Brevet FR2666683A1 — publié le 19920313

PROCEDE DE COMMUTATION PROGRESSIVE D'UN TRANSISTOR DE COMMANDE DE CONTACTEUR, ET CIRCUIT CORRESPONDANT. L'invention concerne un procédé de commutat progressive d un transistor de commande de contacteur et le circuit correspondant. Les appareils électriques, tels que les contateurs ou relais, sont couramment commandés par l'intermêdiaire de transisitors. La conduction de ces transistors est elle-même commandée par des signaux rectangulaires qui ant l'avantage d'être précis et l'invonvéient d'entraîner l'apparition de parasites en raison du fort taux d'harmoniques lié au brusque changement de pente de la tension aux bornes du contacteur. Pour réduire l'importance des parasites il est connu d'utiliser une cappacité en réaction sur le transisitor et une résistance dans le circuit de commande du transistor. De cette manière, la pente des fronts du signal de tension appliqué au contacteur est plus faible et ce signal n'est plus rectangulaire mais trapézoïdal. Il en resul te une réduction du taux d'harmoniques du fait que la variation de pente de tens j on est moins grande mais le changement de pente se faisant toujours de façon brutale le taux d'harmoniques est toujours notable. Pour eviter ce changement brutal d e p e nte, o on a porposé de réaliser un asservissement de la variation du signal de tension au moyen de circuits plus complexes utilisant par exemple un comparateur. Mais la différence des vitesses de réaction est telle entre un comparateur, qui est lent, un transistor de type MOS qui est rapide. que le circuit entre en oscillation et ne donne pas le résultat escompté. Un but de l'invention est de proposer un procéde de commutation progressive d'un transistor prévu pour la commande d'un appareil électrique tel que contacteur ou relais, qui assure un raccordement continu entre les parties Tinéaires du signai de tension appliqué à l'appareil. Un autre but de l'invention est, par ce pracéde de commutation progressive, d'éliminer une grande partie du spectre des parasites liés au changement brutal de pente du signal de tension Un autre but encore de l'invention est de diminuer sensiblement l'effet des capacités parasites de bobinage du contacteur ou relais lors de la commutation. L'invention a pour objet un procédé de commutation progressive d'un transistor de commande d'un contacteur, ledit transistor étant muni d'une capacité de réaction entre son drain et sa grille, et d'une résistance en série avec sa grille, caractérisé en ce que : - on dispose un premier générateur de courant pour alimenter la capacité de réaction en courant supplémentaire, et - on commande ledit géné5rateur de courant par la potentiel du drain du transistor, de frçon à assurer progressivement le passage en conduction du transistor ou son passage au blocage Selon d'autres ca4ractéristiques de l'invention : - après démarrage de la conduction du transistor on dérive par une diode le courant dudit générateur de courant vers le drain du transisitor pour assurer progressivement son passage à la saturation. - on dispose un deuxième générateur de courant fonctionnant en miroir de courant, pour assurer progressivement le passage du transistor de la saturation vers le blocage. L'invention a également pour objet un circuit de commutation progressive d'un transistor de commande d'un contacteur, ledit transistor étant muni d'une capacité de rcacizion entre son durain et sa grille et d'une e résistance en série avec sa grilles caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième transistor fonctionnant en générateur de courant, dont la base est reliée drain dudit transistor de commande du contacteur, et susceptible de fourir du courant à la capacité de réaction pour accélérer le processus de mise en conduction dudit transistor. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - une diode est disposée entre le deuxième transistor et le drain dudit transisitor pour dériver vers le drain le courant fourni par ledit deuxième transistor afin d'assurer la progressivité du passage a la saturation dudit transistor. - un troisième transistor fonctionnant en miroir de courant, est commandé par leidt deuxieme transistor pour assurerla prograssivité du passage dudit transistor de la saturation vers le blocage. D'autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description qui swuit faite avec référence au dessin annexé sur lequel on peut voir : Figure 1 : une repésentation du potentiel du drain du transisitor de contrôle de la bobine d'un contacteur, présentant des fronts à pente