Brevet FR2656965A1 — publié le 19910712

COMMANDE ET CONTROLE D'UN CCMMUTATEUR DE PUISSANCE La présente invention concerne la ocm Imande et le contrôle des ocmnutateurs de puissance Elle Cooeere plus parti- culièrement la commarnde de commutateurs de puissanoe dont une borne se trouve à un potentiel de référence flottant et les cir- cuits translateurs de niveau destinés à transmettre, à partir d'un circuit de contrôle à un potentiel de référence fixe, des ordres vers un circuit de ccmnarnde de commutateur de puissarnce, ou inverseaent à en reoevoir des informations de contrôle. La figure 1 représente très schématiquement la commarixde d'un commutateur de puissance 1 disposé en série avec un autre comautateur de puissance 2 référerné à la masse, oes deux commu- tateurs faisant par exemple partie d'un montage en pont Le point de connexion des deux commutateurs se trouve à un potentiel flot- tant VF susceptible d'une part d'atteindre de fortes tensions, d'autre part d'être soumis à des variations de tension très rapides, par exemple plusieurs dizaines de milliers de volts par microseconde L'ensemble de commande comprend, d'une part, un circuit de contrôle 10 reoevant des ordres externes sur une borne 11 et référencé à la masse et d'autre part un circuit de commarnde de grille propre à chacun des commutateurs, et notamment un circuit de cnmmiarde de grille 20 pour le commutateur 1 Entre les circuits 10 et 20 est inséré un circuit translateur de niveau 30 référencé à la masse ainsi qu'à un potentiel flottant V'F variant avec le potentiel flottant VF. Le circuit de comarnde de grille 20 est roessi t référencé au potentiel flottant VF Il se pose donc des problè- mes de translation de niveau entre les circuits de ccntrôle et de o Exmainde et il se présente génrralement deux i ivénients, d'une part, une certaine Noescmation d'énergie, quand le ccmmutateur 1 est à l'état passant, due au courant circulant alors dans le translateur 30 soumis à la tension V'F, d'autre part, une sen- sibilité aux parasites résultant des fluctuations du potentiel flottant VF et dcnc de V'F- Pour résoudre les problèmes de onsamiation, on a prévu des circuits à anarne par impulsions tels que celui illustré en figure 2 Dans ce circuit, la partie de ccmmandale de grille 20 comprend une bascule RS 21 dont la sortie est appliquée par un amplificateur 22 à la grille du transistor de puissance 1. Chacune des entrées R et S de la bascule reçoit l'une des sorties d'un circuit translateur de niveau, respectivement 31 et 32. L'ensemble de oes circuits 21, 22, 31 et 32 est référencé au potentiel flottant V'F Les circuits translateurs de niveau 31 et 32 reçoivent des impulsions de cmmarx 3nde à partir du circuit de contrôle 10 par l'intermédiaire de circuits 33 et 34. Ce type de circuit présente l'avantage d'éviter une dissipation notable d'énergie dans le circuit translateur 30 mais est sensible à des parasites sur la source VL ou à des varia- tions brutales de la tension VF En effet, il existe inévita- blement des capacités parasites, par exemple des capacités de transistors MOS, 35 et 36, susoeptibles de se charger sous l'effet de variations brutales de tension et susceptibles, par suite de variations brutales de la valeur du potentiel flottant, de faire apparaître des impulsions parasites aux bornes ou à l'intérieur des circuits 31 et 32 ce qui peut provoquer des basculements intempestifs de la bascule RS 21. Un objet de la présente invention est de prévoir un circuit permettant d'éviter l'influence de ces capacités parasites. Alors que l'approche usuelle pour atteindre oe résultat consiste à minimiser les valeurs des capacités parasites, la demaxnderesse s'est aperçu qu'un effort dans cette direction se heurte forcément à des limitations et la présente invention propose de transmettre les ordres, entre le circuit de contrôle référencé à la masse et le circuit de core Ide de grille réfé- rencé au potentiel flottant, par l'intermédiaire d'un ensemble de codage/translateur/décodage destirn à fournir des signaux d'actionnement à l'une ou l'autre voie de la bascule RS seulement quand l'une des voies reçoit un signal codé prédétermirné. Plus particulièrement, la présente invention cooexrne un circuit de commarnde et de contrôle d'un commutateur de puis- sance comprenant une première partie liée à ce oam Lutateur et alimentée en référence au potentiel flottant d'une électrode