Brevet FR2838579A1 — publié le 20031017

soudure anodique. DISPOSITIF A SEMICONDUCTEUR DE PUISSANCE La présente invention concerne un dispositif à semiconducteur de puissance pour effectuer une conversion d'énergie, et elle concerne plus particulièrement la protection contre des pointes de tension dans le dispositif à semiconducteur de puissance. Un dispositif à semiconducteur de puissance général qui effec tue une conversion d'énergie comprend un circuit onduleur ayant une mul tiplicité de circuits en demi-pont connectés en parallèle incluant chacun deux éléments à semiconducteur de puissance connectés en série, et un circuit de commande qui attaque les éléments à semiconducteur de puis sance dans le circuit onduleur. Une fonction de protection contre une surintensité est généra lement incorporée dans un dispositif à semiconducteur de puissance. Pour détecter une intensité d'un courant circulant à travers l'élément à semi conducteur de puissance, pour la protection contre les surintensités, on connat par exemple un procédé consistant à utiliser une tension générée dans une résistance en dérivation connectée à un circuit onduleur. La fi gure 3 montre une configuration d'un dispositif à semiconducteur de puis sance classique pour détecter une surintensité en utilisant un tel procédé. Comme représenté sur la figure 3, le dispositif à semiconducteur de puissance comporte des éléments à semiconducteur de puissance SW1 et SW2 qui sont respectivement d'un côté de tension basse et d'un côté de tension élevée, des circuits de commande IC1 et IC2 pour attaquer et commander les éléments à semiconducteur de puissance respectifs SW1 et SW2, et des diodes de roue libre FW1 et FW2 des éléments à semi conducteur de puissance SW1 et SW2. Le dispositif à semiconducteur de puissance fournit une tension de sortie obtenue en commandant les opé rations de commutation des éléments à semiconducteur de puissance SW1 et SW2, sur une borne de sortie VS. Dans le dispositif à semiconducteur de puissance, une résis tance en dérivation R1 est connectée entre une borne d'émetteur N1 de l'élément à semiconducteur de puissance SW1 du côté de tension basse, et une borne de potentiel de référence N connectée du côté de potentiel bas d'une alimentation continue (qu'on appellera ci-après une "alimenta tion de commande"), pour attaquer les circuits de commande IC1 et IC2. Une tension VR1 proportionnelle à l'intensité d'un courant qui circule dans l'élément à semiconducteur de puissance SW1 est générée aux bornes de la résistance en dérivation R1. Comme représenté sur la figure 3, il existe une inductance parasite L entre la borne d'émetteur N1 de l'élément à semiconducteur de puissance SW1 et la résistance en dérivation R1. Le circuit de commande IC1 a une borne VIN à laquelle est ap pliquée une tension d'alimentation de commande, une borne de détection de courant CIN, et une borne de sortie OUT1 pour fournir un signal de commande pour commander l'élément à semiconducteur de puissance SW1. Le circuit de commande IC1 a une fonction de protection contre les surintensités, il détecte un courant circulant dans l'élément à semiconduc teur SW1 avec une tension appliquée à la borne de détection de courant CIN, et il émet un signal de commande pour bloquer l'élément à semi conducteur SW1 lorsqu'une surintensité circulant dans l'élément à semi conducteur SW1 est détectée. De façon plus spécifique, la tension VR1 générée aux bornes de la résistance en dérivation R1 est appliquée à la borne de détection de courant CIN du circuit de commande IC1 par l'in termédiaire d'un circuit de filtre incluant une résistance R2 et un conden sateur C1. Lorsque la tension de la borne de détection de courant CIN dépasse un niveau de référence, la fonction de protection contre les su rintensités du circuit de commande IC1 devient active pour couper son signal de sortie OUT1 Lorsque la fonction de protection contre les surintensités décrite ci-dessus fonctionne, une pointe de tension avec un niveau relativement élevé peut apparatre entre les bornes N1 et N à cause de l'inductance parasite L d'un conducteur ou d'un fil s'étendant de la borne d'émetteur N1 jusqu'à la résistance R1. Une tension d'alimentation de commande VD est appliquée entre la borne de potentiel de référence N de la source d'alimentation de commande, et une borne d'alimentation VCC, par l'in- termédiaire d'un condensateur de lissage C2. Par conséquent, une ten- sion élevée