Brevet FR3025954A1 — publié le 20160318

DISPOSITIF ET PROCEDE DE VERROUILLAGE DOMAINE TECHNIQUE Cette demande se rapporte à des circuits de conversion de 5 courant, et plus particulièrement à des dispositifs de protection dans ces circuits. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION 10 On utilise des batteries (et parfois de multiples batteries) pour alimenter divers types de systèmes. C'est ainsi, par exemple, que l'on utilise des batteries pour alimenter des véhicules électriques ou des véhicules électriques hybrides. On peut configurer les batteries de ces 15 systèmes sous la forme de blocs de batterie qui donnent des tensions dans la plage de 150 à 600 volt. Mais les accessoires qui sont utilisés dans les mêmes véhicules exigent normalement des tensions qui sont bien moins hautes que 150 à 600 volt. C'est pourquoi, le véhicule 20 doit avoir un dispositif ou circuit de conversion, qui réduit la tension de la batterie à un niveau acceptable. Un système de conversion de ce genre, qui peut être utilisé, est un convertisseur courant continu-courant continu. Dans certains exemples, le convertisseur courant courant-courant continu 25 réduit la tension de la plage de 150 à 660 volt à une valeur de 12 volt (ou moins). Bien que l'on ait utilisé des convertisseurs courant continu-courant continu, ils posent des problèmes fonctionnels et ont des limitations. C'est ainsi, par 30 exemple, que le circuit de conversion des convertisseurs courant continu-courant continu utilise normalement des transistors. Les transistors peuvent être endommagés ou détruits lorsqu'une tension trop haute est appliquée. 3025954 2 Certaines solutions précédentes ont fait appel exclusivement à des résistances, des condensateurs et des diodes pour limiter les tensions qui peuvent être appliquées aux transistors. Mais cette solution gaspille de l'énergie qui peut être utilisée dans les systèmes, puisque de l'énergie et de la tension en excès sont simplement dissipées par la résistance. Les véhicules électriques ou hybrides ont besoin de conserver autant d'énergie que possible et un gaspillage d'énergie va à l'encontre de ce but. En résumé, les essais antérieurs pour pallier ces problèmes n'ont pas, en général, été couronnés de succès. Ces systèmes et solutions antérieurs ont donné un rendement médiocre de conversion de l'énergie, se traduisant finalement par l'insatisfaction de l'utilisateur ou par le manque d'intérêt du consommateur. DESCRIPTION SUCCINCTE DES DESSINS Pour avoir une compréhension plus complète de l'exposé, 20 on se reportera à la description détaillée qui va suivre et aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 représente un diagramme d'un circuit de commande d'un convertisseur élévateur suivant divers modes de 25 réalisation de la présente invention ; La figure 2 représente un schéma d'un circuit de conversion de tension ayant un circuit de protection, qui limite les tensions sur les transistors des circuits de conversion courant continu-30 continu suivant divers modes de réalisation de la présente invention ; 3025954 3 la figure 3 représente trois graphiques illustrant le fonctionnement des solutions pour limiter des tensions appliquées aux transistors de circuits de conversion courant continu-continu suivant divers modes de réalisation de la 5 présente invention ; L'homme du métier comprendra que des éléments dans les figures sont illustrés par souci de simplicité et de clarté. Il va aussi de soi que les termes et expressions 10 utilisés dans le présent mémoire ont la signification habituelle telle que ces termes et expressions sont entendus dans leur domaine respectif, à moins que l'on ait indiqué des significations précises. 15 DESCRIPTION DETAILLE Il est décrit dans le présent mémoire des solutions qui verrouillent ou limitent les tensions appliquées à des transistors d'un circuit de conversion courant continu- courant continu. Précisément et dans un exemple, un circuit de batterie (par exemple, un bloc de batterie) fournit de la tension, du courant et de la puissance à un circuit de conversion courant continu-courant continu. Le circuit courant continu-courant continu transforme la haute tension en courant continu de la batterie en une tension réduite. Cette opération s'effectue en partie en utilisant des transistors. Un circuit de protection de la tension opère afin de limiter la tension appliquée aux transistors. La solution utilise des combinaisons de