Brevet FR2642176A1 — publié le 19900727

DISPOSITIF ET PROCEDE DE DETECTION DU PASSAGE D'UN COURANT DANS UN TRANSISTOR MOS La présente invention concerne le domaine des transis- tors MOS de puissance. De façon classique, un transistor MOS de puissance est souvent réalisé selon la technologie dite DMOS (MIOS diffusé) et est composé d'un ensemble de nl cellules identiques qui lui per- mettent, par leur répétition, de supporter des puissances impor- tantes. La valeur de nl est par exemple 2500. Ce transistor MOS est généralement destiné à être relié en série à une charge. La figure 1 représente un transistor MOS de puissance MI connecté en série, par sa source Si, à une charge L. Le drain D1- du transistor est relié à une première borne 1 d'une source d'alimentation. La borne libre de la charge L est relise à la deuxième borne 2 de la source d'alimentation. Habituellement, une tension VCC positive est appliquée à la borne 1, la borne 2 étant connectée à la masse. Le transistor Ml est rendu passant si une tension de commande VH supérieure à la tension VCC est appliquée sur sa grille G1 par une source de commande 3. Il peut arriver que la charge soit interrompue alors que le transistor est à l'état passant. Cette charge peut être consi- dérée comme interrompue lorsque le courant la traversant devient inférieur à un courant seuil IA dont la valeur est par exemple IA = 3 mA. Lorsque le courant qui traverse le transistor M1 baisse à une valeur inférieure à ce courant seuil, la chute de tension VDS entre le drain et la source de ce transistor diminue et de- vient inférieure à i mV. Une façon de détecter une telle interruption de charge pourrait consister à mesurer la chute de tension VDS. Pour ce faire, on utilise couramment un circuit comprenant un transistor -OS auxiliaire M2, composé par exemple de n2 = 50 cellules iden- tiques aux nl cellules constituant le transistor de puissance relié par son drain D2 à une résistance R dont la borne libre est connectée à la borne 1 de la source d'alimentation. La source S2 du transistor 1M2 est directement connectée à la source Si du tran- sistor Mi. La grille G2 du transistor M2 est directement connectée à la grille G1 du transistor ill. Un anplificateur opérationnel Ai compare la chute de ten- sion aux bornes de la résistance R à une valeur de diagnostic VX. Si on appelle IL le courant dans la charge L, IM1 le courant dans le transistor M1, IM2 le courant dans le transistor 112, et RONi et RON2 les résistances à l'état passant en régime linéaire des transistors M1 et 142 respectivement, la chute de tension VR aux bornes de la résistance R sera: VR = R IM2 VR = R IL RON# RON1 IL. (1) RON1 + RON2+ R En effet, on a toujours RON et R02 petits devant R. La valeur de RONl est classiquement de l'ordre de quel- ques dizièmes d'ohm, par exemple 0,3 ohm. La tension VR est celle que l'on compare à une tension de référence. En pratique, on ne sait pas faire commodément des associations comparateurs/ tensions de référence dans lesquelles la valeur de la tension de référence est inférieure à quelques dizaines de millivolts, par exemple 30 millivolts. Ainsi, on déduit de la relation (1) que l'on pourra dé- tecter des passages de courant IL pour une valeur minimale de 30 mV/0,3 ohm = 100 mA. Or on voudraft détecter des courants dans la charge de l'ordre de 3 mnA. La présente invention propose un dispositif permettant -la détection de courants associés à des interruptions de charge et un procédé de détection associé. Plus précisément, la présente invention prévoit un dis- positif de détection du passage d'un courant inférieur à un cou- rant seuil donné dans une charge en série avec un transistor MOS de puissance, la borne libre du transistor MOS étant reliée à une 2: première borne d'une source d'alimentation dont la deuxième borne est reliée à la borne libre de la charge, la grille du transistor MOS étant reliée à une source de commande. Un moyen de détection de chute de tension est connecté aux bornes du transistor MOS et une boucle d'asservissement impose une tension de grille appro- priée au transistor MOS dès que la chute de tension à ses bornes tend à descendre en dessous d'un niveau déterminé. Selon un autre aspect de la présente invention, il est prévu un procédé de détection du passage d'un courant inférieur à un courant seuil donné dans une charge en série avec un transistor MOS de puissance alimenté par une tension déterminée. Ce procédé consiste à comparer la tension aux bornes du transistor MOS à une tension de référence et à faire diminuer la tension sur la grille du transistor MOS dès que sa tension aux bornes chute en dessous de la tension de référence, d'o il résulte que le courant dans le transistor MOS reste détectable et que le transistor MOS fonction- ne toujours dans sa région de saturation. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'au- tres de la présente invention seront exposes plus en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1, déjà décrite, représente un schéma électri- que d'un dispositif de détection de courant selon l'art antérieur; la figure 2 représente un dispositif de détection de courant selon la prgsente invention; la figure 3 représente un node de réalisation du dispo- sitif de détection de courant selon la présente invention; et la figure 4 représente un réseau de courbes de courant dans un transistor MOS en fonction de la tension à ses bornes pour différentes valeurs de la tension appliquée sur sa grille. La figure 2 représente un schéma électrique d'un dispo- sitif de détection du passage d'un courant IL dans une charge L en série avec un transistor MOS de puissance ?11. Comme dans le cas de la figure 1, la borne libre du transistor 111 est reliée à une pre- mière borne 1 d'une source d'alimentation et la borne libre de la charge L est reliée à la deuxième borne 2 de la source d'alimenta- tion. Une source de commande 3, reliée à la grille Gl du transis- tor M1, fournit à cette grille G1 une tension de commande VH. Un moyen de détection de la chute de tension aux bornes du transistor Ml, ce moyen étant représenté par le bloc 11, est connecta entre le drain D1 et la source Sl du transistor Ml. Par rapport à la figure 1, le dispositif comprend en ou- tre une boucle d'asservissement représentée par le bloc 12 dont une première borne 13 est connectée à la grille G1 du transistor MI et une deuxième borne 14 est connectée à la source Sl de ce transistor. Un élément 15, constitué par exemple par une source de courant, est connecté entre la source de commande 3 et la grille G1 du transistor Mi afin de permettre de faire varier la tension appliquée sur cette grille Gl de sorte que la chute de tension aux bornes du transistor MOS reste toujours supérieure à une valeur déterminée. La figure 3 représente un schéma électrique d'un mode de réalisation du dispositif de détection de courant selon la présen- te invention. Ce schéma électrique est semblable au schéma élec- trique de la figure 2. Le moyen de détection de la chute de tension aux bornes du transistor M1, qui est représenté sur la fi- gure 2 par le bloc 11, est composé d'un transistor 1IOS auxiliaire 1I2 ayant n2 cellules, d'une résistance R, d'un amplificateur opé- rationnel Ai et d'une source de tension de diagnostic VX disposés comme ils le sont dans la figure 1. Une tension VCC positive est appliquée à la borne 1 de la source d'alimentation, la borne 2 étant connectée à la masse. L'élément 15 du schéma électrique de la figure 2 est une source de courant (une impédance). La boucle d'asservissement, représentée sur la figure 2 par le bloc 12, est composée d'un amplificateur opérationnel A2 et d'une source de tension de référence 21. L'amplificateur opéra- tionnel A2 comprend une première entrée 22 reliée à la source Sl du transistor MI et une deuxième entrée 23 reliée à une première borne de la source de tension de référence 21. La deuxième borne de cette source 21 est reliée au drain-Dl du transistor Ml et dé- livre une tension de référence VK positive. La sortie 24 de l'amplificateur opérationnel A2 est connectée aux grilles G1 et G2 des transistors M1 et M2, respectivement. La figure 4 représente un réseau de courbes Cl à C3 du courant IM1 entre le drain et la source du transistor Mi en fonc- tion de la tension VDS entre le drain et la source de ce tran- sistor. Chacune des courbes C1 à C3 correspond à une tension de grille, VGS1 à VGS3 respectivement. La tension VGS1 est égale à la tension de commande VH. Chaque courbe est divisée en deux régions:une région de saturation pour laquelle la tension VDS est supérieure à une tension de saturation VDSSat et o le courant IM1 est égal à un courant constant de saturation ISat, et une région sensiblement linéaire pour laquelle la tension VDS est inférieure à la tension de saturation VDSSat et o le courant IM1 est sensiblement propor- tionnel à la tension VDS. Au fur et à mesure que VGS diminue, ISat et VDSSat diminuent. Les courants ISatl, ISat2 et ISat3, ainsi que les tensions VDSSatl, VDSSat2 et VDSSat3, sont associés aux cour- bes Cl, C2 et C3, respectivement. Lors d'une baisse du courant IL dans la charge, la ten- sion VDS diminue. Elle devient inférieure à la tension VDSSatl. Tant qu'elle est supérieure à la tension de référence VK, l'inten- sité du courant IM1 diminue sur la courbe C1. Quand la tension VDS tend à devenir inférieure à la ten- sion VK, l'amplificateur opérationnel A2, qui tend à maintenir ses entrées 22 et 23 au même potentiel, devient actif pour maintenir la tension VDS aux bornes du transistor Ml égale à la tension VK. Pour y parvenir, c'est-à-dire pour cohserver une tension VDS nota- ble alors que le courant IM1 tend à diminuer, l'amplificateur opé- rationnel A2 