obtenue en superposant la tension d'alimentation de com- mande VD et la pointe de tension appliquée entre les bornes N1 et N. est appliquée entre les bornes N1 et VCC. Par conséquent, une pointe de tension très élevée peut être appliquée entre les bornes N1 et N. et peut donc détruire le circuit de commande IC1. La présente invention a été faite pour résoudre les problèmes ci-dessus, et elle a pour but de procurer un dispositif à semiconducteur de puissance capable d'éviter qu'un circuit de commande qui commande une opé ration de commutation d'é léments à se mi con d u cteur soit détru it par une pointe de tension appliquse entre des bornes prédéterminées du cir- cuit de commande. Selon le premier aspect de l'invention, celle-ci procure un dis positif à semiconducteur de puissance comprenant un circuit en demi- pont, un circuit de commande et un circuit d'élimination de bruit. Le circuit en demi-pont comprend un élément de commutation d'un côté de tension basse et un élément de commutation d'un côté de tension élevée. Ces éléments de commutation sont connectés en série. On peut faire fonction ner le circuit de commande de façon à commander une opération de commutation de l'élément de commutation d'un côté de tension basse du circuit en demi-pont. Le circuit de commande a une borne de réception de tension d'alimentation connectée à un côté de tension élevée d'une ali- mentation pour attaquer le circuit de commande. Le circuit d'élimination de bruit est capable de fonctionner pour éliminer du bruit qui est produit sur un conducteur connecté à une borne du côté de tension basse de l'élément de commutation d'un côté de tension basse. Le circuit d'élimina- tion de bruit est interposé entre la borne de réception de tension d'alimen- tation du circuit de commande et la borne du côté de tension basse de I'élément de commutation d'un côté de tension basse. Dans le dispositif à semiconducteur de puissance, le circuit d'élimination de bruit peut com- prendre une diode Zener ou un condensateur. Conformément au dispositif à semiconducteur du premier as- pect, même si une pointe de tension est générée entre la borne de récep tion d'alimentation du circuit de commande et la borne de tension basse de l'élément de commutation du côté de tension basse, le moyen de ré duction de bruit peut réduire une variation abrupte de tension, pour proté ger le circuit de commande contre une destruction. Dans le second aspect de l'invention, celle-ci procure un dispo sitif à semiconducteur de puissance incluant un circuit en demi-pont, un circuit de commande et un circuit d'élimination de bruit. Le circuit en demi pont comprend un élément de commutation d'un côté de tension basse et un élément de commutation d'un côté de tension élevée. Ces éléments de commutation sont connectés en série. On peut faire fonctionner le circuit de commande pour commander une opération de commutation de l'élé ment de commutation d'un côté de tension basse dans le circuit en demi pont. Le circuit de commande a une borne de potentiel de référence con nectée à une borne de potentiel de référence d'une alimentation pour attaquer le circuit de commande. La borne de potentiel de référence four nit un potentiel de référence. Le circuit d'élimination de bruit est capable de fonctionner pour éliminer du bruit qui est produit sur un conducteur connocté à une borne du côté de tension basse de l'élément de commuta tion d'un côté de tension basse. Le circuit d'élimination de bruit est inter posé entre la borne de potentiel de référence du circuit de commande et la borne du côté de tension basse de l'élément de commutation d'un côté de tension basse. Dans un dispositif à semiconducteur de puissance, le circuit d'élimination de bruit peut comprendre un condensateur. Conformément au dispositif à semiconducteur dans le second aspect, il est possible de réduire une variation abrupte de la tension qui est générée entre la borne de potentiel de référence du circuit de com mande pour commander l'élément de commutation du côté de tension basse, et la borne de tension basse de l'élément de commutation du côté de tension basse. On peut donc éviter qu'un circuit de commande soit dé truit par une pointe de tension. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la des cription se réfère aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est un schéma d'un dispositif à semiconducteur de puissance conforme à la présente invention (Premier Mode de réalisation); La figure 2 est un schéma d'un dispositif à semiconducteur de puissance conforme à la présente invention (Second Mode de réalisation). La figure 3 est un schéma d'un dispositif à semiconducteur de puissance classique. Premier Mode de Réalisation La figure 1 montre une configuration d'un dispositif à semi- conducteur de puissance conforme à la présente invention. Le dispositif à semiconducteur de puissance comprend des éléments à semiconducteur de puissance SW1 et SW2 connectés en série, qui sont respectivement disposés d'un côté de tension basse et d'un côté de tension élevée, des circuits de commande IC1 et IC2 pour attaquer et commander les élé- ments à semiconducteur de puissance respectifs SW1 et SW2, et des dio- des de roue libre FW1 et FW2 des éléments à semiconducteur de puis- sance respectifs SW1 et SW2. Le dispositif à semiconducteur de puis sance a une borne de réception d'alimentation VCC connectée à un côté de potentiel élevé d'une alimentation de commande pour attaquer les cir- cuits de commande IC1 et IC2, une borne de potentiel de référence N connectée à un potentiel de référence de l'alimentation de commande, et une borne d'alimentation de sortie P connectée au côté de potentiel élevé d'une alimentation (qu'on appellera ci-après une "alimentation d'attaque") , pour attaquer un élément de commutation connecté à la sortie du disposi- tif à semiconducteur de puissance. Une résistance en dérivation R1 est connectée entre une borne d'émetteur N1 de l'élément à semiconducteur de puissance SW1 du côté de tension basse, et la borne N connectée au côté de potentiel bas de l'alimentation de commande. Une inductance pa- rasite L existe sur un conducteur ou un fil entre la borne d'émetteur qui est une borne de potentiel bas de l'élément à semiconducteur de puis- sance SW1, et la résistance en dérivation R1. Un circuit de filtre incluant une résistance R2 et un condensateur C1 est connecté à la résistance en dérivation R1. Les circuits de commande IC1 et IC2 commandent une tension base-émetteur des éléments à semiconducteur de puissance SW1 et SW2 remplissant la fonction d'éléments de commutation, pour commander leurs opérations de commutation. Une borne de sortie VS est commutée vers la borne P ou la borne N1 en fonction des opérations de commutation des éléments à semiconducteur de puissance SW1 et SW2. Le circuit de commande IC1 a une borne VIN pour recevoir une tension d'alimentation VCC pour attaquer le circuit de commande IC1, une borne de détection de courant CIN, une borne de sortie OUT1 pour émettre un signal de com mande pour commander le fonctionnement de l'élément à semiconducteur de puissance SW1, et une borne de potentiel de référence G connectée à la borne N. La borne de détection de courant CIN est connectée à un point de connexion de la résistance R2 et du condensateur C1 du circuit de filtre. Une tension d'alimentation VCC est appliquée à la borne de ré ception d'alimentation VIN du circuit de commande IC1 par l'intermédiaire d'un condensateur de lissage C2. Le circuit de commande IC1 a une fonction de protection contre les surintensités. Le circuit IC1 reçoit en entrée une tension VR1 générée aux bornes de la résistance en dérivation R1 sur la borne de détection de courant CIN du circuit de commande IC1, par l'intermédiaire du circuit de filtre incluant la résistance R2 et le condensateur C1, et il détermine si la tension de la borne de détection de courant CIN dépasse un niveau de référence. Lorsque la tension dépasse le niveau de référence, le circuit de commande IC1 détermine qu'une surintensité circule dans le circuit de commande IC1, pour couper le signal de sortie OUT1 et bloquer l'élément à semiconducteur SW1. En particulier, dans le dispositif à semiconducteur de puissance conforme au mode de réalisation présent, une diode Zener ZD est inter- posée à titre de circuit d'élimination de bruit entre la borne de réception d'alimentation VIN du circuit de commande IC1, et la borne d'émetteur N1 de l'élément à semiconducteur du côté de tension basse SW1. La diode Zener ZD connectée à la borne d'émetteur N1 de l'élément à semiconduc- teur de puissance du côté de tension basse SW1 peut éliminer le bruit qui est produit par l'inductance parasite L sur le conducteur entre la borne d'émetteur N1 et la résistance en dérivation R1. Plus particulièrement, bien qu'une pointe de tension élevée soit appliquée entre les bornes N1 et VIN (VCC) à cause de