atténuée, de type connu ; Figure 2 : une représentation du potentiel du drain du transisitor de contrôle de la bobine d'un contacteur, présentant des angles arrondis en application de l'invention ; Figure 3 : un schéma symbolique simplifié d'un exemple de réalisation d'un circuit de commutation progressive selon l'invention, appliqué à un contacteur. En se reportant au dessin on peut voir qu'en réponse à un signal numérique de commande, un transistor équip6 d'une boucle de réaction capacitive délivre un signal trapézoïdal à fronts inclinés (Figure 1). et qu'un même transistor équipé en outre du circuit de commutation progressive selon l'invention délivre un signal globalement trapézoïdal mais à angles arrondis (Figure 2). Surla Figure 3, on peut voir une bobine de contacteur B, avec sa diode de roue libre Drl en parallèle; l'ensemble étant monté en série avec un transistor I1 de type MOS, entre la ligne d'alimentation (+) et la masse. Entre la grille g du transistor T1 et son dain d; sdisposée de manière connue une capacité de réaction Cr. Le conducteur d'alimentation de la grille g c o n p o r t e une résistance R1 et une porte logique L1 et raçoit le signal numérique de commande Uc, de type rectangulaire. La constante de temps R1.Cr définit la pente du signal trapézoïdal de la Figure 1 Selon l'invention, le circuit compiorte aussi un transistor I2 dont l'6metteur est reliè à la ligne d'alimentation (+) par une résisitance R9, et dont la base est re7 i ee par une résistance Rp au point commun à la bobine B et au transistor T1. La base du transisitor I2 est également reliée à la ligne d'alimentation (+) par une diode Zener Dz. Enre le collecteur du transistor T2 et le point commun & la bobine B et au transistor T1, est disposée une diode D4. Le collecteur du transistor T2 est monté en série avec une résistance R3 et une résistance R4, elle-même reliée au collecteur d'un transistor T4 dont l'émetteur est à la masse. La base du transistor T4 est montée en série avec une résistance R6, une porte togique L2 donnent en sortie le signal O compl6mentaire du signal Q délivré par la porte logique L1, et un inverseur In recevant le signal numérique Uc de commande de la commutation. Le point commun aux résistances R3 et R4 est relie à la base d'Lin transistor 13 de type npn dont 7 collecteur est relie à la grille du transistor T1 et dont l'émetteur est relié, par l'intermédiaire d'une résisitance R5 au point commun â la résistance R4 et au transistor T4. Le transistor T2 fonctionne en générateur de courant commande par le potentiel du drain d du transistor T1, pour alimenter en courant supplémentaire la capacité Cr Le transistor T3 fonctionne en miroir de courant par rapport au transistor T2. c'est-à-dire en générateur d'un courant de sens inverse. Le fonctionnement du circuit s'analyse de la manière suivante. Au début du processus de fonctionnement. on suppose que le signal de commande Uc est égal à O. Le potentiel Ug de la grille g du transistor T1 est nul et le transistor T1 est bloqué. Le potentiel Ud du drain du tansistor T1 est alors pratiquement égal au potentiel de la ligne d'alimentation (+), et la capacité Cr est chargé Le Le transistor 14 est e n e t a t de 8 a t U r a t 1 on comandé par le signal Q. Cet état correspond au palier 1 de la Figure 2 Lorsque le signal de commande Uc devient égal à 1, le transistor T4 se bloque, et un courant passe dans 1a résistance R1 vers la capacité Or qui a tendance à se décharger. Le potentiel Ug de Ta grille du transistor augmente et le transisitor T1 commence à conduire. Le potentiel Ud du drain a tendance a baisser, et en l'absence d'autres éléments du circuit, la capacité Cr constitue une boucle de réaction sur la grille du transistor T1 et le transistor T1 conduit, faisant ainsi baisser le potentiel Ub avec une pente définie par la constante de temps (R1. Cr), ce qui correspond au segment 2 de la Figure 1 pour les circuits de type connu Selon l invention on utilise le transistor 12 pour amener à la grille g, un courant suplémentaire Ig, de façon à accélérer le porcessus de conductiondu transisitor T1.Le transistor T1 conduit donc de plus en plus, jusqu'à ce que l'entrée en conduction de la Ta diode Dz entraine une limitation du courant supplémentaire Ig. La mise en conduction du transistor T2 est assurée par l'intermédiaire de la résistance Rp qui applique a la base du u transistor 12 le potentiel Ud du drain du transistor T1. Le courant Ig qui traverse Te transistor T2, traverse églaement la résistance Rg, 1a résistance R3, et la jonction pn