transistors, condensateurs, inductances et diodes pour limiter activement la tension appliquée aux transistors de commande du circuit de conversion courant continu-courant continu. Les solutions décrites dans le présent mémoire recyclent aussi de 3025954 4 l'énergie. En d'autres termes, l'énergie que l'on empêche d'être appliquée aux transistors est emmagasinée puis utilisée par des charges (par exemple, des accessoires du véhicule) qui sont reliées aux circuits de conversion courant 5 continu-courant continu au lieu d'être perdue (par exemple dissipées par des résistances). Dans nombre de ces modes de réalisation, un circuit de protection protège des transistors d'un circuit de conversion courant continu-continu de surtensions. Les transistors du 10 circuit de conversion comprennent un premier transistor et un deuxième transistor. De l'énergie transformée passe dans un transformateur par l'intermédiaire d'un circuit à pont en H. Dans une première configuration de ce circuit à pont en H, un troisième transistor d'un circuit de protection est mis à 15 l'état passant pour décharger une inductance du circuit de conversion courant continu-continu, qui était chargée précédemment. L'inductance est reliée au troisième transistor. La décharge de l'inductance amplifie un courant de sortie du circuit de conversion. Un condensateur est 20 chargé par une diode. Le condensateur et la diode sont montés dans le circuit de protection. La diode est reliée au premier transistor et la charge du condensateur est efficace pour limiter la tension aux bornes du premier transistor. Dans d'autres facettes, et dans une deuxième 25 configuration du circuit à pont en H, le premier transistor est mis à l'état passant. L'inductance continue à se charger complètement en amplifiant ainsi le courant de sortie du circuit de conversion. Le condensateur est déchargé en mettant un quatrième transistor du circuit de protection à 30 l'état passant et le quatrième transistor est relié à la diode. La mise à l'état passant du quatrième transistor charge une deuxième inductance qui est reliée au quatrième transistor. Suivant d'autres facettes, le pont en H utilise 3025954 5 quatre transistors qui sont actionnés sélectivement. Dans d'autres exemples, le courant de sortie est utilisé par une charge. Dans d'autres exemples encore, la charge comprend un accessoires de véhicule. 5 Suivant d'autres facettes, une batterie fournit des tensions au circuit à pont en H. Dans d'autres facettes encore, la batterie est un bloc de batterie d'un véhicule hybride ou électrique. En se reportant maintenant à la figure 1, on décrit un 10 système qui donne une protection de transistors vis-à-vis d'une surtension. Le système 100 comprend une batterie 102, un circuit 104 de transformation et les accessoires 106. Ce système donné en exemple est configuré et agencé en vue d'être utilisé dans un véhicule, mais on comprend qu'il peut 15 être appliqué aussi à d'autres applications utilisées dans d'autres circonstances qui ne sont pas limitées à des véhicules. La batterie 102 peut être une batterie ou plusieurs batteries. Si on utilise une batterie ou plusieurs batteries, 20 les batteries individuelles sont reliées ensemble en un bloc de batteries pour produire de la tension et du courant en courant continu. La tension peut être, par exemple, dans la plage allant de 150 à 600 volt en courant continu, lorsque le bloc de batterie est utilisé dans un véhicule électrique ou 25 hybride. Le circuit 104 de transformation transforme la tension de la batterie 102 en une tension plus basse (ou plus haute). Dans un exemple, le circuit 104 de transformation est un convertisseur courant continu-courant continu, qui utilise un 30 pont en H pour faire passer de l'énergie dans un transformateur. Un circuit redresseur dans le convertisseur courant continu-continu redresse la tension et le circuit redresseur comprend un transistor ou plusieurs transistors 3025954 6 qui font passer la tension (et le courant) redressée aux accessoires 106. Dans un exemple, un courant continu de 200V est transformé en un courant continu de 12V. D'autres exemples sont possibles. 