fait baisser la tension VGS sur les grilles G1 et G2 à une tension telle que la tension VGS3 correspondant à la courbe C3 de la figure 4. La tension de saturation VDSSat est alors égale à la tension VDSSat3. La tension de référence VK est par exemple égale à 150 mV. Lors des interruptions de charge, les tensions de saturation descendent à des valeurs de tension VDSSat3 de l'ordre de 50 mV nettement inférieures à VK. Ainsi, le transistor Ml fonctionne en régime de saturation. Le courant IM1 qui le traverse est égal au courant de saturation ISat3. Sans la boucle d'asservissement, les transistors Ml et M2 entraient en régime linéaire quand le courant dans la charge chutait. Avec la boucle d'asservissement, puisque les transistors M1 et M2 fonctionnent en régime saturé à la suite de la chute du courant IL, les courants IM1 et IM42 sont reliés par la relation IM1 = (nl/n2)IM2. Ainsi, puisque IL = IM1+I2, on a: IL = (nl/n2) IM2 + IM42 soit IL = [(nl/n2)+l]IM2- Le courant IM2 est relié à la tension VR aux bornes de la résistance R par la relation IM2 = VR/R. Le courant IL est ainsi donné par [(nl/n2)+l] IL R VR. Si l'on prend les valeurs R = 500 ohms et nl/n2 = 2500/50, c'est-à-dire. nl/n2 = 50, et si l'on considère, comme valeur de tension de diagnostic au-dessus de laquelle on réalise des associations comparateurs/tensions de diagnostic convenables, la valeur 30 mV, on pourra détecter des passages de courant IL jusqu'a une valeur de (50+1)30 mV/500 ohms # 3 mA correspondant bien à la valeur du courant seuil IA. La présente invention est susceptible de nombreuses va- riantes de réalisation qui apparaîtront à l'homme de l'art. Par exemple, le transistor M2, la résistance R, l'amplificateur opéra- tionnel Ai et la source de tension de diagnostic VX pourront Etre remplacés par tous moyens de détection de la chute de tension aux bornes du transistor MI. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection du passage d'un courant (IL) inférieur à un courant seuil (IA) donné dans une charge (L) en série avec un transistor MOS de puissance (M1), la borne libre du transistor MOS étant reliée à une première borne (1) d'une source d'alimentation dont la deuxième borne (2) est reliée à la borne libre de la charge (L), la grille (G1) du transistor MOS étant reliée à une source de commande (3), comprenant un moyen (11) de détection de la chute de tension aux bornes du transistor MOS, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une boucle d'asservisse- ment (12) pour imposer une tension de grille appropriée au tran- sistor MOS dès que la chute de tension à ses bornes tend à -descendre en dessous d'un niveau déterminé. 2. Disposetif de détection selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que la boucle d'asservissement (12) est composée d'un amplificateur opérationnel (A2) et d'une source de tension de référence (21), l'amplificateur opérationnel ayant une première entrée (22) reliée à la source (SI) du transistor MOS, une deuxiè- me entrée (23) reliée à la borne négative de la source de tension de référence dont la borne positive est reliée au drain (D1) du transistor MOS et une sortie (24) connectée à la grille (G1) du transistor MOS, une source de courant (15) étant prévue entre la sortie (24) de l'amplificateur opérationnel (A2) et la source de commande (3) pour permettre une consommation de courant dans l'amplificateur opérationnel afin d'abaisser la tension de grille du transistor MOS. 3. Dispositif de détection selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le moyen (11) de détection de la chute de ten- sion aux bornes du transistor 10S de puissance comprend: - un transistor MOS auxiliaire (M2) dont la source (S2) est connectée à la source (Si) du transistor MOS de puissance et dont la grille (G2) est connectée à la grille (G1) du transistor MOS de puissance, - une résistance R dont une première borne est reliée au drain (D2) du transistor MOS auxiliaire et la deuxième borne est connectée à la première borne de la source d'alimentation, et - un amplificateur opérationnel (A1) et une source de tension de diagnostic (VX). 4. Procédé de détection du passage d'un courant (IL) in- férieur à un courant seuil (IA) donnE dans une charge (L) en série avec un transistor MOS de puissance (Ml) alimenté par une tension déterminée (VCC), caractérisé en ce qu'il consiste à comparer la tension (VDS) aux bornes du transistor MOS (M1) à une tension de référence (VK) et à faire diminuer la tension sur la grille du transistor MOS dès que sa tension aux bornes chute en dessous de la tension de référence, d'o il résulte que le courant (I l) dans le transistor MOS reste détectable et que le transistor MOS fonc- tionne toujours dans sa région de saturation. 5. Procedé de détection selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la tension de référence (VK) est égale à 150 mV.