de oe oemmutateur, une deuxième partie liée à des circuits exté- rieurs au commutateur et alimentée en référence à un potentiel fixe, un codeur au niveau de la deuxième partie et un décodeur adapté au niveau de la première partie. Selon un nmode de réalisation de la présente invention, les première et deuxième parties comprennent chacune un codeur/ décodeur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la liaison entre les deux parties se fait par deux voies respec- tivement reliées aux entrées R et S d'une bascule, et le codeur comprend des moyens pour envoyer simultanément au moins une impulsion sur chaque voie puis au moins une impulsion sur une voie sélectionnée, le décodeur comprenant des moyens de déxxodage appropriés. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: les figures 1 et 2, décrites préo en T'nt, sont desti- nées à illustrer l'état de la technique et le problème que vise à résoudre la présente invention; la figure 3 représente sous forme de blocs l'agerxoement général d'un circuit selon la présente invention; la figure 4 représente un mode de réalisation de cir- cuit de codage selon la présente invention; la figure 5 représente un mode de réalisation de cir- cuit de décodage selon la présente invention; la figure 6 représente des signaux en divers points du circuit de codage lors d'une commande de mise en conduction; et la figure 7 représente des signaux en divers points du circuit de codage lors d'une commande d'ouverture. Dans ces diverses figures, de mnmes référernces numé- riques désignent des éléments identiques ou analogues. La figure 3 illustre de facon générale et sous forme de blocs un circuit selon la présente invention Ce circuit comprend, du côté du circuit de oentrôle 10 référencé à la masse, un codeur d'impulsions 40 et, du côté du circuit de ccmmande de grille 20 référencé au potentiel flottant VF, un décodeur 50, séparés par un circuit translateur de niveau 30 Le décodeur a été illustré à l'entrée du circuit 20 En fait, il sera imbriqué avec ce circuit pour être disposé derrière les emaplacements o sont susceptibles d'apparaitre des impulsions parasites pour pouvoir faire la différence entre les impulsions codées en prove- nance du codeur 40 et des impulsions parasites, comme cela apparaîtra plus clairement à la lecture de la description ci-après. Un exemple de circuit codeur 40 faisant partie du circuit de contrôle 10 est illustré en figure 4 Ce circuit 40 comprend un oscillateur générateur d'impulsions 41 dont la sortie est appliquée à l'entrée C* d'un compteur 42 Le signal de ommande déterminant la sortie de circuit apparaît sur son entrée IN et passe d'un état bas à un état haut quand on veut déterminar la mise en conduction du commutateur de puissance 1 Les sorties OUTA et OUTB de ce circuit apparaissent à la sortie de portes OU 01 et 02 Le signal IN est appliqué à l'entrée d'une porte ET Ai et, par l'intermédiaire d'un inverseur Il, à l'entrée d'une porte ET A 2 La sortie de la porte A 1 est envoyée à une première entrée d'une porte OU 03, d'une porte ET A 3, d'une porte ET A 4 et d'une porte ET A 5 La sortie de la porte ET A 2 est envoyée à la deu- xième entrée de la porte OU 03, et aux premières entrées de portes ET A 6, A 7 et A 8. La sortie de la porte ET A 5 est envoyée à l'entrée R d'une bascule de type D 43 et à l'entrée C d'une bascule de type D 44 La sortie de la porte ET A 8 est envoyée à l'entrée C de la bascule 43 et à l'entrée R de la bascule 44 Les entrées D de oes bascules 43 et 44 sont fixées à un potentiel positif et les sorties complémentaires Q* de ces bascules sont respectivement envoyées à chacune des deuxièmes entrées des portes ET Al et A 2. La sortie de la porte OU 03 est envoyée à l'entrée R* du comp- teur 42 La sortie de rang O de oe compteur 42 est envoyée à une première entrée d'une porte ET à trois entrées A 9 dont les deuxième et troisième entrées reçoivent les sorties de rang 1 et 2 du compteur 42 par l'intermédiaire d'inverseurs I 2 et I 3 La quatrième sortie du compteur 42 est envoyée aux deuxièmes entrées des portes A 5 et A 8 La sortie de rang O du compteur 42 est éga- lement envoyée aux deuxièmes entrées des portes A 3 et A 6 La sortie de la porte A 9 est envoyée aux deuxièmes entrées des portes A 4 et A 7 La porte 01 reçoit les sorties des portes A 3 et A 7 et la porte 02 la sortie des portes A 4 et A 6. Le fonctionnement de ce circuit va