base-collecteur du transistor T3, pour aboutir à la capacité Cr et à la grille g. Selon l'invention, la résistance R1 est forte (56 K Q) de façon à donner une très faible pente au départ du premier coude 3 de la courbe de la Figure 2. De ce fait, le potentiel Ud baisse avec une pente très douce au départ, et cette pente est accélérée par l'apport de courant Ig du transistor T2, qui fonctionne en générateur de courant commandé par le potentiel Ud du drain du transistor I1. L'accélération de la pente se poursuit jusqu'à ce que la diode Dz se mette à conduire et stabilise la pente, selon le segment 4 de la courbe de la Figure 2. Ce segment 4 est rectiligue et correspond au segment 2 de la figure 1, Lorsque le transistor T1 arrive à saturation. on se trouve au deuxième coude 5 de la courbe de la FI Fige e 2 Lorsque 7e transistor T1 est proche de 1 saturation, le potentiel Ud du drain est relativement faible. Pour éviter un coude brutal comme celui de la Figure 1 pour les dispositifs connus, on dérive le courant Ig du transistor T2 vers le drain du transistor T1 au soyen de la du ode D4. Le seuil de conduction de Ta diode i4 est atteint Tarsque le potentiel Ud du drain devient inférieur à la somme (Ig.R3 # Ugs) dans laquele Ugs est le potentiel de grille au seuil de conduction de D4. A partir de la mise en conduction de la diode D4, le couramt Ig est dérivé gers le drain du transistor T1 et la décharge de la capacité Cr n'est plus assurée que par Te courant traversant la séstitance R1, Cette dérivation se rait progressivement au fur et i mesure que le potentiel U d diminue, et on a un ralentissement de la descente d@ potentiel Ud sur la Figure 3. Le deuxièse coude 5 de la courbe représentative de Ud présente donc, lui aussi. une forme arrondie. Le point de départ 6 de catte forme arrondie est déterminé par les valeure de Rg et RS, et de la teneion de conduction de la dîode Dz. La disposition et la valeur da la résistance R3 permettent de faire commancer l'arrondi assez töt avant d'atteindre la saturation du transistor T1. Cette saturation correspond au palier horizontal 7 de la courbe de la Figure 2. Lorsque le signal de commande Uc revient à D, pour assurwer le blocage du transitor T1, l'invention prévoit l'utilisation d'un deuxième générateur de courant (T3), qui fonctianne en miroir de courant par rapport au premier générateur de courant (T2) et qui est déclenché par le signal numèrique de commande Uc. Lorsque le signal de commande Uc revient à O, la sortie de la porte logique L1 passe & l'état Q=D, mais la sortie de le porte logique L2 pesse à l'érat Q = I. De ce fait, le transistor I4 devient conducteur. Le courent dans La résistance R3 étant sul, la charge de la capacité Cr est assurée à travers la résietance R1 de façon lente, et le potentiel Ud du drain remante avec une pente très faible. Au fur et à mesue que le potentiel Ud remonte, la diode D4 conduit de moins en moins et du courent passe de plus en plus par la résistance R3, la résistance R4 et le ransistor T4. Le trnasistor T3 devient conducteur et se comporte en générateur de courant. Il génère un courant de même vlaeur que selui qui traverse R3, mais qui est de sens inverse en ce qui concerne la capacité Cr qui se charge rapidement. ce qui entraîne une accélération du passage du ransistor T1 vers l'état bloqué. Le transistor T1 condait de moins en moins et le sotentîel Ud remante de plus en plus. Ce phénomène d'accélération correspond au troisième coude arrondi 8 de la courbe de T1 Figure 2. Lorsque le potentiel Ud atteint la valeur carrespondant au point 9 de la courbe de la Figure 2. Ta diode D4 ne conduit plus et la montée du potentiel Ud se fait à vitesse consiante, avec la même pente sur le sagment 10 de la courbe de la Figure 2 que celle du segment 4, mais de sens opposé. Lorsque la valeur du petentiel Dd du drain atteint la valeur correspendant au blocage de la diode Dz. on se correspondant à la fin du premier coude errondi 3. A partir de ce moment. le courant dans le transistor T2 va diminuer jusqu'à s'arréter, avec la même courbe que celle du pemier coude 3. En effet, le courant Ig dans le transister T2 est asservi au potentiel Ud du drain du trensistor T1 et on réalise ainsi le quatriéme coude T2 de la courbe de la Figure 2. Le courant le dieinue jusqu'a s'annuler dans le transistor T2 fce qui entraine l'annulation du courant dans le trnsistor T3, La charge de la capacit6 Or se fait alors à travers la seule résistence Ri, avec une consiante du temps R1.Cr et une pente très falèle puique la valeur de R1 est 6levée. On