentation positive dudit transistor. L'invention sera bien ccmprise à la lecture de la description suivante faite en se référant au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est un schéma d'un transistor MOS CANAL N. - la figure 2 est une courbe de variation de l'intensite drann -source (I ds) en fonction de la tension grille-source ( V g s - la figure 3 est un sch8ma d'un circuit de commutation ne comportant pas les caractéristiques de l'invention, et - les figures 4,5 et 6 sont des schémas electriques de diverses variantes du circuit selon l'invention. Une représentation d'un transistor MOS canal N qui fait apparaître la source ( s ), le drain ( d ), et la grille ( g ). Sur la grille apparait la tension Vgs grille-source (figure 2) nécessaire à la commande du transistor. On notera que cette tension permet de faire fonctionner le transistor en rSgulateur de courant puisqu'il existe une relation connue entre Ids et Vgs. I1 en découle également que si ce transistor est utilisé pour commuter une charge connectez à la masse ( figure 3 ), il sera nécessaire d'appliquer à la grille une tension de commande supérieure à la tension d'alimentation du systeme. une solution peu couteuse est apports par le schéma de la figure 4 utilisant un condensateur C et une diode D. Dans la phase non commutée, le condensateur C est chargé à travers la diode C et la charge L. Lorsqu'une tension supérieure à 4 volts est appli quèe sur la grille, le transistor commence à conduire et il s'établit une élévation de tension sur la charge L. Celle-ci est transmise à la grille par l'intermEdimire du condensateur C. Le phénomène s'accentue jusqu'à obtenir une saturation complète du transistor. A ce stade, la tension sur la grille est égale à environ 2 U. I1 va de soi que oe système ne peut être utilisé que dans les applications où la ccmmutation est cyclique car il est nécessaire de recharger perio- diquement le condensateur pour compenser sa décharge roalgré l'impédance élevée du transistor MOS. Dans ce mode de commande, la tension Vgs n'tant pas limitée, le courant que peut fournir le transistor est maximal. Si nous limitons cette tension Vgs à une valeur Vgsl, corresponant au courant Idsl nécessaire à l'application, par une resistance R et une diode zener Z (figure 5 ),lorsqu'apparait une surcharge en L, la tension aux bornes de L diminue. Du même coup, la tension transmise par le condensateur diminue et la polarisation Vgs également. Ceci constitue une autorégulation du système de commutation. Si un court circuit franc est applique en L, la tension aux bornes de L s'annule ainsi que la tension Vgs et le transistor se désamorce. Ce schema simple n'est valable que pour des charges résistives car, dans ce cas, il est aisé de déterminer le courant nécessaire à l'utilisation normale. Dans le cas de oommutation de lampes ou de moteurs, il apparait un courant de pointe très important à la mise sous tension. Dans ce cas, le courant de limitation du système ne peut être déterminé à partir de ce seul élé- ment car la protection serait alors illusoire. Le schea de la figure 6 propose à titre d'exile un dispositif de commande du transistor dans lequel la tension Vgs varie selon une loi telle que le courant de limitation du transistor soit très voisin à tout instant du courant nécessaire au bon fonctionnement de la charge. Au début de la commutation, le condensateur C1 est dechargs, la résistance RI est donc shuntée par la résistance R3. La tension Vgs prend donc une valeur du pont diviseur formé par R2,R1 et R3. Après charge du condensateur C1, cette tension prend la valeur du pont R1 et R2. Ces deux valeurs de pont déterminent la valeur du courant initial (de pointe) et la valeur du courant établi. La constante de temps de cette variation dépend des valeurs de C1, Rl, R2 et R3. L'invention s'applique par exemple à une centrale de clignotement pour véhicule automobile. Revendications 1. - Circuit de cammutation d'une charge (L) reliée à la masse par un transistor MOS CANAL N, caractérisé par le fait que la grille (g) du transistor est alimentée par l'inteerédaiire d'un condensateur (c) relié à la source (s) dudit transistor, une diode (D) étant interposée entre ledit condensateur (c) et l'alimentation positive (+ U) dudit transistor. 2. - Circuit selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une résistance ( R ) et une diode Zener ( Z )sont interposées entre la grille ( g ) du transistor et les bornes dudit condensateur ( C ). 3. - Circuit selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un pont diviseur ( R1, R2, R3 ) avec un second condensateur ( C1 ) est interposé entre la grille (g) du transistor et les bornes dudit condensateur (C)