5 Le circuit redresseur est relié à un circuit de limitation de la tension ou de protection, qui verrouille ou limite d'une autre façon la tension qui peut être appliquée à ces transistors et commande aussi l'instant où les transistors sont activés. Le circuit de protection non 10 seulement limite la tension à appliquer aux transistors, mais aussi recycle de l'énergie. En d'autres termes, l'énergie que l'on empêche d'être appliquée aux transistors est emmagasinée puis utilisée par des charges (par exemple, des accessoires 106 du véhicule) qui sont reliées au circuit de conversion 15 courant continu-courant continu. La structure et l'utilisation de ce circuit de protection sont décrites en détail dans le présent mémoire. En se reportant maintenant à la figure 2, on décrit un diagramme de circuit ayant un circuit de protection monté 20 dans un circuit de convertisseur courant continu-courant continu. Le circuit comprend un bloc 202 de batterie, un circuit 204 en pont (pont en H), un transformateur 206, un redresseur 208 synchrone doubleur de courant et un amortisseur actif ou circuit 210 de protection. Le 25 fonctionnement du transistor est commandé par une unité 212 de commande. Le circuit 204 en pont comprend un premier transistor 220 (Ma), un deuxième transistor 222 (Mb), un troisième transistor 224 (Mb), un quatrième transistor (Md), une 30 première diode 228 et une deuxième diode 330. Les transistors 220, 222, 224 et 226 fonctionnent suivant une première paire (transistor 220 et 226), une deuxième paire (220, 224), une troisième paire (224 et 222) et une quatrième paire (222 et 3025954 7 226). C'est-à-dire que des transistors de pont complet sont mis à l'état passant et à l'état bloqué en paires pour, en alternance, charger et décharger le primaire du transformateur en produisant une forme d'onde 232. La forme 5 d'onde 232 est la tension courant alternative transformée par le transformateur 206, redressée et présentée à la charge 248. Comme mentionné, la charge 248 peut être des accessoires du véhicule (par exemple, des essuie-glace de pare-brise, des radios, des stéréos, des phares, des projecteurs, des pompes, 10 d'autres batteries, ou peut-être une combinaison de ces éléments pour mentionner quelques exemples). On décrit maintenant le circuit 210 actif de protection. Il comprend une diode 240 (Ds1), un transistor 242),u ransistor 244 (Ms1b), une inductance 246 (L51). L' inductance 15 246 (Ls1) est reliée à une charge 248. Un condensateur 249 (Cs1) est connecté au transistor 242 (M .--sla) et à la diode 240 (Ds1). L'amortisseur ou circuit 210 de protection comprend une deuxième diode 250(Ds2), un transistor 252 (Ms2a), un transistor 254 (Ms2b) et une inductance 256 20 L'inductance 256 (Ls2) est reliée à la charge 248. Un condensateur 251 (Cs2) est connecté au transistor 252 (Ms2a) et à la diode 250 (Ds2). L'unité 212 de commande est reliée aux divers transistors et en commande le fonctionnement. L'unité 212 de 25 commande est programmée pour actionner ou cesser d'actionner sélectivement les divers transistors du circuit. Le circuit 208 synchrone redresseur doubleur comprend un transistor 270 (M1), un transistor 272 (M2), une inductance 274 (L01), une autre inductance 276 (L02) et un condensateur 30 278 (Co). En se reportant maintenant à la figure 3, on décrit de multiples graphiques montrant comment les transistors sont activés et désactivés. La figure 3 fait l'hypothèse que l'on 3025954 8 utilise le circuit de la figure 2 et que les composants qui sont repérés à la figure 3 se reportent aux composants décrits à la figure 2. Trois graphiques sont présentés : un graphique en haut représentant la charge et la décharge 5 d'inductances, un graphique médian représentant la valeur absolue de la tension (VT) aux bornes des transistors 270 et 272 (M1 et M2), et un graphique en bas représentant l'état des divers transistors du système. Dans un exemple du fonctionnement de la figure 2, et en 10 se reportant également à la figure 3, les transistors 226 et 272 sont à l'état passant à partir du fonctionnement dans un stade précédent, les transistors 220 et 254 sont mis à l'état passant et le transistor 270 est mis à l'état bloqué par l'unité 212 de commande. Le transistor 254 permet une 15 décharge sans perte de l'inductance 256 chargée dans un stade précédent. Etant donné la configuration du pont en H, la tension aux bornes du drain à source du transistor 270 devient positive et la diode 240 devient ainsi conductrice pour charger le condensateur 249, en verrouillant 20 efficacement la tension vue par le transistor 270 à un niveau sûr. Pendant ce stade, l'inductance 274 est chargée. Ces opérations se produisent entre l'instant tO et tl à la figure 3. Puis, dans un stade consécutif de fonctionnement, 25 l'unité 212 de commande met