être expliqué dans le cas d'une commxnaride de mise en cxoduction du commutateur de puissance 1 Pour cela, on a indiqué en figure 6 le signal IN, qui passe d'un niveau bas à un niveau haut lors de la réception d'un ordre de fermeture et les signaux de sortie codés OUTA et COUTB résultants, ainsi que, par des chiffres entourés de cercles, les signaux apparaissant en différents points du circuit désigrnés de la nmme manière. On suppose qu'initialement la sortie Q* de la bascule 44 ( 1) est à haut niveau et la sortie Q* de la bascule 43 ( 2) est à bas niveau Lors de la commutation de l'entrée IN, il en résulte que la sortie ( 3) de la porte ET Al passe à haut niveau et que la sortie ( 4) de la porte ET A 2 reste à bas niveau La sortie ( 5) de la porte 03 passe également à haut niveau en même temps que la sortie ( 3) de la porte ET A 1 La sortie ( 6) de l'oscillateur 41 fournit en continu des créneaux Le signal ( 7) sur la sortie de romptage O du compteur 42 fournit des créneaux à fréquence moitié de celle de l'oscillateur 41 La sortie ( 8) de la porte ET A 9 fournit seulement le premier créneau et le signal ( 9) de sortie de comptage 4 du compteur 42 fournit une impulsion quand quatre créneaux ont été obtenus sur la sortie de comptage O ( 7) Ce signal ( 9) appliqué aux portes A 5 et A 8 fait changer d'état les signaux ( 1) et ( 2) (aux sorties Q* des bascules de type D 44 et 43) Il en résulte une commutation de l'état de la sortie ( 3) de la porte ET AM et donc de la sortie ( 5) de la porte XOU 03 et une inhibition du compteur 42 On voit que la sortie OUTA de la porte 01 correspoxnd au signal ( 7) et que la sortie OUTB de la porte 02 correspond au signal ( 8) On obtient donc finalemient à la sortie du circuit un signal OUTA constitué de quatre impulsions successives et un signal OUTB constitué d'une seule impulsion en cxincidence avec la première impulsion sur la sortie OUTA. La figure 7 représente de façon orresporxdante les signaux apparaissant à l'entrée IN, aux points ( 1) à ( 9) et sur les sorties OUTA et OUTB quand le signal IN passe de haut à bas niveau pour déterminer 1 'ouverture du ommutateur de puissa Xnce 1 Cette figure se comprend d'elle-même après la description détaillée faite précédenxent de la figure 6 La figure 7 montre qu'un ordre d'ouverture orrespondra à l'émission sur la sortie OUTA d'une impulsion et sur la sortie OUTB d'une succession de quatre impulsions dont la première est en oincidence avec l'impulsion sur la sortie OUTA. L'homme de l'art notera qu'il existe de très noimbreuses façtns de réaliser des circuits logiques fournissant des signaux de sortie tels que ceux désignés par OXJTA et OUTB. Toutefois, le choix du type de signaux de commnarnde fournis à la sortie du circuit codeur 40 constitue l'un des aspects de la présente invention En effet, selon la présente invention et ccmme on le verra ci-après, il a été noté qu'il était particulièrement avantageux d'émettre conme signaux codés d'une part au moins une impulsion simultanée sur les deux voies de sortie puis une suite d'impulsions codées sur la seule voie qui doit être spécifiquement cxéuandée. La figure 5 représente un schéma d'ensemble du circuit selon la présente invention dans lequel la partie de déodage a plus particulièrment été détaillée On y retrouve le circuit de contrôle 10 fournissant un signal d'entrée IN à un odeur 40 munie de sorties OJUTA et OUTB Ces sorties sont envoyées à des translateurs de niveau correspoant aux éléments 31 à 34 de la figure 3 Ces translateurs de niveau envoient des signaux aux entrées S et R d'une bascule 21 par l'intermédiaire d'un circuit de décodage 50. Les translateurs de niveau 31, 33 et 32, 34 sont des circuits classiques, similaires à oeux qui seraient utilisés dans le cas de la figure 2 Ils ne seront donc pas décrits ici en détail Leurs sorties sont désignées par les références OUT 31 et OUT 32 En 1 'absence de parasites, les signaux sur les sorties OUTE 32 et OUT 31 correspoent respectivement aux signaux de sortie COUTA et OU Tr B du codeur 40. Dans la figure, on a représenté par des triangles rnoirs à pointe tournée vers le bas les points connectés à la masse flottante VF. Le décodeur 50 reçoit sur ses deux entrées les signaux OUT 32 et OCT 31 Le signal OUT 32 est envoyé par l'intermédiaire de deux inverseurs successifs 11 l et I 12 à l'entrée C d'un compteur 51 et le signal OUT 31 est envoyé par 1 