Brevet FR2688363A1 — publié le 19930910

La présente invention a pour objet un interrupteur analogique bidirectionnel rapide commandé par des signaux logiques et plus particulièrement un interrupteur électronique à transistors de type M.O.S. (métal, oxyde semi-conducteur). En présence d'un signal de niveau prédéterminé fourni sur son électrode de commande, le transistor MOS est passant : il est alors sensiblement équivalent à une résistance série dite Ron inférieure à 1 ohm. En présence d'un signal d'un autre niveau fourni sur son électrode de commande, ce transistor passe à l'état bloqué : il est alors équivalent à un circuit parallèle composé d'une résistance dite Roff de l'ordre de 100 000 mégohms aux bornes de laquelle est connectée un condensateur d'une capacité de l'ordre de 2 à 3 nF. La présente invention consiste notamment à utiliser cette dernière particularité du transistor MOS pour le maintenir dans l'état désiré. L'interrupteur analogique bidirectionnel de la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend notamment un circuit de commande composé principalement d'un oscillateur qui fournit des impulsions de charge à une extrémité d'un enroulement primaire d'un premier transformateur via un premier circuit logique piloté par des signaux de commande fournis sur une entrée de commande de l'interrupteur et à une extrémité d'un enroulement primaire d'un second transformateur via un second circuit logique piloté par lesdits signaux de commande issus de ladite entrée de commande par l'intermédiaire d'un inverseur logique, et un circuit commandé composé notamment d'un premier et d'un second transistor de type M.O.S. dont l'électrode de grille est connectée respectivement à la cathode d'une première diode et à l'anode d'une seconde diode, L'anode de cette première diode et la cathode de cette seconde diode étant connectées à une extrémité d'un enroulement secondaire dudit premier transformateur et à une extrémité d'un enroulement secondaire dudit second transformateur. Une autre caractéristique de l'interrupteur analogique de la présente invention réside dans le fait qu'il comprend en outre une diode à effet Zener connectée entre l'électrode de grille des deux transistors MOS et l'électrode de source de ces transistors. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant à la figure annexée qui représente un exemple de réalisation d'un interrupteur analogique bidirectionnel rapide à commande par signaux logiques conçu conformément à la présente invention. L'interrupteur de la figure annexée comprend un circuit de commande CCD et un circuit commandé CDD reliés par l'intermédiaire de deux transformateurs TR1 et TR2 dont les sens d'enroulement des bobinages primaires et secondaires sont repérés par des points non référencés. Le circuit de commande CCD comprend une première porte logique ot1 réalisant la fonction NOR et dont une première entrée ell est connectée à une entrée EC de signaux logiques de commande et dont une seconde entrée e12 est connectée à une sortie oc d'un oscillateur OSC. Cet oscillateur fournit des impulsions à 256 kHz, par exemple. Le circuit de commande CCD comprend également une seconde porte logique ot2 réalisant la fonction NOR et dont une première entrée e21 est connectée à la sortie oc de l'oscillateur OSC et dont une seconde entrée e22 est connectée à l'entrée EC de signaux logiques de commande via un inverseur logique in1. Le circuit de commande CCD comprend également un premier circuit amplificateur AM1 dont une entrée est connectée à une sortie de la porte logique nt1 et un second circuit amplificateur AM2 dont une entrée est connectée à une sortie de la porte logique put2. Une sortie de l'amplificateur AM1 est connectée à une extrémité enî de l'enroulement primaire du transformateur TR1 via un condensateur cfl de filtrage et de blocage du courant continu, et une sortie de l'amplificateur AM2 est connectée à une extrémité en2 de l'enroulement primaire du transformateur TR2 via un condensateur cf2 de filtrage et de blocage du courant continu. Selon l'exemple choisi ces