Brevet FR2799590A1 — publié le 20010413

Etat de la technique. La présente invention concerne un dispositif de commande d'un commutateur de commutation électronique d'un consommateur. Selon le document DE-A-195 48 612, on connaît un commutateur électronique permettant de relier périodiquement deux bornes. Ce commutateur comporte au moins deux éléments de commutation à commande électrique, installés dans une li- gne entre les deux bornes. Au moins l'un des commutateurs à commande électrique est un transistor à effet de champ ou un autre composant bidirectionnel à circuit de surcharge externe ou intégré. Il est déjà connu de commuter électroniquement des consommateurs avec un relais d'un réseau à 12 V embarqué à bord d'un véhicule tel que les composants de puissance fai- ble (PROFET). Ces composants ne fonctionnent que dans une plage de tension et d'intensité limitées. Pour des tensions plus élevées, la commutation électronique n'est possible qu'avec des semi-conducteurs de puissance. Ces semi- conducteurs de puissance sont en général équipés d'un circuit pilote de porte qui charge rapidement la porte. Un circuit pilote de porte peut être un commuta- teur dit de côté " haut ". De tels commutateurs de côté " haut " sont prévus pour commuter des charges reliées d'un côté à la masse, par exemple à la carrosserie du véhicule. Ce commutateur, qui est de préférence un transistor MOSFET de puissance à canal N, est branché entre la tension de fonc- tionnement et la charge. Pour être débloqué il lui faut une tension de porte supérieure à la tension d'alimentation, par exemple de + 12 V. Cette tension de porte peut être obtenue en utilisant une pompe de charge et un oscillateur. On connaît en outre des pompes de charge pour la plage de 12 V, fonctionnant selon le principe de Greinach. Ces pompes assurent un doublement ou un triplement de la ten- sion. Avantages de l'invention. La présente invention concerne un dispositif de commande correspondant au type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le commutateur comporte un ou plusieurs transistors à effet de champ branchés entre la source de tension d'alimentation et le consommateur, un montage en demi-pont et une pompe de charge sont prévus pour générer la tension de porte des transistors à effet de champ, une borne d'entrée du montage en demi-pont est reliée à la sortie d'un processeur qui génère un signal de cadence permettant au montage en de- mi-pont et à la pompe de charge de générer une tension de porte débloquant le ou les transistors à effet de champ. Le dispositif de commande permet de générer la tension de porte nécessaire au déblocage ou au passage à l'état conducteur du commutateur, toujours en fonction de la présence d'un signal d'horloge fourni par la sortie d'un pro- cesseur. En présence du signal d'horloge, un montage en demi- pont et une pompe de charge permettent d'établir la tension de porte nécessaire et de la maintenir. Lorsque le signal d'horloge se coupe, la porte du transistor à effet de champ se décharge rapidement si bien que le commutateur se bloque. La commande du commutateur se fait ainsi uniquement selon un signal d'horloge fourni par le processeur. Il n'est pas né- cessaire d'avoir un oscillateur indépendant pour générer le signal d'horloge. De plus, selon l'invention, on supprime la borne de branchement par laquelle est appliqué le signal de coupure d'un dispositif de commande. Pour augmenter la sécu- rité de coupure, on peut néanmoins prévoir une telle borne supplémentaire. La plage de tension du dispositif de commande se- lon l'invention est indépendante de la tension d'entrée. Il suffit que la première tension d'alimentation appliquée, qui est de préférence de 12 V, soit relevée au niveau de la se- conde tension d'alimentation qui est de préférence de 42 V pour avoir le potentiel positif nécessaire pour débloquer le commutateur d'entrée. Le dispositif selon l'invention présente, par rapport à des dispositifs connus, un nombre de composants ré- duit et de plus grâce à la plage de tension autorisée pour les transistors utilisés, on a une plage de tension augmentée pour le circuit par rapport aux pompes de charge connues. Un autre avantage de l'invention est que l'amplitude de la tension d'alimentation, qui est de préfé- rence de 12 V, permet de régler directement la valeur de la tension de commande du commutateur d'entrée; la tension de sortie de la pompe de décharge correspond alors à 42 V + 12 V = 54 V. Dessin. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans l'unique figure annexée qui est un schéma d'un circuit de commande selon l'invention. Description. On veut appliquer à un consommateur V, par l'intermédiaire d'un commutateur d'entrée, une tension de 42 volts à partir du réseau embarqué d'un véhicule; cette tension d'alimentation doit être fournie à partir d'une borne K2. Le commutateur d'entrée se compose d'un ou plu- sieurs transistors à effet de champ T3 dont le chemin drain- source est monté entre la borne de branchement K2 et le con- sommateur V. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure, il est prévu un unique transistor à effet de champ. Le drain de ce transistor à effet de champ est relié à la borne K2 et la source est reliée au consommateur V. Pour débloquer (rendre conducteur) et maintenir l'état débloqué du transistor à effet de champ T3, il faut appliquer une tension suffisamment élevée à la porte G. Cette tension est obtenue par un dispositif de commande comportant un montage en demi-pont HB et une pompe de charge L. La commande du demi-pont HB se fait par un signal de cadence (signal d'horloge) CK fourni à la sortie Ai d'un processeur P. Ce processeur peut être constitué par exemple par un microcontrôleur d'un convertisseur de tension conti- nue. Le signal de cadence CK fourni à la sortie A1 du proces- seur P est de préférence un signal rectangulaire d'une fréquence de l'ordre de 100 KHz. La borne A2 du processeur P est à la masse. La sortie A3 du processeur P fournit le cas échéant un signal de coupure de secours NA. Le signal de cadence (signal d'horloge) CK est appliqué par la sortie A1 du processeur à une borne d'entrée El du montage en demi-pont HB. De là, ce signal est appliqué par un diviseur de tension à la borne de porte d'un transis- tor de commutation T6 qui se débloque et se bloque au rythme du signal de cadence. Une borne de tension d'alimentation recevant une tension d'alimentation de 5 volts est raccordée par une ré- sistance à la borne d'un transistor à effet de champ T2. Cette porte est également reliée par une diode et deux résis- tances à la porte d'un transistor à effet de champ T1. Entre la masse et la porte du transistor à effet de champ T2 on a une diode Zener. La porte du transistor à effet de champ T2 est reliée, par une résistance et une diode Zener en paral- lèle, à la borne K3. Le drain des transistors à effet de champ Ti et T2 est relié respectivement par une résistance à un point Pi du circuit; ce point constitue la sortie du montage en demi- pont. La source du transistor à effet de champ Tl, qui cons- titue le commutateur du côté " haut " du demi-pont, est re- liée à la borne K3. La source du transistor à effet de champ T2, qui constitue le commutateur côté " bas " du demi-pont, est reliée à la masse. Les transistors à effet de champ Tl, T2 sont com- mandés en opposition de phase par le signal de cadence CK de sorte que les deux transistors sont alternativement conduc- teurs et bloqués. Cette alternance crée un potentiel brusque- ment variable au point Pi du circuit. Le transistor T2, conducteur, relie le point P1 du circuit à la masse par l'intermédiaire de la résistance du drain du transistor T2. Le condensateur de charge Ci de la pompe de charge L peut ainsi être relié par la diode Dl à la tension d'alimentation de 12 V appliquée à la borne K1. Lorsque le transistor Tl est conducteur, le point Pi du circuit reçoit, par l'intermédiaire de la résistance reliée au drain du transistor T1, la tension appliquée à la borne K3. Il en résulte que la diode Dl se bloque et que le condensateur de charge Cl transfère sa charge par la diode D2 alors conductrice vers le condensateur accumulateur C2. Au cours de la commutation suivante du transistor T2, le point Pi du circuit est de nouveau relié à la masse par la résistance de drain du transistor T2. Le condensateur de charge Cl se charge de nouveau par l'intermédiaire de la diode Dl à la tension d'alimentation 12 V appliquée à la borne K1 alors que la diode D2 est bloquée. Si ensuite le transistor T2 se bloque et le tran- sistor T1 se débloque, il y a de nouveau transfert de la charge du condensateur C1 dans le condensateur accumulateur C2. Le condensateur accumulateur C2 est relié par une résistance R2 à la porte G du transistor à effet de champ T3. Ainsi, grâce à l'opération de pompage décrite ci-dessus, on relève la tension ou le potentiel de la porte du transistor T3 qui se débloque et reste débloquée. Lorsque le transistor T3 est conducteur, la ten- sion d'alimentation appliquée à la borne K2 (de préférence 42 V) du réseau embarqué du véhicule est appliquée au consom- mateur V relié à la source du transistor à effet de champ T3. Comme la source du transistor T3 est reliée à la borne K3, il s'établit dans le circuit présenté, sur la porte du transis- tor T3, globalement une tension égale à 54 volts égale 12 V + 42 V par rapport à la masse alors qu'entre la source du tran- sistor T3 et la masse on aura la tension d'alimentation de 42 V. Pour cette différence de potentiel entre la porte et la source du transistor à effet de champ T3, on garantit que le transistor T3 reste en permanence à l'état conducteur, aussi longtemps que le processeur P fournit le signal de cadence CK à sa sortie. Lorsque le processeur P coupe le signal de ca- dence CK vers le montage en demi-pont HB, dans la pompe de charge L, du fait des résistances transversales Ri, R3, il y aura une chute rapide de la charge du condensateur C2 ou de la borne de porte G du transistor T3. Ainsi, le transistor à effet de champ T3, du simple