le transistor 226 à l'état bloqué et les transistors 224, 270 et 242 à l'état passant. Les transistors 220, 272 et 254 restent sans changer d'état (c'est-à-dire passant). Alors que les transistors 220 et 224 sont à l'état passant, la tension au secondaire est de zéro, 30 si bien que les inductances 274 et 276 redresseuses doubleuses de courant se déchargent. Pendant cet état à zéro volt au secondaire, ni la diode 240, ni la diode 250 ne conduisent. Le transistor 242 est mis à l'état passant pour 3025954 9 décharger sans perte le condenseur 249 dans l'inductance 246, en chargeant ainsi l'inductance 246. Ces opérations se produisent entre les instants tl et t2 à la figure 3. Puis, dans un autre stade consécutif de fonctionnement, 5 l'unité 212 de commande met les transistors 222 et 244 à l'état passant et les transistors 272, 254 et 242 à l'état bloqué. Les transistors 224 et 270 restent en un état inchangé (c'est-à-dire passant). Le transistor 244 permet une décharge sans perte de l'inductance 246 chargée à un stade 10 précédent. Etant donné la configuration du pont en H, la tension aux bornes du drain à source du transistor 272 devient positive et c'est pourquoi, la diode 250 commence à conduire pour charger le condensateur 251, en verrouillant efficacement la tension vue par le transistor 272 à un niveau 15 sûr. Pendant ce stade, l'inductance 276 est chargée. Ces opérations se produisent entre les instances t2 et t3 à la figure 3. Puis, en un dernier stade de quatre qui se répète avec le temps, l'unité 212 de commande met le transistor 224 à 20 l'état bloqué et les transistors 226, 272 et 252 à l'état passant. Les transistors 222, 270 et 244 restent en un état inchangé (c'est-à-dire passant). Alors que les transistors 222 et 226 sont à l'état passant, la tension au secondaire est de zéro, de sorte que les inductances 274 et 276 25 redresseuses doubleuses de courant se déchargent. Pendant ce stade de fonctionnement à zéro volt au secondaire, ni la diode 240, ni la diode 250 ne conduisent. Le transistor 252 est mis à l'état passant pour décharger sans perte le condensateur 251 dans l'inductance 256, en chargeant ainsi 30 l'inductance 256. Ces opérations se produisent entre les instants t3 et t4 à la figure 3. Il va de soi que l'unité de commande ou les dispositifs extérieurs qui comprennent la charge peuvent utiliser un 3025954 10 dispositif informatique pour mettre en oeuvre diverses fonctionnalités et opérations de ces dispositifs. En termes d'architecture matérielle, un dispositif informatique de ce genre peut comprendre mais sans limitation 5 un processeur, une mémoire et une ou plusieurs interfaces à dispositif d'entrée et/ou de sortie (I/O) qui sont reliées en communication par l'intermédiaire d'une interface locale. L'interface locale peut comprendre par exemple, mais sans limitation, un bus ou plusieurs bus et/ou des connexions par 10 fil ou sans fil. Le processeur peut être un dispositif matériel pour exécuter du logiciel, en particulier du logiciel mémorisé dans une mémoire. Le processeur peut être fait sur mesure, ou ce peut être un processeur du commerce, une unité de traitement centrale (CPU), un processeur 15 auxiliaire parmi plusieurs processeurs associés au dispositif informatique, un microprocesseur à base de semiconducteur (sous la forme d'une micro-puce ou d'un jeu de puces) ou, d'une matière générale, tout dispositif pour exécuter des instructions de logiciels. 20 Les dispositifs de mémoire décrits dans le présent mémoire peuvent englober l'un quelconque ou une combinaison d'éléments de mémoire non rémanente (par exemple, une mémoire vive) (RAM), telle qu'une RAM dynamique (DRAM), une RAM statique (SRAM), une RAM dynamique synchrone (RAM) (SRAM), 25 une RAM vidéo (VRAM, etc.) et/ou des éléments de mémoire rémanentes (par exemple, des mémoires mortes) (ROM), un disque dur, une bande, un CD-ROM, etc. En outre la mémoire peut incorporer des types de supports électroniques, magnétiques, optiques et/ou autres. La mémoire peut avoir 30 aussi une architecture répartie, dans laquelle divers composants sont situés à distance les uns des autres, mais sont accessibles par le processeur. 