arrive einsi au bionage du traneistor T1. qui correspond au palier horizontal @@ sur la courbe de la Figure 2, et on se trouve ramené aux conditions initiales. Avec le circuit l'invention. la commutation est progressive et les angles de la conrbe representative sont arrondis. De ce fait une grande partie du spectre des parasties se trouve 6liminée. L'effet des capacités parasites de bobinage de l'apparel (contacteur ou relais) se trouve sensiblement diminué, ainsi qui la fatigue du transistor T1. Ces avantages sont obtenus sel on i 'invention, par l'utilisation d'une réaction non linéarie commandée par le potentiel Ud du drain du transistor T1 qui assure 1a commutation. Le choix de la valeur élevée de la résistance R1 permet de partir avec une pente très faible. La disposition du générateur r de courant (transistor T2) commande par 7 e potentiel Ud du drain du transistor des commutation T1 permet d'accélérer le processus de conduction du transistor T1 selon un angle arrondi, jusqu'au sgment rectiligne correspondent à la pente maximale admise. La dérivation par la droite D4 du courant en provenance du transistor T2 permet d'etteindre. par un angle arrondi, la saturation du transitor de commutation T1. La mise en service, par le transistor T4. du deuxième générateur de courant (transistor T3) fonctionnant en miroir de courant permet d'assurer, par un angle arrondi, le démarrage de la phase dc coupure du transistor de commutation T1, jusqu'au segment rectiligne pentu. Enfin la remontee du potentiel Ud du drain permetS par un angle arrondi, d'assurer la fin de la conductiond u transistor de commutation par l'arrêt des deux générateurs de courant (12 et T3). A Ainsi, la disposition de deux générateurs de courant (T2 et T3) dont 1e fonctionnement est commande par les variations du potentIel Ud du drain du transistor de commutation T1, assure une commutation avec des angles arrondis, ce qui diminue sensiblement la puissance et le spectre des harmoniques rayonnés et renvoyés sur l'alimentation, c'est-à-dire la puissance et le specre des parastites généres par la commutation. Le gain les boucles d'asservissement (Ud#Ig) étant relativement faible et la réponse des générateurs de courant très rapide, le système de commutation progressive selon l'invention ne présente pas de risque d'oscillation. REVENDICATIONS 1. Procéd6 de commutation progressive d'un transistor (T1) de commande d'un contacteur, ledit transisitro (T1) étant mani d'une capacite de réaction (Cr) entre son drein et sa grille, et d'une résistance (R1) en série avec sa grille, caractérisé en ce que : - on dispase un premier générateur de caurant (T2) pour alimenter la capacité de réaction (Cr) en courant suppl6mentaire, et - on commande leidt générateur de courant (T2) par le potentiel (Ud) du drein du transistor (T1), de façon à assurer progressivement le passage en conduction du transistor (T1)ou sen passage au blecege. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que après démartage de la conduction du transistor (T1), on dérive par une diode (D40 le courant dudit générateur de courant (T2) vers le drain du transistor (T1) pour assurer progressivement son passage à la saturation. 3. Procédé selonla revendication 2, caractérisé en ce qu'on dispose un dauxième générateur de courant (T3) fonctionnant an miroir de corant, pour assurer progressivement le passage du transistor (T1) de la saturation vers le blocage. 4. Circuit de commutation progressive d'un transistor (T1) de commande d'un contacteur, ledit transistor (T1) étant muni d'une capacité de réaction (Cr) entre son drein et sa grille et d'une résistance (B1) en série avec sa grille, caractérisé en ce qu'il comprote : un deuxième transitor (T2) fonctionnant en générateur de courant, dont la bass est reliée au drain dudit transistor (T1) de commande du contacteur, et susceptible de fournir du courant à la capacité de réaction (Cr) pour accélérer le processus de mise en conduction dudit transistor (T1). 5. Circuit selon la revendiration 4, caractérisé en ce qu'vne diede (D4) est disposée entre le deuxiène transistor (T2) et le drein dudit transistor (T1) pour dériver vers le drein le courent founi par ledit deuxième tansistor (T2) afin d'assurer la progressivité du passage à la saturation dudit transistor (T1). 6. Circuit selon la revendiation b. caractérisé en ce qu'un troisiéme transistor (T3) fonctionnant en miroir de courant, est commandé par Tedit deuxième transistor (T2) pour assurer la progressivité du passage dudit transistor de la saturation vers le blocage.