Brevet FR2861915A1 — publié le 20050506

REDRESSEMENT SYNCHRONE POUR ALIMENTATION DE MOTEUR A BASSE TENSION Arrière-plan de l'invention Beaucoup d'applications électroniques de puissance comprennent des charges inductives qui sont commandées par des MOSFET de puissance. De façon typique, ces MOSFET sont dans une configuration représentée sur la figure 1. Lorsqu'un des MOSFET (par exemple s1) est ouvert ou en non conduction, la charge inductive a pour effet que le courant de charge circule à travers la diode interne du deuxième MOSFET (c'est-à-dire s2). Ces diodes, appelées diodes de corps, ont une chute de tension en sens direct minimale de 0,6 V environ. Par contre, le canal de MOSFET, du fait de sa caractéristique résistive, a une chute de tension qui est proportionnelle au courant. Ainsi, dans beaucoup de cas, la mise en conduction du canal a pour conséquence une chute plus faible à travers le dispositif, ce qui réduit à son tour la dissipation d'énergie. Ce procédé d'utilisation du canal pour transporter la circulation de courant inverse est bien connu et il est appelé redressement synchrone dans des applications qui créent une tension de sortie en courant continu, telles que des convertisseurs de courant continu en courant continu et une recirculation synchrone dans des applications d'alimentation de moteur. Un redresseur synchrone simplifié est illustré sur la figure 2. Un commutateur S3 est ouvert, ou non passant, pour permettre à une diode Dl de bloquer le courant inverse, et il se ferme, ou devient conducteur, lorsque la diode Dl conduit un courant en sens direct. Par conséquent, la fermeture du commutateur S3 empêche l'apparition d'une chute de tension en sens direct de 0,7 volt environ à travers la diode Dl et évite donc la production de chaleur associée qui serait engendrée par la circulation de courant à travers la diode Dl. Dans la plupart des cas, une unité de commande 16 pour le commutateur S3 doit savoir lorsque le courant s'inverse, de sorte que la diode Dl passe en conduction en sens direct, pour commander le commutateur S3 de manière à le fermer pour supprimer la chute de tension en sens direct. Le circuit doit également savoir lorsque le courant de commutateur a diminué à zéro, pour ouvrir alors le commutateur S3 en non conduction. Si le commutateur S3 n'est pas ouvert lorsque le courant devient nul, le courant peut alors s'inverser dans beaucoup d'applications (par exemple des moteurs à réluctance commutée et des moteurs à courant continu sans balais excités et enroulés trapézoïdalement) et cela peut être nuisible pour l'application. Dans beaucoup d'applications, pour des raisons de coût ou de technique, il est difficile à l'unité de commande de savoir si le courant est devenu nul pour ouvrir le commutateur S3. Résumé de l'Invention Conformément à la présente invention, on obtient un circuit de mesure d'une chute de tension à travers un MOSFET, pour déterminer le sens du courant qui circule à travers le MOSFET. Les mesures de tension à travers le MOSFET sont introduites dans un comparateur qui comporte également une entrée de tension spéciale, pour produire un résultat de comparaison avec la tension de MOSFET. Une sortie du comparateur est appliquée au circuit de pilotage du MOSFET pour agir en association avec les signaux de commande de base du circuit de pilotage du MOSFET. La sortie du comparateur fournit un signal qui peut indiquer lorsque le MOSFET doit être en conduction, afin de fermer le canal de MOSFET et de réduire la chute de tension en sens direct pour le courant qui circule dans le canal. Le signal de sortie du comparateur indique également lorsque le courant à travers le MOSFET diminue au voisinage de zéro et il signale alors au circuit de pilotage du MOSFET qu'il faut ouvrir le canal de MOSFET pour permettre à la diode de corps du MOSFET de bloquer le courant inverse à travers le MOSFET. Par mesure de la tension à travers le MOSFET et comparaison de la tension de MOSFET à une tension de référence, on obtient un signal qui procure une meilleure sensibilité pour commander le fonctionnement d'un MOSFET en redresseur synchrone. Le circuit selon la présente invention utilise très peu de composants et effectue une mesure directe aux bornes du MOSFET pour améliorer le fonctionnement du circuit en redresseur synchrone. Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, la tension d'entrée à travers le MOSFET peut être filtrée avant d'être appliquée au comparateur, afin d'améliorer encore la sensibilité et l'immunité au bruit du circuit. L'invention concerne aussi un circuit d'alimentation de moteur à basse tension avec redresseur synchrone, qui comprend: un demi-pont comprenant des MOSFET pour alimenter une charge inductive couplée à un point milieu du demi-pont; un circuit comparateur ayant une entrée couplée au point milieu du circuit en demi-pont pour détecter la tension à travers un des MOSFET du circuit en demi-pont; le circuit comparateur ayant une autre entrée couplée à une tension de référence de manière à fournir un seuil de comparaison pour comparaison avec la tension détectée à travers le MOSFET; un circuit de commande couplé au MOSFET pour commuter un canal du MOSFET; et une sortie du circuit comparateur, couplée au circuit de commande pour influencer la commutation du canal de MOSFET, de sorte qu'une sensibilité de réponse du MOSFET fonctionnant en redresseur synchrone est augmentée. Le circuit peut comprendre en outre: un autre circuit comparateur ayant une entrée couplée au point milieu du circuit en demi-pont pour détecter la tension à travers un autre des MOSFET du circuit en demi-pont; un autre circuit de commande couplé à l'autre MOSFET pour commuter un canal de l'autre MOSFET; et une sortie de l'autre circuit comparateur couplée à l'autre circuit de commande pour influencer la commutation de l'autre canal de MOSFET, de sorte qu'une sensibilité de réponse des MOSFET en demi-pont fonctionnant en redresseurs synchrones est augmentée. Le circuit peut comprendre en outre un circuit de filtre interposé entre le point milieu du demi-pont et le comparateur pour éliminer le bruit du signal de tension détecté à travers le MOSFET. L'invention concerne aussi un procédé de commande d'un MOSFET fonctionnant en redresseur synchrone dans une alimentation de moteur à basse tension, comprenant: la mesure d'une tension aux bornes du MOSFET pour déterminer une circulation de courant dans le canal de MOSFET; la comparaison de la tension mesurée aux bornes du MOSFET à une tension de référence pour obtenir une indication du moment où la tension mesurée est supérieure ou inférieure à la tension de référence; la combinaison de cette indication avec un signal de commande pour commander un circuit de pilotage afin de commuter le canal de MOSFET, de sorte que le canal de MOSFET est mis en conduction lorsque la tension détectée aux bornes du MOSFET est plus grande que la tension de référence et que le MOSFET est commuté en non conduction lorsque la tension détectée aux bornes du MOSFET est inférieure à la tension de référence. Le procédé peut comprendre en outre l'utilisation d'une marge pour l'indication que la tension détectée est supérieure ou inférieure à la tension de référence, de sorte que l'indication ne change pas d'état tant que la comparaison de la tension détectée à la tension de référence est à l'intérieur de la marge, afin d'obtenir une fonction d'hystérésis dans le comparateur. L'invention concerne aussi un procédé de commande d'un MOSFET comme redresseur synchrone dans un demi-pont d'une alimentation de moteur à basse tension, comprenant: la détermination du moment où un courant circule en sens direct à travers une diode de corps du MOSFET la commutation du MOSFET en conduction sur la base de la détermination qu'un courant circule en sens direct; la détermination du moment où la diode de corps bloque un courant inverse à travers le MOSFET; et la commutation en non conduction du canal de MOSFET sur la base de la détermination que la diode de corps du MOSFET bloque la circulation de courant. Brève Description des Dessins La présente invention est décrite ci-après en détail avec référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma de circuit simplifié d'une charge inductive alimentée par des MOSFET de puissance la figure 2 est un modèle de circuit d'un redresseur synchrone; et la figure 3 est un schéma de circuit illustrant un redresseur synchrone conforme à la présente invention. Description Détaillée des Modes Préférés de Réalisation La présente invention est représentée sur la figure 3, où le circuit de pilotage de MOSFET 2 possède l'intelligence requise pour pouvoir mettre le MOSFET 4 en conduction ou en non conduction de façon autonome afin de tirer parti de la recirculation synchrone. Un circuit OU 6, un comparateur 8, une tension de référence 10 et un filtre 12 sont utilisés avec le circuit de pilotage pour obtenir la fonction de redressement synchrone. II est clair que le filtre 12 varie selon l'application et peut même être supprimé. La fonction des éléments additionnels est de mettre le MOSFET 4 en conduction lorsque la tension à travers celui-ci est inférieure à une tension de référence prédéterminée (la tension de référence 10) qui peut être une tension positive faible (0,5 V environ), ou négative. Ce procédé tire parti du fait que la tension à travers le MOSFET 4 est faible et en fait négative lorsque la diode de corps 14 du MOSFET 4 est conductrice. Lorsque le comparateur 8 détecte que la tension aux bornes du MOSFET 4 est devenue négative, il en conclut que la diode 14 est conductrice et met alors le canal de MOSFET en conduction. Le canal de MOSFET conducteur entraîne une réduction importante de la chute de tension en sens direct du commutateur, ce qui réduit la température de façon