l'inductance parasite L, une tension entre les bor- nes N1 et VIN (VCC) peut être réduite à une tension de claquage de la diode Zener ZD, ou moins, et par conséquent il est possible d'éviter une destruction du circuit de commande IC1. On notera que la diode Zener ZD peut être incorporée dans le circuit de commande IC1. Second Mode de Réalisation La figure 2 montre une configuration du second mode de réalisation d'un dispositif à semiconducteur de puissance conforme à la présente invention. Le dispositif à semiconducteur de puissance conforme au mode de réalisation présent utilise un condensateur C3 pour le circuit d'élimination de bruit, à la place de la diode Zener ZD incorporée dans le dispositif à semiconducteur de puissance conforme au premier mode de réalisation. Le condensateur C3 peut éviter une variation abrupte de la tension appliquée entre les bornes N1 et VIN (VCC) , et protéger le circuit de commande IC1 contre une destruction par une pointe de tension. . Comme représenté par une ligne en pointillés sur la figure 2, un condensateur C3', à la place du condensateur C3, peut être connecté en- tre les bornes N1 et N. Ceci peut également éviter une variation abrupte de la tension appliquée entre les bornes N1 et VIN (VCC3, et donc proté- ger le circuit de commande IC1 contre une destruction par une pointe de tension. Bien que la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation spécifiés de celle-ci, de nombreuses autres mo difications, corrections et applications apparatront à l'homme de l'art. De nombreuses modifications peuvent donc être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. Par ailleurs, référence peut être faite à la demande de brevet japonais N 2002/113 397. REVENDICATIONS 1. Dispositif à semiconducteur de puissance, comprenant: un circuit en demi-pont incluant un élément de commutation (SW1) d'un côté de tension basse et un élément de commutation (SW2) d'un côté de ten sion élevée, ces éléments de commutation (SW1, SW2) étant connectés en série; et un circuit de commande (IC1) qu'on peut faire fonctionner pour commander une opération de commutation de l'élément de commuta tion (SW1) d'un côté de tension basse dans le circuit en demi-pont, le cir cuit de commande ayant une borne de réception de tension d'alimentation (VIN) connectée à un côté de tension élevée d'une alimentation pour atta quer le circuit de commande (IC1); caractérisé par un circuit d'élimination de bruit (ZD, C3) capable de fonctionner pour éliminer du bruit produit sur un conducteur connecté à une borne du côté de tension basse (N1) de l'élément de commutation (SW1) d'un côté de tension basse, le circuit d'élimination de bruit étant interposé entre la borne de réception d'alimen tation (VIN) du circuit de commande (IC1) et la borne du côté de tension basse (N1) de l'élément de commutation (SW1) d'un côté de tension basse. 2. Dispositif à semiconducteur de puissance selon la revendica tion 1, caractérisé en ce que le circuit d'élimination de bruit comprend une diode Zener (ZD). 3. Dispositif à semiconducteur de puissance selon la revendica tion 1, caractérisé en ce que le circuit d'élimination de bruit comprend un condensateur (C3). 4. Dispositif à semiconducteur de puissance, comprenant: un circuit en demi-pont incluant un élément de commutation (SW1) d'un côté de tension basse et un élément de commutation (SW2) d'un côté de ten sion élevée, ces éléments de commutation (SW1, SW2) étant connectés en série, et un circuit de commande (IC1) capable de fonctionner pour commander une opération de commutation de l'élément de commutation (SW1) d'un côté de tension basse dans le circuit en demi-pont, le circuit de commande (IC1) ayant une borne de potentiel de référence (G) connectée à un potentiel de référence d'une alimentation pour attaquer le circuit de commande (IC1); caractérisé par un circuit d'élimination de bruit (C3') capable de fonctionner pour éliminer du bruit qui est produit sur un conducteur connecté à une borne du côté de tension basse (N1) de l'élé- ment de commutation (SW1) d'un côté de tension basse, le circuit d'élimi- nation de bruit étant interposé entre la borne de potentiel de référence (G) du circuit de commande et la borne du côté de tension basse (N1) de I'élément de commutation d'un côté de tension basse. 5. Dispositif à semiconducteur de puissance selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que le circuit d'élimination de bruit comprend un