Brevet FR3023391A1 — publié le 20160108

La présente invention a pour objet un procédé de pilotage d'un élévateur de tension pour une commande de grille de transistor de puissance et un dispositif associé. L'invention trouve des applications très avantageuses en ce qu'elle permet de commander tout type de système de commande par élévateur de tension. Elle est décrite 5 dans la suite du document au moyen d'un exemple illustratif d'un convertisseur à pompe de charge, mais un montage avec une capacité dite de « bootstrap » (de l'anglais « bootstrap capacitor ») est également possible. Pour augmenter la tension de grille d'un transistor de puissance, on utilise usuellement une alimentation connectée à un dispositif élévateur de tension qui est 10 connecté à la grille dudit transistor de puissance par l'intermédiaire d'un pilote de grille qui permet la charge et la décharge de ladite grille. A chaque activation du transistor de puissance, il faut alors activer le pilote de grille au moyen de l'élévateur de tension qui va augmenter la tension vue par la grille du transistor de puissance jusqu'à une tension supérieure à la tension d'alimentation du 15 circuit. Chaque activation entraîne donc un courant consommé par ledit dispositif élévateur de tension. Cela entraîne également des émissions électromagnétiques perturbatrices qu'il y a lieu de maîtriser. Un élévateur de tension de type convertisseur à pompe de charge 10 pour une commande de grille de transistor de puissance 20 selon l'art antérieur est représenté 20 à la figure 1. La source de tension est ici une batterie 30 qui est reliée audit convertisseur à pompe de charge 10, lui même relié à la grille G du transistor de puissance 20 via un pilote de grille 50. Un schéma temporel de son fonctionnement est détaillé à la figure 2. On y retrouve, de haut en bas, l'évolution des signaux suivants : 25 - le signal de commande CDE d'activation ou de désactivation du pilote de la grille du transistor de puissance 20 généré par une entité de pilotage (non représentée), qui peut prendre deux valeurs. Une première valeur basse, pour laquelle le transistor de puissance 20 est désactivé, et une seconde valeur haute, pour laquelle le transistor de puissance 20 est activé, 30 - la tension Vg aux bornes de la grille G du transistor de puissance 20, - la tension Vcp en sortie du convertisseur à pompe de charge 10 alimentant le pilote de grille 50 commandant la grille G du transistor de puissance 20 et variant entre une valeur minimale (éventuellement nulle) et une valeur nominale maximale notée Vcpmax. Dans une phase de désactivation 1 du transistor de puissance 20, la commande CDE est en position basse. La tension Vg aux bornes de la grille G du transistor de puissance 20 est nulle et la tension en sortie du convertisseur à pompe de charge 10 est à sa valeur nominale Vcpmax. Dans une phase de charge de la grille G par le convertisseur à pompe de charge 10 via le pilote de grille 50, référencée 3, la commande CDE est en position haute et le restera tant que l'activation du transistor de puissance 20 est prévue. La tension Vg aux bornes de la grille G du transistor de puissance 20 s'élève depuis la valeur nulle à une valeur permettant l'activation effective du transistor de puissance 20. Usuellement cette valeur de tension est très proche de la tension Vcpmax maximale délivrée par le convertisseur à pompe de charge 10. La tension en sortie du convertisseur à pompe de charge 10 diminue pour sa part d'une valeur AV en alimentant la grille G du transistor de puissance 20 via le pilote de grille 50. La phase suivante est référencée 4 et correspond à une période temporelle durant laquelle la commande CDE est en position haute et la tension Vg aux bornes de la grille G du transistor de puissance 20 est égale à la tension Vcpmax maximale (modulo quelques pertes liées au montage électrique) délivrée par le convertisseur à pompe de charge 10. Durant cette période 4 la tension Vcp en sortie du convertisseur à pompe de charge 10 remonte jusqu'à sa valeur nominale Vcpmax. La phase référencée 5 correspond quant à elle à une phase d'activation du transistor de puissance 20 en mode stabilisé. La commande CDE est en position haute et la tension Vg aux bornes de la grille G du transistor de puissance 20 est toujours égale à la tension Vcpmax maximale délivrée par le convertisseur à pompe de charge 10. La tension Vcp en sortie du convertisseur à pompe de charge 10 est à sa valeur nominale Vcpmax. La phase référencée 7 correspond à une phase de désactivation du transistor de puissance 20. La commande CDE est alors en position basse et la tension Vg aux bornes de la grille G du transistor de puissance 20 diminue