fait de l'absence de signal de cadence CK, passe à son état bloqué et y reste. On peut augmenter la sécurité du blocage du tran- sistor T3 par un dispositif de coupure de secours N représen- té à la figure. Ce dispositif de coupure de secours comporte une borne d'entrée recevant un signal de coupure de secours NA fourni par le processeur. Le signal de coupure de secours est transmis par un diviseur de tension à la porte d'un tran- sistor à effet de champ T4 dont la source est à la masse et le drain est relié par une résistance à la porte d'un autre transistor à effet de champ T5. Ce dernier transistor à effet de champ T5 commute en présence du signal de commutation de secours dans son état conducteur si bien que par ce transis- tor T5 débloqué et une résistance il y aura équilibrage de la tension entre la porte et la source du transistor à effet de champ T3. En conséquence, la porte du transistor T3 ne sera plus à une tension plus élevée que la source, ce qui serait nécessaire pour débloquer le transistor T3. Entre la porte du transistor T3 et la porte du transistor T5, on a le montage en parallèle d'une diode Zener et d'une résistance. R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Dispositif de commande d'un commutateur de commutation électronique d'un consommateur, caractérisé en ce que - le commutateur comporte un ou plusieurs transistors à ef- fet de champ (T3) branchés entre la source de tension d'alimentation et le consommateur, - un montage en demi-pont (HB) et une pompe de charge (L) sont prévus pour générer la tension de porte des transis- tors à effet de champ, - une borne d'entrée (El) du montage en demi-pont (HB) est reliée à la sortie (Al) d'un processeur (P) qui génère un signal de cadence (CK) permettant au montage en demi-pont (HB) et à la pompe de charge (L) de générer une tension de porte débloquant le ou les transistors à effet de champ (T3). 2 ) Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de cadence (CK) est un signal rectangulaire d'une fréquence de l'ordre de 100 KHz. 3 ) Dispositif de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal de cadence (CK) sert à la commande en opposition de phase de deux transistors à effet de champ (Tl, T2) du mon- tage en demi-pont (HB), dont l'un des transistors à effet de champ (Tl) est le commutateur côté " haut " et dont l'autre (T2) est le commutateur côté " bas ". 4 ) Dispositif de commande selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pompe de charge (L) présente une première borne d'alimentation (Kl) par laquelle elle reçoit sa première ten- sion d'alimentation. ) Dispositif de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première tension d'alimentation est égale à 12 V. 6 ) Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la première borne d'alimentation (K1) est reliée par une pre- mière diode (D1) à une première borne (P2) d'un condensateur de charge (Cl) dont la seconde borne est reliée à la borne de sortie (Pl) du montage en demi-pont (HB). 7 ) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première borne (P2) du condensateur de charge (C1) est re- liée par une seconde diode (D2) à une première borne (P3) d'un condensateur accumulateur (C2) dont la seconde borne est reliée à la source (S) du transistor à effet de champ (T3). 8 ) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' en parallèle au condensateur accumulateur (C2), il est prévu une première diode Zener (Z1) et une première résistance (Rl). 9 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première borne (P3) du condensateur d'alimentation (C2) est reliée par une seconde résistance (R2) à la porte (G) du transistor à effet de champ (T3). 10 ) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la porte (G) du transistor à effet de champ (T3) est reliée par une seconde diode Zener (Z2) et en parallèle à celle-ci une résistance (R3) à la source (S) du transistor à effet de champ (T3). 11 ) Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé par un dispositif de coupure de secours (N) entre la porte (G) du transistor à effet de champ (T3) et sa source (S). 12 ) Dispositif de commande selon la revendication 11, caractérisé en ce que le dispositif de coupure de secours (N) comporte une entrée pour un signal de secours (NA) et un transistor de commuta- tion (T5) qui en présence du signal de coupure de secours se débloque pour réduire la différence de potentiel entre la porte et la source du transistor à effet de champ (T3). 13 ) Dispositif de commande selon la revendication 12, caractérisé en ce que le signal de coupure de secours (NA) est pris sur la sortie (A3) du processeur (P). 14 ) Dispositif de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le drain (D) du transistor à effet de champ (T3) est relié à une seconde borne de tension d'alimentation (K2) par laquelle le transistor à effet de champ est relié à une seconde ten- sion d'alimentation. 15 ) Dispositif de commande selon la revendication 14, caractérisé en ce que la seconde tension d'alimentation est égale à 42 V.