Brevet FR2643197A1 — publié le 19900817

DE5CFiPTION La présente invention se rapporte à la commande de transistors bipolaires de puissance utilisés dans le chauffage par induction à haute fréquence. La commande de ces transistors est traditionnellement effectuée à laide de circuits comportants de nombreux transistors en cascade. Dans le chauffage par induction nous utilisons ces transistors en commutation ou en tout ou rien. C'est-à-dire que l'inter- rupteur formé par le transistor est ouvert ou fermé. Ansi, pour travailler dans les conditions optimales, ces transistors ont besoin d'un courant de commande ou courant de base dont la valeur est comprise entre le cinquième et le dixième du courant qu'ils doivent commuter.Pour obtenir des puissances élevées, les courants à commuter peuvent être très importants, des dizaines voir des centaines d'ampères. Celà entraîne des courants de base de l'ordre de la dizaine d'ampéres. Comme le signal electronique de commande a une valeur de l'ordre du Illiarere, nous devons lui faire subir une importante ampli ficat on, mille à dix mille fois la valeur de départ. Habituellement, la technlque utilisée pour arriver à la puissance désirée est de mettre en cascade des étages intermédiaires dont la puissance est croissante. Cette méthode a largement fait ses preuves. Rimais, Si nous désirons une fréquence de commutation supérieure à cinquante kilohertzs, l'association en cascade d'étages amplificateurs augmente le temps de commutation du transistor de puissance limitant ainsi la fréquence. D'autre part, lorsque les fréquences sont élevées, la longueur des liaisons entre les circuits a une importance capitale. En effet, les inductances de câblage qui sont négligeables à faible fréquence s'avèrent d'importants obstacles à fréquence élevée. I1 faut à tout prix les minimiser en réduisant la longueur de câblage. Si le nombre de composants électroniques est important, il est matériellement difficile de mettre l'un à côté de l'autre les étages amplificateurs et le transistor de puissance.Celà a pour effet de nous limiter en fréquence Il serait don souhaitable de posséder un dispositif de conrande de transistors bipolaires qui puisse associer : un faible nombre de composants électroniques, une amplification très importante et une simplicité dans le schéma du circuit de commande. Nous serions donc en présence d'un montage tres compact pouvant être placé très près du transistor de puissance pour réduire au axiu les inductances de câblage. De plus, il doit être en mesure de fournir au transistor de puissance de fortes pointes d'intensité avec de faibles temps de commutation pour nous permettre de fonctionner à des fréquences élevées. La figure 1 est un schéma d'un mode de réalisation d'une commande de transistors bipolaires de puissance selon l'inven tion. Ce circuit comporte des composants électroniques conven- tionnels généralement disponibles mais oui sont connectés d'une nouvelle manlere écrit ci-après. L'invention concerne un dispositif de commande de tran- sistors bipolaires de puissance utilisés dans le chauffage par induction à haute irecuence. 1-1 est essentiellement composé de trois parties : une partie isolation, une partie amplification et une partie adaptation et amplification. l'isolation galvanique entre l'électronique de commande et l'électronIque de puissance est réalisée à l'aide de l'opte- coupleur (1). Contrairement au branchement habituel de ce circuit, son alimentation est prise entre la source de tension négative (8) et ie potentiel de référence (7). La résistance (10, sert à la polarisation de (1). La partie amplification est réalisée à l'aide d'un amplificateur intégré (2).Son bran chient original entre le potentiel positif (9) et le potentiel négatif (8) permet de transformer le signal de très faible puissance fourni par (1) dont la référence est le potentiel négatif (8) en un signal alternatif par rapport au potentiel de référence (7). I1 est capable de fournir directement de fortes pointes d'intensité à l'étage push pull intermédiare. L'originalité de cet étage push pull réside dans sa composition non symétrique. En effet, il est constitué d'une part par un transistor bipolaire (3) de faible tension et d'un transistor à effet de champ de type MOSwE- (4 ) d'autre part. Le transistor bipolaire (3) assure le passage du courant de base du transistor de puissance (6). Tandis que le transistor à effet de champ (4) qui possède des temps de commutation très courts permet de diminuer le temps de stockage du transistor (6). Le transistor à effet de champ (4), grâce à sa faculté de supporter de fortes pointes d'intensité négatives évacue très rapidement les électrons de la base du transistor (6). La diode d'anti-saturation (5) permet au transistor de puissance (6) d'être en permanence en régime de quasi-saturation ce qui augmente les performances du transistor (6). Ainsi, à partir d'un signal de l'ordre du milliampère, fourni par l'optocoupleur (1), nous disposons pour commander le transistor de puissance (6), d'un courant de base pouvant dépasser les dix ampères. Selon une variante, nous pouvons maitriser en partie les temps de commutaticns du transistor (6). En effet, si nous interposons dans les bases des transistors (3) et (4) des r- sistances variables, nous pouvons règler sans aucune difficultés les temps de commutation de (3) et (4) qui eux-mêmes modifirons les temps de mcntée et de descente du transistor (6). Si nous désirons réduire l'amplitude des impulsions de courant dans la base de (6) il suffit de mettre une résistance ce faible