correspondante. Lorsque le courant qui circule de la source au drain diminue et devient nul, ou commence à s'inverser, c'est-à-dire commence à circuler du drain vers la source, la tension à travers le MOSFET 4 commence à augmenter. Pendant cette opération, la diode de corps 14 commence à bloquer le courant inverse. Lorsque la tension détectée par le comparateur 8 croise la limite fixée, le MOSFET 4 devient non conducteur. Le comparateur 8 doit pouvoir détecter des tensions négatives. En outre, le comparateur 8 peut être configuré de manière à présenter de l'hystérésis ou à avoir des sorties différentes sur la base de ce que la tension détectée croise la valeur de tension de référence 10 en venant d'une valeur inférieure ou supérieure. Dans diverses applications, le filtre 12 est relié au comparateur 8 pour éliminer / lisser le bruit de commutation à travers le MOSFET 4 afin d'obtenir une tension détectée plus propre Le filtre 12 peut fonctionner avec un intervalle d'interruption, dans lequel la détection de tension à travers le MOSFET 4 est suspendue pendant un certain laps de temps arbitraire. L'utilisation d'un intervalle d'interruption permet au filtre 12 d'être plus spécifique à des conditions de circuit pratique, par exemple par coupure pendant des intervalles de fonctionnement dont on sait qu'ils comportent des signaux transitoires importants. La tension de référence 10 est choisie en fonction du bruit et des retards requis dans les applications. II est clair que la tension de référence 10, bien que théoriquement nulle, peut prendre toute valeur positive ou négative en fonction du circuit et de paramètres de fonctionnement. Dans les applications ayant une tension élevée sur le bus de courant continu, il peut être préférable de limiter la tension d'entrée au comparateur 8 ou d'ajouter un réseau diviseur pour réduire la tension d'entrée. L'intégration de la fonctionnalité de la présente invention dans le circuit de pilotage procure l'avantage d'un nombre réduit de composants et d'une moindre complexité de l'unité de commande. Par exemple, on peut prévoir un seul bloc de circuit de pilotage en demi-pont incorporant le circuit de l'invention, pour regrouper les composants. Dans ce cas, un bloc de circuit de pilotage peut inclure une possibilité de commande pour un ou deux MOSFET, dans une configuration en demi-pont ou toute autre combinaison. Bien que la présente invention ait été décrite en relation à ses modes de réalisation particuliers, beaucoup d'autres variations et modifications et d'autres utilisations apparaîtront aux hommes de l'art. Il est donc entendu que la présente invention n'est pas limitée par la description spécifique ci-dessus. 8 REVENDICATIONS 1. Circuit de commande d'un MOSFET (4) en mode de redresseur synchrone, comprenant: un circuit comparateur (8) ayant une entrée reliée au MOSFET (4) pour obtenir une tension détectée à travers le MOSFET; une entrée de tension de référence (10) au circuit comparateur (8) pour comparaison avec la tension détectée à 10 travers le MOSFET (4) ; un circuit de pilotage de MOSFET (2) relié au MOSFET (4) pour commander la commutation de canal du MOSFET; un signal de commande appliqué au circuit de pilotage de MOSFET (2) pour commuter le canal de MOSFET; et une sortie du circuit comparateur (8) appliquée au circuit de pilotage de MOSFET (2) en conjonction avec le signal de commande, pour commuter le canal de MOSFET en fonction de la tension détectée. 2. Circuit selon la revendication 1, comprenant en outre un circuit de filtre (12) interposé entre le MOSFET (4) et le circuit comparateur (8). 3. Circuit selon la revendication 2, comprenant en outre une commande d'interruption de filtre couplée au circuit de filtre (12) pour suspendre l'entrée au filtre pendant un laps de temps prédéterminé. 4.Circuit selon la revendication 1, dans lequel le circuit comparateur (8) présente de l'hystérésis. 5. Circuit selon la revendication 1, dans lequel la tension de référence (10) est nulle. 6. Circuit d'alimentation de moteur à basse tension avec redresseur synchrone, qui comprend: un demi-pont comprenant des MOSFET (4) pour alimenter une charge inductive (L1) couplée à un point milieu du demi- 5 pont; un circuit comparateur (8) ayant une entrée couplée au point milieu du circuit en demi-pont pour détecter la tension à travers un des MOSFET (4) du circuit en demi-pont; le circuit comparateur (8) ayant une autre entrée couplée à une tension de référence (10) de manière à fournir un seuil de comparaison pour comparaison avec la tension détectée à travers le MOSFET (4) ; un circuit de commande (2, 6) couplé au MOSFET (4) pour commuter un canal du MOSFET; et une sortie du circuit comparateur (8), couplée au circuit de commande (2, 6) pour influencer la commutation du canal de MOSFET, de sorte qu'une sensibilité de réponse du MOSFET fonctionnant en redresseur synchrone est augmentée. 