Brevet FR2811822A1 — publié le 20020118

La présente invention concerne les moyens capables de commuter à fréquence élevée un courant sur charge inductive en faisant appel à des transistors bi-polaires montés selon les modes dits "à base commune". Dans les dispositifs connus de ce genre, alors que les caractéristiques du courant traversant la jonction collecteurbase, à la mise en conduction, sont généralement correctes, il en est autreme nt au moment du blocage de la conduction de cette même jonction où s'observent des recouvrements courant/tension inacceptables comme l'illustre la Fig. lA, ciannexée, où apparaît, à la fermeture de l'espaçe collecteurbase du transistor utilisé, une pointe négative de courant, tandis qu'à l'ouverture, l'on observe une importante aire commune, à la fois, au courant et à la tension. De telles caractéristiques induisent des pertes importantes qui, par un échauffement exagéré du transistor, réduisent la fiabilité et limitent la puissance maximale théorique qu'on serait en droit d'attendre d'un tel composant. Le dispositif selon l'invention permet de corriger ces inconvénients en assurant un blocage et une mise en conduction de la .jonction col lecteur -basa de transistors bi-polaires sur charge iniuctive caiic qu'aucun recouvrement courant/tension préjudiciable en liait t.- la fiabilité et les performances. Lu Fi 3. 1, ~i-;r.ae::e, illustre un mode de réalisation général du dispositif selon l'invention où le collecteur C du transistor 1 se trouve relie à travers la charge inductive de sortie 2 à la borne COTIU1:Ui( ' polarisée d'alimentation A, tandis que la base de ce transistor se trouve reliée à l'autre borne commune polarisée d'alimentation B. La fonction émetteur-base du transistor 1, ainsi monté selon le mode dit " à base commune", est alimenté, à travers l'impédance 5, pr le secondaire 4a du transformateur de commande 4 dont le p2 L ai: 4: est c::cité par des impulsions récurrentes à fréquence convenable. Lorsque la tension développée entre les bornée E et D atteint un seuil convenable, un courant d'amplitude et de durée déterminées traverse alors la jonction émetteur-base du transistor 1, ce qui entraîne la mise en conduction de sa jonction collecteur-base et le passage d'un courant de la borne A à la borne P, à travers la charge 2. Un tel courant se trouve opposé en phase avec le courant de commande transitant de la borne B à la borne E. A l'établissement de ce courant de commande, se développe alors, entre la borne D et la borne B de l'impédance 5, un signal de tension qui, lui, ce trouve on phase avec le signal de tension existant entre la borne C et la borne B. Si le signal de tension entre les bornes D et B présente une amplitude suffisante, l' on observe alors le passage d'un courant à travers le circuit série comprenant la jonction de la diode 3, convenablement polarisée, et la jonction collecteur-base du transistor 1 laquelle, en état de conduction, se trouve également convenablement polarisée. Dans ces conditions, lors de l'entrée en conduction de l'espace collecteur-bacs du transistor 1, se trouve appliqué, entre les bornes C et B, un courant additionnel, en phase avec le courant. traversant la charge 2 dont l'amplitude et la forme dépendent, respectivement, de la valeur absolue et de la nature de l'impédance 5 laquelle, peut être purement résistive, capacitive, inductive ou encore non-lind'aire. Ici, les caractéristiques intrinsèques de la diode 3 interviennent également ac le résultat final. En fait, si les nicillouro; porforinar.ee:- sont obtenues avec une diode 3 ,D p:tr t 0 -1 a n. au:: 1 ::it:.:. "rapides" lesquels possèdent un faible trr, l'utilisation d'un modelé dit "lent", possédant un trr impartant, peut être envisagée dans certains cas, particuliers cù l'on voudrait, au blocage du courant dans la charge 2, disposer entre les bornes C et B, d'un temps mort entre courant et tension plus important. Le dispositif ainsi constitué permet donc de surajouter au courant direct transitant normalement entre les bor'nes C et B, un courant additionol dont l'amplitude et la forme dépendent essentiellement de la nature et de la valeur de l'impédance 5, ce courant additionnel ayant pour fonction de modifier la forme dudit courant direct- de telle- sorte que ce courant présente un contour qui. par rapport à la courbe de tension correspondante, permet de minimiser autant que possible les pertes par recouvrement onrai.it/ 1 ensinn .