3025954 11 Le logiciel dans l'un quelconque des dispositifs de mémoire décrit ici peut comprendre un ou plusieurs programmes distincts, chacun d'eux comprenant une énumération ordonnée d'instructions pouvant être exécutées pour mettre en oeuvre 5 les fonctions qui y sont décrites. Lorsqu'il est construit sous la forme d'un programme source, le programme est traduit par un compilateur, un assembleur, un interpréteur ou analogue, qui peuvent ou non être inclus dans la mémoire. Il va de soi que l'on peut mettre en oeuvre l'une 10 quelconque des solutions décrites dans le présent mémoire, au moins en partie sous la forme d'instructions d'ordinateur mémorisées sur un support informatique (par exemple, une mémoire d'ordinateur comme décrit ci-dessus) et que l'on peut exécuter ces instructions sur un dispositif de traitement, 15 tel qu'un microprocesseur. Mais ces solutions peuvent être mises en oeuvre sous la forme de toute combinaison de matériel et/ou de logiciel électronique. Les modes de réalisation préférés de cette invention sont décrits dans le présent mémoire, y compris le mode le 20 meilleur connu des inventeurs pour effectuer l'invention. Mais, il va de soi que les modes de réalisation illustrés sont donnés seulement à titre d'exemples et ne doivent pas être pris comme limitant la portée de l'invention. 25 La présente invention se rapporte à un procédé de protection de transistors d'un circuit de conversion courant continu-courant continu, les transistors du circuit de conversion comprenant un premier transistor et un deuxième transistor, de l'énergie transformée passant dans un 30 transformateur par l'intermédiaire d'un circuit à pont en H, le procédé comprenant : avec une première configuration du circuit à pont en H : : 3025954 12 mettre un troisième transistor d'un circuit de protection à l'état passant pour décharger une inductance dans le circuit de conversion courant continu-continu qui était chargée précédemment, l'inductance étant reliée au 5 troisième transistor, la décharge de l'inductance amplifiant un courant de sortie du circuit de conversion ; charger un condensateur par l'intermédiaire d'une diode, le condensateur et la diode étant montés dans le circuit de protection, la diode étant reliée au premier transistor, la 10 charge du condensateur étant efficace pour limiter la tension aux bornes du premier transistor. La présente invention se rapporte aussi à un circuit de conversion en courant continu-courant continu : comprenant : 15 un premier transistor et un deuxième transistor pour recevoir de l'énergie transformée dans un transformateur, par l'intermédiaire d'un circuit à pont en H, le premier transistor et le deuxième transistor étant reliés à une charge, 20 une inductance ; un circuit de protection relié au premier transistor et au deuxième transistor, le circuit de protection comprenant un troisième transistor, un condensateur et une diode, la diode était reliée au premier transistor ; 25 dans lequel, dans une première configuration du circuit à pont en H, le troisième transistor du circuit de protection est mis à l'état passant pour décharger l'inductance qui étant chargée précédemment, l'inductance étant reliée au troisième transistor, la décharge de l'inductance amplifiant 30 un courant de sortie du circuit de conversion, le condensateur étant chargé par l'intermédiaire d'une diode, le condensateur et la diode étant montés dans le circuit de 3025954 13 protection, la charge du condensateur étant efficace pour limiter la tension aux bornes du premier transistor. De préférence, avec une deuxième configuration du circuit à pont en H : 5 mettre le premier transistor à l'état passant ; continuer à décharger l'inductance complètement en amplifiant ainsi le courant de sortie du circuit de conversion ; décharger le condensateur en mettant un quatrième 10 transistor du circuit de protection à l'état passant, le quatrième transistor étant relié à la diode, la mise à l'état passant du quatrième transistor chargeant une deuxième inductance reliée au quatrième transistor. De préférence, le pont en H utilise quatre transistors qui sont actionnés 15 sélectivement. De préférence, le courant de sortie est utilisé par une charge. De préférence, la charge comprend un accessoire de véhicule. De préférence, une batterie fournit des tensions au circuit à pont en H. De préférence, de l'énergie associée à la limitation de la tension aux bornes 20 du premier transistor est utilisée par une charge. REVENDICATIONS1. Procédé de protection de transistors d'un circuit de conversion courant continu-courant continu, les 5 transistors du circuit de conversion comprenant un premier transistor et un deuxième transistor, de l'énergie transformée passant dans un transformateur par