valeur en série avec le collecteur de (3) et le drain de (4). Une caractéristique de l'invention réside dans la possibilité de convenir parfaitement bien pour la commande de montage en darlington. Dans ce type de montage la commande doit être en mesure d'injecter dans la base du darlington un courant de l'ordre de quelques ampères mais aussi pouvoir supporter un courant inverse assez important. Ansi la présence du transistor à effet de champ (4) qui relie la base au potentiel négatif, forme un interrupteur extrèmement rapide qui supporte un fort courant négatif. La puissance commutée par des montages darlington peut atteindre une centaine de kilowatts et même plus. L'originalité de l'invention est de convenir aussi bien pour commander des transistors bipolaires à des fréquences très élevées que pour commander des montages darlington commutant des puissances importantes à des fréquences plus faibles. Une autre caractéristique de l'invention réside dans la possibilité de commander indifféremment un transistor à effet de champ de type MOSFET à la place du transistor bipolaire (6). Ce type de transistor possède une très grande impédance statique d'entrée mais une forte capacité parasite d'entrée. Sa commande doit donc être en mesure de charger et de décharger très rapidement cette capacité parasite si nous voulons fonc tionner à des fréquences encore plus élevées qu'avec les transistors bipolaires. Dans ce type d'utilisation la diode d'anti- saturation (5) est inutile. Le schéma du circuit de commande reste conc identique à ltexception de la diode (5) qui est inutile. Dans un autre ode de réalisation pour commander des transIstors à effet de champ de puissance, le transistor bipo- laire k3) peut être replacé par un transistor à effet de cnarrp de faible tension. Dans un mode de réalisatIon, les composants convention els du circuit de la figure l sont choisis avec les caract=- ristiques suivantes : la sourie de tension positive (9ì à pour valeur + 8 volts ; la source de tension négative (8) à pour valeur - 8 volts ; l'optocoupleur (1) est un optocoupleur à fibre optique du type HP R 2524 ; la résistance de polarisation (10: est une résistance interne à l'optocoupleur (1) dont la valeur est de mille ohms ; l'amplificateur intégré (2) est un amplificateur circuit d'interface pilote d'horloge ; le transistor bipolaire (33 est du type BUV 26 ; le transistor à effet de champ (4) est du type IRF 9330 ; et la diode d'antisaturation (5) est du type BYT 13 800. Dans le fonctionnement initial du dispositif, l'électro- nique de commande produit des signaux rectangulaires. Lorsque la photo-diode de l'optocoupleur (1) est conductrice elle émet un rayon lumineux qui fait conduire le photo-transistor qui relie le signal de sortie de l'optocoupleur au potentiel (8). Lorsque la photo-diode n'est plus conductrice, le signal de sortie de (1) est au potentiel de référence (7). Le signal émit par l'optocoupleur (1) subit une importante amplification e courant grâce à l'amplificateur intégré (2). Ce circuit est un circuit inverseur, c'est-à-dire que lorsque son entrée est au potentiel de référence (7), sa sortie est au potentielnéga- tif (85. La sortie est au potentiel (9) lorsque son entrée est au potentiel négatif (8). Lorsque le signal émit par l'amplificateur (2) est au potentiel (9) il permet de faire conduire le transistor (3) qui injecte un courant dans la base du transistor (6) qui devient passant. Pendant ce temps le transistor (4) reste bloqué.Lorsque le signal émit par (2) est au poten tiel négatif (8), le transistor (3) se bloque tandis que le transistor (4) devient passant à son tour reliant ainsi la base du transistor (6) au potentiel négatif (8). De cette manière les électrons libres dans la base de (6) peuvent s'évacuer très rapidement ce qui provoque un blocage très rapide du transistor de puissance (6). La diode (5) permet d'autoréguler le courant de la base du transistor de puissance (6) en fonction de la puissance commutée par celui. L invention concerne donc un dispositif de commande de transistors bipolaires de puissance permettant d'atteindre des fréquences élevées généralement utilisées dans le chauffage par induction. Les principes de l'invention ont été descrits en regard d'applications spécifiques mais il est bien entendu que la description n'est faite qu'à titre d'exemple et ne limite en rien le cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif de commande de transistors blpo- laires de puissance caractérisé en ce qu'il comporte un système d'isolation galvanique (1), le signal émit par ledit sys tèe d'isolation galvanique est amplifié à l'aide d'un ampli ficateur intégré de courant (2), ledit amplificateur intégré à son alimentation prise entre le potentiel positif (9) et le potentiel négatif (8) pour permettre de commander directement un montage rush pull par un signal alternatif par rapport au potentiel de référence (7), ledit montage push pull est assy metrlque, ledit montage push pull est constitué par un transistor bipolaire (3:- cul met en conduction le transistor de puissance (6) et par un transistor à effet de champ (4) qui bloque la conduction au transistor de puissance (6), ledit, transistor de puissance 66) reste en permanence en régime de quasi-saturation grâce à la diode (5) dont l'anode est con- nectée à la base du transistor bipolaire (3) et la cathode de ladite diode (5; est connectée au collecteur du transistor de puissance (o: : 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce le dit transistor (3) peut être constitué par un transistor à effet de champ.