en raison de la coupure de la tension délivrée par le convertisseur à pompe de charge 10 et de la consommation du pilote de grille 50 durant la décharge de ladite grille G. La tension Vcp en sortie du convertisseur à pompe de charge 10 diminue donc et passe en dessous d'une valeur seuil qui désactive le transistor de puissance 20 dans les faits. La phase référencée 8 correspond à une phase où la décharge de la grille G est terminée et durant laquelle le convertisseur à pompe de charge 10, déconnecté de la 35 grille G, voit sa tension Vcp de sortie remonter à sa valeur nominale Vcpmax en prévision de la prochaine phase d'activation attendue du transistor de puissance 20. Il est à noter que durant cette phase le convertisseur à pompe de charge 10 doit remonter à sa valeur nominale Vcpmax tout en alimentant le pilote de grille 50 qui a une consommation résiduelle après la décharge de la grille G. Comme on le constate, la charge de la tension de grille Vg au moyen du 5 convertisseur à pompe de charge 10 entraîne une consommation importe et répétée de courant. Il est intéressant de trouver un mode de réalisation plus économe en énergie. WO 2008 150504 Al a proposé à l'homme du métier quelque alternative de réalisation au mode de fonctionnement décrit plus haut, mais cela n'est pas satisfaisant en ce que la réponse apportée n'est pas complètement efficace. En effet, l'éleveur de 10 tension étant utilisé en parallèle de la tension batterie, les gains sont minimes et non optimisés. L'objectif de l'invention est de limiter la consommation de courant et ainsi la dissipation d'énergie. Pour cela l'invention propose un procédé de pilotage d'un élévateur de tension 15 pour une commande de grille de transistor de puissance, ledit élévateur de tension étant conçu pour délivrer une tension de sortie supérieure à sa tension d'alimentation, ledit procédé étant remarquable en ce qu'il comporte les étapes suivantes lors de la mise en fonctionnement du transistor de puissance : - connexion du pilote de grille de la grille dudit transistor de puissance directement 20 à la tension d'alimentation tant que la tension de grille est inférieure à la tension d'alimentation, et, en parallèle, connexion de l'entrée de l'élévateur de tension à la tension d'alimentation, - dès que la tension de grille est égale à la tension d'alimentation, alors on bascule l'alimentation du pilote de grille de la grille du transistor de puissance depuis la 25 tension d'alimentation vers la sortie de l'élévateur de tension, - on maintient l'alimentation du pilote de grille de la grille du transistor de puissance sur la sortie de l'élévateur de tension tant que le transistor de puissance est en fonctionnement. Ainsi, le rendement global est meilleur et les courants pics de l'élévateur de 30 tension sont réduits. Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, lesquelles peuvent être considérées individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante : - la mise hors fonctionnement du transistor de puissance se fait systématiquement 35 avec la grille dudit transistor de puissance reliée à la seule tension d'alimentation. Ainsi il n'y a pas de diminution de la tension de sortie de l'élévateur de tension qui est ainsi immédiatement prêt à réactiver le transistor de puissance, - avantageusement l'élévateur de tension est un convertisseur à pompe de charge. L'invention concerne également un dispositif de pilotage d'un élévateur de tension pour une commande de grille de transistor de puissance mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes, ledit dispositif étant remarquable en ce qu'il comporte : - des moyens de connexion du pilote de grille de la grille dudit transistor de puissance directement à la tension d'alimentation, - des moyens de connexion de l'élévateur de tension à la tension d'alimentation, - des moyens de mesure de la tension de grille, - des moyens de comparaison de ladite tension de grille avec la tension d'alimentation, - des moyens de commande du basculement de l'alimentation du pilote de grille de la grille du transistor de puissance depuis la tension d'alimentation vers la sortie de l'élévateur de tension. Avantageusement, les moyens de comparaison de ladite tension de grille avec la tension d'alimentation et les moyens de commande du basculement de l'alimentation du pilote de grille de la grille du transistor de puissance depuis la tension d'alimentation vers la sortie de l'élévateur de tension sont réalisés de manière intégrée à un circuit intégré sans faire appel à des éléments discrets externes. Dans un mode de réalisation particulier, l'élévateur de tension est un convertisseur à pompe de charge. L'invention concerne enfin un support d'enregistrement lisible par un calculateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des caractéristiques décrites plus haut. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre. 30 Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, déjà décrite, montre une représentation schématique d'un dispositif de pilotage d'un élévateur de tension pour une commande de grille de transistor de puissance selon l'art antérieur, 35 - la figure 2, déjà décrite, montre un schéma temporel de fonctionnement d'un dispositif de pilotage d'un élévateur de tension pour une commande de grille de transistor de puissance selon l'art antérieur, la figure 3 montre une représentation schématique d'un dispositif de pilotage d'un élévateur de tension pour une commande de grille de transistor de puissance conforme à l'invention, la figure 4 montre un schéma temporel de fonctionnement d'un dispositif de pilotage d'un élévateur de tension pour une commande de grille de transistor de puissance conforme à l'invention. Il faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour 10 mettre en oeuvre l'invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant. Dans la description, les mêmes références numériques désignent d'une figure à l'autre des éléments identiques ou fonctionnellement semblables. Le procédé selon l'invention met en oeuvre plusieurs composants matériels ou 15 logiciels et plusieurs acteurs auxquels il sera fait référence dans la suite de la description. Dans la description, on prête des actions à des appareils ou à des programmes, cela signifie que ces actions sont exécutées par un microprocesseur de cet appareil ou de l'appareil comportant le programme, ledit microprocesseur étant alors commandé par des codes instructions enregistrés dans une mémoire de l'appareil. Ces 20 codes instructions permettent de mettre en oeuvre les moyens de l'appareil et donc de réaliser l'action entreprise. La figure 3 montre une représentation schématique d'un dispositif de pilotage d'un élévateur de tension (ici un convertisseur à pompe de charge) pour une commande de grille de transistor de puissance conforme à l'invention. Elle se distingue de celle de la 25 figure 1 en ce que ledit dispositif intègre un moyen de comparaison 40 de la tension de grille Vg avec la tension d'alimentation Vbat. Lorsque le procédé de pilotage conforme à l'invention est mis en oeuvre (cf. figure 4), le schéma temporel de fonctionnement est le suivant. Dans une phase de désactivation 1 du transistor de puissance 20, la 30 commande CDE est en position basse. La tension Vg aux bornes de la grille G du transistor de puissance 20 est nulle et la tension en sortie du convertisseur à pompe de charge 10 est à sa valeur nominale Vcpmax. Dans une phase de charge de la grille G par le convertisseur à pompe de charge 10 via le pilote de grille 50, référencée 2, la commande CDE est en position haute 35 et le restera tant que l'activation du transistor de puissance 20 est prévue. La tension Vg aux bornes de la grille G du transistor de puissance 20 s'élève depuis la valeur nulle à une valeur Vbat sous l'effet de la connexion de la grille G du transistor de puissance 20 directement à la tension d'alimentation Vbat. En parallèle, on constate que la tension Vcp en sortie du convertisseur à pompe de charge 10 est toujours à sa valeur nominale Vcpmax, puisqu'il n'est pas connecté à la grille G du transistor de puissance 20. Il est à noter qu'avantageusement on constate qu'ainsi le convertisseur à pompe de charge 10 n'a à fournir aucune énergie au pilote de grille 50. Dans la phase référencée 3, la commande CDE est en position haute et on bascule l'alimentation du pilote de grille 50 de la grille G du transistor de puissance 20 depuis la tension d'alimentation Vbat vers la sortie du convertisseur à pompe de charge 10. La tension Vg aux bornes de la grille G du transistor de puissance 20 s'élève depuis la valeur Vbat à une valeur permettant l'activation effective du transistor de puissance 20, proche de la tension Vcpmax maximale délivrée par le convertisseur à pompe de charge 10. La tension en sortie du convertisseur à pompe de charge 10 diminue pour sa part d'une valeur 0'V en alimentant la grille G du transistor de puissance 20 via le pilote de grille 50. Il est à noter que la chute de tension 0'V en sortie du convertisseur à pompe de charge 10 est inférieure à celle de l'art antérieur (cf. figure 2) car il y a moins d'énergie à fournir compte tenu du cas de figure de l'invention. La phase suivante est référencée 4 et correspond à une période temporelle durant laquelle la commande CDE est en position haute et la tension Vg aux bornes de la grille G du transistor de puissance 20 