l'intermédiaire d'un circuit à pont en H, le procédé comprenant : 10 avec une première configuration du circuit à pont en H : : mettre un troisième transistor d'un circuit de protection à l'état passant pour décharger une inductance dans le circuit de conversion courant continu-continu qui 15 était chargée précédemment, l'inductance étant reliée au troisième transistor, la décharge de l'inductance amplifiant un courant de sortie du circuit de conversion ; charger un condensateur par l'intermédiaire d'une diode, le condensateur et la diode étant montés dans le circuit de 20 protection, la diode étant reliée au premier transistor, la charge du condensateur étant efficace pour limiter la tension aux bornes du premier transistor. 2. Procédé suivant la revendication 1, comprenant en 25 outre : avec une deuxième configuration du circuit à pont en H : mettre le premier transistor à l'état passant ; continuer à décharger l'inductance complètement en amplifiant ainsi le courant de sortie du circuit de 30 conversion ; décharger le condensateur en mettant un quatrième transistor du circuit de protection à l'état passant, le quatrième transistor étant relié à la diode, la mise à l'état 3025954 15 passant du quatrième transistor chargeant une deuxième inductance reliée au quatrième transistor. 3. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel le pont en H utilise quatre transistors qui sont actionnés sélectivement. 4. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel le courant de sortie est utilisé par une charge. 5. Procédé suivant la revendication 4, dans lequel la charge comprend un accessoire de véhicule. 6. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel une 15 batterie fournit des tensions au circuit à pont en H. 7. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel de l'énergie associée à la limitation de la tension aux bornes du premier transistor est utilisée par une charge. 20 8. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel la batterie est un bloc de batterie d'un véhicule hybride ou électrique. 25 9. Circuit de conversion courant continu-continu comprenant : un premier transistor et un deuxième transistor pour recevoir de l'énergie transformée dans un transformateur, par l'intermédiaire d'un circuit à pont en H, le premier 30 transistor et le deuxième transistor étant reliés à une charge ; une inductance ; 3025954 16 un circuit de protection relié au premier transistor et au deuxième transistor, le circuit de protection comprenant un troisième transistor, un condensateur et une diode, la diode était reliée au premier transistor ; 5 dans lequel, dans une première configuration du circuit à pont en H, le troisième transistor du circuit de protection est mis à l'état passant pour décharger l'inductance qui étant chargée précédemment, l'inductance étant reliée au troisième transistor, la décharge de l'inductance amplifiant 10 un courant de sortie du circuit de conversion, le condensateur étant chargé par l'intermédiaire d'une diode, le condensateur et la diode étant montés dans le circuit de protection, la charge du condensateur étant efficace pour limiter la tension aux bornes du premier transistor. 10. Circuit suivant la revendication 9, dans lequel, dans une deuxième configuration du circuit à pont en H, le premier transistor est mis à l'état passant, l'inductance continue à se décharger complètement en amplifiant ainsi le courant de sortie du circuit de conversion et le condensateur est chargé en mettant un quatrième transistor du circuit de protection à l'état passant, le quatrième transistor étant relié à la diode, la mise à l'état passant du quatrième transistor chargeant une deuxième inductance reliée au quatrième transistor. 11. Circuit suivant la revendication 9, dans lequel le pont en H comprend quatre transistors qui sont actionnés sélectivement. 12. Circuit suivant la revendication 9, dans lequel le courant de sortie est utilisé par la charge. 3025954 17 13. Circuit suivant la revendication 12, dans lequel la charge comprend un accessoire de véhicule. 14. Circuit suivant la revendication 9, dans lequel une 5 batterie fournit des tensions au circuit à pont en H. 15. Circuit suivant la revendication 14, dans lequel la batterie est un bloc de batterie dans un véhicule hybride ou électrique. 10 16. Circuit suivant la revendication 9, dans lequel de l'énergie associée à la limitation de la tension aux bornes du premier transistor est utilisée par une charge.