deux extrémités, identifiées par les points indiquant le sens de bobinage sont analogues. L'autre extrémité non référencée de l'enroulement primaire du transformateur TR1 est connectée à l'autre extrémité non référencée de l'enroulement primaire du transformateur TR2. Le circuit commandé CDD comprend tout d'abord une première diode rd1 dont l'anode est connectée à une extrémité snî de l'enroulement secondaire du transformateur TR1 et une seconde diode rd2 dont la cathode est connectée à une extrémité sn2 de l'enroulement secondaire du transformateur TR2. L'anode de la diode rd1 est connectée à la cathode de la diode rd2 par l'intermédiaire de deux résistances R1 et R2. Le point commun de ces résistances est connecté à la cathode d'une diode à effet Zener rzl dont l'anode est connectée à l'autre extrémité non référencée de l'enroulement secondaire des transformateurs TR1 et TR2. Le circuit commandé CDD comprend également deux transistors TM1 et TM2 de type M.O.S. dont l'électrode de grille dal et da2 est connectée à la cathode de la diode à effet Zener ruz1. L'électrode de drain dd1 et dd2 de ces deux transistors est respectivement connectée à une sortie SS1 et SS2 de l'interrupteur. L'électrode de source ed 1 et ed2 de ces transistors est connectée à l'anode de la diode à effet Zener ruz1. On a représenté, sur le schéma de la figure annexée, les diodes de structure ds1 et ds2 des deux transistors TM1 et TM2. L'anode de ces diodes ds1 et ds2, tracées en traits interrompus, est connectée respectivement à l'électrode de source ed1 du transistor TMI et ed2 du transistor TM2. La cathode des diodes ds1 et ds2 est connectée respectivement à l'électrode de drain dd1 et dd2 de ces memes transistors. On a également illustré la capacité parasite de grille des transistors TM1 et TM2 sous la forme d'un condensateur C1, tracé en traits interrompus, connecté entre la grille (X1 et da2) et la source ( 1 et ed2) de ces transistors. On décrira maintenant, de façon succincte, le fonctionnement de l'interrupteur analogique de la figure annexée. En fonctionnement normal, un signal permanent est fourni à l'entrée EC. Selon l'exemple choisi, ce signal est de niveau logique 0. Un signal de niveau logique 0 est donc fourni sur la première entrée ell de la porte 1 de type NOR. Cette porte est donc passante et retransmet les impulsions de charge issues de l'oscillateur OSC. Ces impulsions sont amplifiées par l'amplificateur AM1 puis retransmises à l'extrémité enî de l'enroulement primaire du transformateur TR1. Les deux enroulements du transformateur TR1 étant bobinés "ensemble" comme le montre les points d'identification non référencés, les impulsions de charge, dont seule l'amplitude peut être modifiée en fonction du rapport de transformation du transformateur TR1, sont retransmises avec la même polarité à l'anode de la diode rd1. Les impulsions fournies par l'oscillateur osc étant supposées positives, cette diode est passante et les retransmet donc à la cathode de la diode Zener ruz1. Le condensateur CI, connecté aux bornes de cette diode est donc chargé jusqu'à une valeur limitée par la tension de seuil de la diode rzî ou tension de Zener, étant bien entendu que celle-ci est supérieure à la tension de seuil des transistors TM1 et TM2. Ces deux transistors passent alors de l'état bloqué à l'état passant : I'interrupteur de la figure annexée passe donc en position fermée, c'est-à-dire que les sorties SS1 et SS2 sont reliées par un circuit d'impédance négligeable comprenant, selon la polarité du signal à transmettre de l'une à l'autre sortie, I'un des transistors MOS (TM1 ou TM2) et la diode (ds2 ou ds1) associée à l'autre transistor (TM2 ou TM1). Pour commander le passage de l'interrupteur de cette position fermée (passant) à la position ouverte (non passant) un signal logique de commande de niveau 1 est fourni à l'entrée EC. En présence de ce signal, un signal de niveau logique 1 est fourni à la première entrée ell de la porte pt1 de type NOR. Cette porte se bloque. Simultanément, un signal de commande inversé, donc de niveau