est égale à la tension Vcpmax maximale (modulo quelques pertes liées au montage électronique) délivrée par le convertisseur à pompe de charge 10. Durant cette période 4 la tension Vcp en sortie du convertisseur à pompe de charge 10 remonte jusqu'à sa valeur nominale Vcpmax. La phase référencée 5 correspond quant à elle à une phase d'activation du transistor de puissance 20 en mode stabilisé. La commande CDE est en position haute et la tension Vg aux bornes de la grille G du transistor de puissance 20 est toujours égale à la tension Vcpmax maximale délivrée par le convertisseur à pompe de charge 10. La tension Vcp en sortie du convertisseur à pompe de charge 10 est à sa valeur nominale Vcpmax. La phase référencée 6 de mise hors fonctionnement du transistor de puissance 20 se fait avec une nouvelle bascule de connexion du pilote de grille 50 de la grille G du transistor de puissance 20 directement à la tension d'alimentation Vbat. Ainsi, le convertisseur à pompe de charge 10 reste à sa valeur nominale Vcpmax et est prêt pour la prochaine phase d'activation du transistor de puissance 20. Dans les revendications, le terme « comporter » n'exclut pas d'autres éléments ou d'autres étapes. L'article indéfini « un » n'exclut pas un pluriel. Les différentes caractéristiques présentées et/ou revendiquées peuvent être avantageusement combinées. Leur présence, dans la description ou dans des revendications dépendantes différentes, n'exclue pas cette possibilité. Les signes de référence ne sauraient être compris comme limitant la portée de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage d'un élévateur de tension pour une commande de grille de transistor de puissance (20), ledit élévateur de tension étant conçu pour délivrer une tension de sortie (Vcp) supérieure à sa tension d'alimentation (Vbat), caractérisé en ce que ledit procédé comporte les étapes suivantes lors de la mise en fonctionnement du 5 transistor de puissance (20) : - connexion du pilote de grille (50) de la grille (G) dudit transistor de puissance (20) directement à la tension d'alimentation (Vbat) tant que la tension de grille (Vg) est inférieure à la tension d'alimentation (Vbat), et, en parallèle, connexion de l'entrée de l'élévateur de tension à la tension d'alimentation (Vbat), 10 - dès que la tension de grille (Vg) est égale à la tension d'alimentation (Vbat), alors on bascule l'alimentation du pilote de grille (50) de la grille (G) du transistor de puissance (20) depuis la tension d'alimentation (Vbat) vers la sortie de l'élévateur de tension, - on maintient l'alimentation du pilote de grille (50) de la grille du transistor de 15 puissance (20) sur la sortie de l'élévateur de tension tant que le transistor de puissance (20) est en fonctionnement. 2. Procédé de commande selon la revendication 1 dans lequel la mise hors fonctionnement du transistor de puissance (20) se fait systématiquement avec la grille dudit transistor de puissance (20) reliée à la seule tension d'alimentation (Vbat). 20 3. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'élévateur de tension est un convertisseur à pompe de charge (10). 4. Dispositif de pilotage d'un élévateur de tension pour une commande de grille de transistor de puissance (20) mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des 25 revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens de connexion du pilote de grille (50) de la grille (G) dudit transistor de puissance (20) directement à la tension d'alimentation (Vbat), - des moyens de connexion de l'élévateur de tension à la tension d'alimentation (Vbat), 30 - des moyens de mesure de la tension de grille (Vg), - des moyens de comparaison (40) de ladite tension de grille (Vg) avec la tension d'alimentation (Vbat),- des moyens de commande du basculement de l'alimentation du pilote de grille (50) de la grille (G) du transistor de puissance (20) depuis la tension d'alimentation (Vbat) vers la sortie de l'élévateur de tension. 5. Dispositif de commande selon la revendication 4 dans lequel les moyens de comparaison (40) de ladite tension de grille (Vg) avec la tension d'alimentation (Vbat) et les moyens de commande du basculement de l'alimentation du pilote de grille (50) de la grille (G) du transistor de puissance (20) depuis la tension d'alimentation (Vbat) vers la sortie de l'élévateur de tension sont réalisés de manière intégrée à un circuit intégré sans faire appel à des éléments discrets externes. 6. Dispositif de commande selon la revendication 4 ou la revendication 5 dans lequel l'élévateur de tension est un convertisseur à pompe de charge (10). 7. Support d'enregistrement lisible par un calculateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.