-x la fermeture et à l'ouverture de l'espace =J:.lr:>:tt}ur-b..:1.:='1 du transistor bi- polaire 1 utilisé comme moyen commutateur. Les courbes 1 et 2 de la Fig. 1C, ci-annexée, illustrent respectivement le courant additionnel transitant dans la diode 3 et le courant direct transitant dans la charge 2. L'addition, point par point, de ces deux courbes est représentée par la Fig. 1D, ci-annexée, où apparaît une réplique de la courbe illustrée par la Fig. 1B, ci-annexée, laquelle représente le courant transitant entre l'espace collecteur-base du transistor 1. La Fig. 1E, ci-annexée, illustre le cas particulier où la diode 3 est un dit- "lent" offrant un trr élevé. Comme le- montre cotte figure, le dispositif selon l'invention permet au transistor 1 c~l' ,'=''m;r~r le blocage de son courant collecteur bien avant que ne réapparaisse entre les bornes de sa jonction collecteur-base la tension maximale présente entre les bornes d'alimentation A et B. Cette solution permet de conserver une grande marge de sécurité à l'ouverture de ce serai-conducteur utilisé comme moyen commutateur. L'addition du courant, que génère l'impédance 5 et qu'additionne la diode 3 sur la jonction collecteur-base du transistor 1 permet d'optimiser ainsi aisément les caractéristiques affectant le transistor 1 à la commutation sur charge inductive. Les Fig. 1B, 1C, 1D et lE, ci-annexées, illustrent les résultats obtenus lorsque le dispositif selon l'invention est conforme à la Fig. 2, ci-annexée, où l'impédance 5 est constituée par une résistance pure 6 dont la valeur se situe à quelques ohms. La Fig. 3, ci -annexée, illustre un mode de réalisation du dispositif selon l'invention où l'impédance 5 est constituée par la diode 7, convenablement polarisée. La Fig. 4, ci-annexée, illustre un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention où l'impédance 5 est constituée l'inductance 8. Il va de soi que l'impédance 5 peut, également, faire appel à une réactance complexe laquelle correspondrait à la combinaison, en série ou en parallèle, d'un ou plusieurs composants qu'ils soient résistifs, réactifs ou non-linéaires. De cette manière, il est ainsi possible de modifier, à volonté, le profil du courant transi tant dans la jonction collecteur-base du transistor 1, ce qui permet de répondre pratiquement à toutes les applications réclamant des carëtctéri3tiuas prtlul10re. La Fic. 5, a nn::=f~ illustre un mode de réalisation pratique du dispositif selon l'invention où l'on utilise, non plus un transistor de commutation unique 1, mais 2 transistors montés selon la structure dite " en demi-pont à condensateurs". Dans ce montage l'on retrouve deux circuits correspondant à la Fig. 2, ci-annexée, lesquels sont montés en série pour former la branche active du convertisseur utilisé dont la branche passive comprend les deux condensateurs 10a et 10b. Le point milieu F de ladite branche active est connecté au point milieu G de ladite branche active par le circuit série comprenant le primaire 9a du transformateur 9 et le primaire 4c du transformateur de commande 4 dont les secondaires; 4a et 4b, convenablement orienté-: par rapport au primaire 4@. délivrent, respectivement, des signaux: opposés en phase capables d'entretenir la conduction cyclique alternée des transistors la et lb. Ainsi, à la mise sous tension des bornes communes polarisées A et B, le circuit série comprenant le condensateur 14, le diac 15 et le secondaire 4c du transformateur de commande 4 se trouve traversé par une impulsion correspondant à la charge du condensateur 2 dès que la tension de seuil du diac 15 a été atteinte. Cette impulsion, induite dans le transformateur 4 déclenche le fonctionnement de 1 ' auto-oscillateur en pont comprenant les transistors la et 1b associés au:. condensateurs 10a et 10b. Un courant alternatif dont la fréquence est principalement déterminée par la constante de temps caractérisant le circuit de commande émetteur-base des transistors la et 1b, traverse alors le primaire 9a qui tient lieu de la charge de sortie inductive 2 pré-citée. Le secondaire 2b couplé audit primaire délivre entre ses bornes l'énergie ainsi convertie à la charge de sortie 11. Ici, afin d'empêcher le double passage du courant dans la jonction collecteur-base bloquée du transistor la et du transistor 1b, les diodes 13a et 13b, convenablement polarisées, ont été inséréec, respectivement, en série avec chacune desdites onction collecteur-base. Les diodes 12a et 12b, montées en antiparallèle par rapport à la susdite branche active de pont, assurent la double circulation du courant. Un tel dispositif permet de fabriquer des convertisseurs à fréquence élevée qui, à la différence des dispositifs connus de ce genre, s'avèrent économiques, fiables et efficaces. Il est clair que le dispositif selon l'invention, tel qu'il vient d'être décrit peut d'appliquer à toutes les autres structures de convertisseur connues, à savoir, mono-transistor de type dit "fly-baek", bi-transistors de type dit "push-pul 1" ou "en pont asymétrique", quadri-transistore de type dit "en pont complet", etc... Le dispositif selon l'invention éradique ainsi les inconvénients pré-cités inhérents aux dispositifs selon l'art antérieur faisant appel, comme moyens commutateurs, aux transistors bi-polairos montés selon le mode dit "à base commune" . Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, le dispositif selon l' invention ne se limite nullement au:. modes de réalisation plus particulièrement envisagés ici, mais embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 . Dispositif électronique assurant la commutation d'un courant à travers une charge inductive 2 en faisant appel à, au moins, un transistor bi-polaire 1 monté selon le mode dit "à base commune" dont la jonction collecteur-base sert de moyen commutateur, caractérise par le fait que la commande de la conduction du transiter 1 est assurée par le signal récurrent que génère le secondaire 4a du transformateur de commande 4 lequel, connecté entre l'émetteur E du transistor 1, rejoint à travers l'impédance 5 la borne B commune à la base dudit transistor, une diode 3, convenablement polarisée, étant connectée entre la borne D commune à 1'impédance 5 et au secondaire 4a, de telle sorte que ladite diode dérive un courant de phase convenable sur la jonction collecteur-base du transistor 1 à l'état passant, ce courant se surajoutant au courant transitant naturellement dans la charge inductive 2, une telle configuration permettant d'optimiser les caractéristiques courant/tension de la commutation ainsi obtenue entre les bornes C et B. 2. Dispositif selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que l'impédance 5 est constituée par la résistance 6. 3. Dispositif selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que l'impédance 5 est constituée par un élément à caractéristique non linéaire tel que la diode 7 convenablement polarisée. 4. Dispositif selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que l'impédance 5 est constituée par l'inductance 8. 5. Dispositif selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que l'impédance 5 est constituée par l'association, en série ou en parallèle, d'un ou de plusieurs composants, qu'ils soient résistifs, capacitifs ou non linéaires. 6. Dispositif selon les Revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la diode 3, connectée entre la borne D, commune a l'impédance 5 et au secondaire 4a, et la borne C du collecteur du transistor 1 est un modèle dit "rapide", offrant un faible trr. 7. Dispositif selon les Revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la diode 3, connectée entre la borne D, commune à l'impédance 5 et au secondaire 4a, et la borne C du collecteur du transistor 1, est un modèle dit "lent" offrant un trr élevé. 8. Dispositif selon les Revendications 1 a 7, caractérisé par le fait que deux diodes 13a et 13b, convenablement polarisées, se trouvent, respectivement, connectée en série avec le collecteur du transistor la et le collecteur du transistor lb, de telle sorte qu'aucun courant inverse ne puisse transiter à travers ces jonctions lorsque celles-ci se trouvent bloquées. 9. Dispositif selon les Revendications 1 a 8, caractérisé par le fait que deux diodes 12a et 12b se trouvent connectées entre la borne F correspondant au point milieu du demipont comprenant les transistors la et lb et les bornes communes polarisées A et B, de telle sorte que lesdites diodes assurent la double circulation du courant entre le point milieu F et les bornes communes A et B. 10. Dispositif selon les Revendications 1 a 7, caractérisé par le fait que le courant traversant la charge inductive de sortie 2 excite le primaire 4c, convenablement orienté, du transformateur de commande 4, de telle sorte que le convertisseur ainsi constitué soit du type dit "auto-oscillateur". 11. Dispositif selon les Revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le transformateur 4 est doté d'un secondaire 4e formant avec le condensateur 14 et le diac 15 un circuit série qui, connecté entre les bornes communes A et B, à la mise sous tension de ces dernières est capable de produire une impulsion de déclenchement assurant l'initiation dudit signal commandant la conduction cyclique du ou des transistors de commutation utilisés. 12. Utilisation du dispositif selon les Revendications 1 a 7, pour la fabrication de convertisseurs utilisant des structures connues, mono-transistor, bi-transistors ou quadri-transistors qui font appel soit à un transistor bi-polaire unique 1, ou à deux transistors bi-polaires la et lb ou encore à quatre transistors bipolaires.