7. Circuit selon la revendication 6, comprenant en outre: un autre circuit comparateur ayant une entrée couplée au point milieu du circuit en demi-pont pour détecter la tension à travers un autre des MOSFET du circuit en demi-pont; un autre circuit de commande couplé à l'autre MOSFET 25 pour commuter un canal de l'autre MOSFET; et une sortie de l'autre circuit comparateur couplée à l'autre circuit de commande pour influencer la commutation de l'autre canal de MOSFET, de sorte qu'une sensibilité de réponse des MOSFET en demi-pont fonctionnant en redresseurs synchrones est augmentée. 8. Circuit selon la revendication 6, comprenant en outre un circuit de filtre (12) interposé entre le point milieu du demi-pont et le comparateur (8), pour éliminer le bruit du signal de tension détecté à travers le MOSFET (4). 9. Circuit selon la revendication 6, dans lequel le circuit comparateur (8) présente de l'hystérésis. 10. Circuit selon la revendication 8, comprenant en outre une commande d'interruption de filtre couplée au circuit de filtre (12) pour suspendre l'entrée au filtre pendant un laps de temps prédéterminé. 11. Circuit selon la revendication 6, comprenant en outre: un circuit de pilotage (2) couplé au MOSFET (4) pour commuter le canal de MOSFET; une entrée de signal de commande dans le circuit de pilotage, pour commander le circuit de pilotage de manière à commuter le canal de MOSFET; et dans lequel la sortie du comparateur (8) et le signal de commande sont soumis à une opération logique OU (6) pour commander le circuit de pilotage (2). 12. Procédé de commande d'un MOSFET (4) fonctionnant en redresseur synchrone dans une alimentation de moteur à basse tension, comprenant: la mesure d'une tension aux bornes du MOSFET (4) pour déterminer une circulation de courant dans le canal de MOSFET; la comparaison de la tension mesurée aux bornes du MOSFET à une tension de référence (10) pour obtenir une indication du moment où la tension mesurée est supérieure ou inférieure à la tension de référence; la combinaison de cette indication avec un signal de commande pour commander un circuit de pilotage (2) afin de commuter le canal de MOSFET (4), de sorte que le canal de MOSFET est mis en conduction lorsque la tension détectée aux bornes du MOSFET est plus grande que la tension de référence (10) et que le MOSFET est commuté en non conduction lorsque la tension détectée aux bornes du MOSFET est inférieure à la tension de référence. 13. Procédé selon la revendication 12, comprenant en outre le filtrage (12) de la tension détectée aux bornes du MOSFET (4) pour comparaison avec la tension de référence (10). 14. Procédé selon la revendication 13, comprenant en outre l'interruption du filtrage (12) pendant un laps de temps prédéterminé. 15. Procédé selon la revendication 12, comprenant en outre l'utilisation d'une marge pour l'indication que la tension détectée est supérieure ou inférieure à la tension de référence (10), de sorte que l'indication ne change pas d'état tant que la comparaison de la tension détectée à la tension de référence est à l'intérieur de la marge, afin d'obtenir une fonction d'hystérésis dans le comparateur (8). 16. Procédé de commande d'un MOSFET (4) comme redresseur synchrone dans un demi-pont d'une alimentation de moteur à basse tension, comprenant: la détermination du moment où un courant circule en sens direct à travers une diode de corps (14) du MOSFET (4) ; la commutation du MOSFET (4) en conduction sur la base de la détermination qu'un courant circule en sens direct; la détermination du moment où la diode de corps (14) bloque un courant inverse à travers le MOSFET (4) ; et la commutation en non conduction du canal de MOSFET (4) sur la base de la détermination que la diode de corps (14) du MOSFET bloque la circulation de courant. 17. Circuit de pilotage en demi-pont pour commuter des MOSFET en demipont, comprenant: un circuit de pilotage de MOSFET (2) couplé à un premier MOSFET (4) du demi-pont, pour commuter le premier MOSFET; un circuit comparateur (8) ayant une entrée couplée au premier MOSFET pour détecter une tension à travers le premier MOSFET; une entrée de tension de référence (10) au circuit comparateur (8) pour fournir un niveau de tension de seuil pour comparaison à la tension détectée à travers le premier MOSFET; un signal de commande couplé au circuit de pilotage de MOSFET (2) pour commander la commutation du premier MOSFET; et une sortie du circuit comparateur (8) couplée au circuit de pilotage de MOSFET (2) en combinaison avec le signal de commande pour influencer la commutation du MOSFET en relation à la deuxième tension. 18. Circuit de pilotage en demi-pont selon la revendication 17, dans lequel le circuit de pilotage de MOSFET (2) et le 20 circuit comparateur (8) sont combinés en un seul bloc intégré. 19. Circuit de pilotage en demi-pont selon la revendication 18, dans lequel le bloc intégré contient en outre le premier MOSFET (4).