logique 0, est transmis par l'inverseur inî à la seconde entrée e22 de la porte Dt2 de type NOR. Cette porte est donc rendue passante et retransmet les impulsions de charge issues de l'oscillateur OSC. Ces impulsions sont amplifiées par l'amplificateur AM2 puis retransmises à l'extrémité en2 de l'enroulement primaire du transformateur TR2. Les deux enroulements du transformateur TR2 étant bobinés "en opposition" comme le montre la disposition des points d'identification non référencés, les impulsions de charge, dont l'amplitude est affectée par le rapport de transformation du transformateur TR2, sont retransmises inversées aux bornes de l'enroulement secondaire de ce transformateur, donc à la cathode de la diode rd2.Ces impulsions négatives sont donc retransmises par cette diode aux bornes du condensateur C1 qui se décharge. Dès que la tension aux bornes de ce condensateur devient inférieure à la tension de seuil des transistors TM1 et TM2 ceux-ci passent de l'état passant à l'état bloqué. L'interrupteur de la figure annexée passe donc de la position fermée (passant) à la position ouverte (non passant), c'est-à-dire que les sorties SS1 et SS2 sont maintenant reliées par un circuit de très forte impédance comprenant les diodes ds1 et ds2 connectées tête-bêche. L'interrupteur ne retransmet donc plus aucun signal d'une sortie (SS1 ou SS2) à l'autre (SS2 ou SS1). L'interrupteur de la figure annexée répond donc bien aux besoins : il est bidirectionnel, et l'isolation entre son circuit de commande (CCD) et son circuit commandé (CDD) étant assurée par un transformateur (TR1 et TR2) est suffisante. Cette isolation galvanique permet notamment une protection totale du circuit de commande CCD dans le cas d'un éventuel court-circuit, par exemple, du circuit commandé CDD. En outre, sa résistance à l'état passant est inférieure à 1 ohm et passe à plusieurs milliers de mégohms à l'état non passant. D'autre part, il peut commuter en moins de 10 Ps et être traversé par un courant supérieur à 200 mA sous une tension de plus de 200 V. Ces limites ne sont citées qu'à titre d'exemple. Elles sont liées à la technologie du transistor utilisé et peuvent respectivement atteindre 15 A sous 200 V avec le transistor commercialisé sous la référence IRF 640. II est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Interrupteur bidirectionnel analogique rapide à commande par signaux logiques caractérisé par le fait qu'il comprend notamment un circuit de commande (CDD) composé principalement d'un oscillateur (OSC) qui fournit des impulsions de charge à une extrémité (enl) d'un enroulement primaire d'un premier transformateur (TR1) via un premier circuit logique (dol) piloté par des signaux de commande fournis sur une entrée (EC) de commande de l'interrupteur et à une extrémité (en2) d'un enroulement primaire d'un second transformateur (TR2) via un second circuit logique (g2) piloté par lesdits signaux de commande issus de ladite entrée de commande (EC) par l'intermédiaire d'un inverseur logique (in1), et un circuit commandé composé notamment d'un premier (TM1) et d'un second (rM2) transistor de type M.O.S. dont l'électrode de grille (dg1, dq2) est connectée respectivement à la cathode d'une première diode (dal) et à l'anode d'une seconde diode (ds2), L'anode de cette première diode (dsî) et la cathode de cette seconde diode (ds2) étant connectées à une extrémité d'un enroulement secondaire dudit premier transformateur (TR1) et à une extrémité d'un enroulement secondaire dudit second transformateur (TR2). 2 - Interrupteur bidirectionnel analogique rapide à commande par signaux logiques tel que défini en I, caractérisé par le fait qu'il comprend également une diode à effet Zener (rzl) connectée entre l'électrode de grille (dal, dg2) des deux transistors M.O.S. (TM1, TM2) et leur électrode de source (sd1, sd2). 3 - Interrupteur bidirectionnel analogique rapide à commande par signaux logiques tel que défini en 1, caractérisé par le fait que lesdits premier (dol) et second ( g2) circuits logiques sont des portes réalisant la fonction logique NOR.