'interédiaire de deux inverseurs successifs I 13 et I 14 à l'entrée C d'une bascule de type D 52 Le point de raccordaeent des inverseurs Ill et I 12 est connecté à la première entrée d'une porte ET All dont la deuxième entrée est connecte au point de racordement des inverseurs I 13 et I 14 et dont la sortie est onnectée aux bornes de remise à zéro R du compteur 51 et de la bascule 52 Les deux sorties O et 1 du compteur 51 sont envoyées à deux entrées d'une porte ET A 12 dont la sortie est reliée à l'entrée S de la bascule 21 La sortie Q de la bascule 52 est envoyée à l'entrée R de la bascule RS 21 La sortie Q* de la bascule 52 est envoyée à son entrée D. Le fonctionnement de ce circuit est le suivant On retrouve en sortie des inverseurs I 12 et I 14 les signaux (OUTA et OCJTB, respectivement La porte Er All transmet la première impul- sion qui est identique dans OUTA et OUTB et raemet à O le compteur 51 et la bascule 52 Ensuite: dans le cas d'une coanarde de mise en conduction, le signal à la sortie de l'inverseur I 12 présente une succession de passages à O (impulsions) tandis que le signal à la sortie de l'inverseur I 14 reste à niveau haut Il en résulte que le c O Ep- teur 51 fournit des sorties hautes simultanées apres le comptage d'un oertain nombre d'impulsions (ici 3) et qu'alors la porte ET A 12 cemmande l'entrée S de la bascule 21 dont la sortie Q passe alors à haut niveau, dans le cas d'une commande d'ouverture, c'est l'inverseur I 14 qui fournit une suite d'impulsions à l'entrée d'horloge de la bascule 52 et, dès la première impulsion non- simultanée à une inmpulsion sur l'autre voie, la sortie Q de cette bascule passe à haut niveau et remet à zéro la bascule 21. On notera que des parasites sur la masse flottante VF, résultant par exemple de gradients de tension très impor- tants entraînent l'apparition d' impulsions simultanées aux sorties OUT 32 et OUT 21 des translateurs de niveau Grâce au choix du système de codage selon l'invention, prévoyant avant tout envoi de signaux d'informations des impulsions simultanées de remise à zéro du décodeur, de tels parasites seront sans effet sur le fonctionnement du circuit. Selon un autre avantage de la présente invention, le signal de fermeture résultant de la sortie du compteur 51 envoyée à l'entrée S de la bascule 21 est retardé tandis que le signal d'ouverture résultant de la sortie Q de la bascule 52 est envoyé sur l'entrée R de la bascule 21 et transmis immédiatement Il est donc fourni de façaon inhérente un léger retard entre un ordre de fermeture et un ordre d'ouverture, ce retard étant ajustable avec la fréquene de l'oscillation du oodeur 40 Etant donné que, commre on l'a exposé précédemment, un circuit selon la présente invention est destiré à être inséré dans un circuit de commanrde de pont, ceci évite des situations o deux commnutateurs de puis- sance d'un pont seraient fermés simultarnéement oe qui provoque- rait des risques de court-circuit d'un bras du pont. Alors que l'on a décrit ici un codeur du côté des cir- cuits référenés à la masse et un décodeur du côté des circuits référencs au potentiel flottant, chacun de ces éléments pourrait être remplacé par un codeur/décodeur pour permett Lre le renvoi à partir d'un co:mutateur de puissance flottant d'informations sur son état de fonctionnement. REVENDICATIONS 1 Circuit de comnande et de contrôle d'un commauutateur de puissance oemprenant une première partie ( 20) liée à oe commu- tateur et alimentée en référence au potentiel flottant (VF) d'une électrode de oe ommutateur, et une deuxième partie ( 10) liée à des circuits extérieurs au commutateur et alimentée en référence à un potentiel fixe, caractérisé en ce qu'il comprend un codeur ( 40) au niveau de la deuxième partie et un décodeur ( 50) adapté au niveau de la première partie. 2 Circuit de commande et de contrôle selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que les première et deuxième parties conprenoent chacune un codeur/décodeur. 3 Circuit de commande et de contrôle selon la reven- dication 1, dans lequel la liaison entre les deux parties se fait par deux voies respectivement reliées aux entrées R et S d'une bascule ( 21), caractérisé en ce que le codeur comprend des moyens pour envoyer simultaneément au moins une impulsion sur chaque voie puis au moins une impulsion sur une voie sélectionnée, le décodeur comprend des moyens de décodage appropriés.