Brevet FR3080961A1 — publié le 20191108

Description Titre de l'invention : Procédé de suppression au moins partielle des oscillations survenant à la fin d'une décharge en courant pour un pont en H [0001] La présente invention concerne un procédé de suppression au moins partielle des os- cillations survenant à la fin d'une décharge en courant à travers les diodes de structure pour une structure de commutation alimentant une charge inductive 1 sous forme d'un pont en H. [0002] L'enseignement de l'invention peut aussi être destiné à une application pour une structure simplifiée de pont en H, comme un demi-pont en H. [0003] L'alimentation d'une charge inductive, comme par exemple un moteur électrique, utilise en général une structure de commutation telle qu'un pont d'interrupteurs en H, ce qui n'est pas limitatif pour la présente invention. [0004] Dans ce qui va suivre, il va être détaillé la structure d'un pont en H. La structure d'un demi-pont en H est extrapolable d'une structure en pont en H en ne comportant qu'un interrupteur de puissance pour un circuit haut ou un circuit bas. [0005] Comme montré à la figure 1, un pont en H en tant que structure de commutation d'une charge inductive 1 comprend quatre interrupteurs de puissance HS1, HS2, LS1 et LS2, à savoir deux interrupteurs « hauts » HS1, HS2 du côté d'une alimentation positive Vps, par exemple une batterie produisant une tension d'alimentation positive, et deux interrupteurs « bas » LS1 et LS2 du côté d'une alimentation négative ou de la masse Mas. Chaque interrupteur comprend en général un transistor MOS de puissance. La charge inductive 1 est raccordée au pont en H par les sorties si et s2. [0006] La quantité de courant injectée dans la charge inductive délivrée par le circuit de commutation est en général commandée par une séquence de signaux analogiques de commande des quatre interrupteurs produits à partir d'un signal de commande de consigne. Le signal de commande de consigne et les signaux analogiques de commande sont en général des signaux modulés en largeur d'impulsion, aussi connus sous l'acronyme anglo-saxon de PWM pour «Pulse Width Modulation». Grâce à une telle structure de commutation, la charge inductive peut être pilotée dans les deux sens. [0007] La structure de commutation présente une sortie si, s2, soit à un potentiel légèrement inférieur à celui de la masse Mas, et l'autre sortie à un potentiel légèrement supérieur à celui de la source d'alimentation Vps pendant la décharge en courant à travers les diodes de structure, aucun interrupteur de puissance haut HS1, HS2 ou bas LS1, LS2 n'étant alors en conduction, un courant de décharge partant de la sortie si vers la sortie s2 ou inversement. 2 [0008] Des oscillations en tension se produisent sur les sorties si et s2 en fin de décharge en courant à travers les diodes de structure. Dans un pont en H, la mise en circuit ouvert donne lieu à la décroissance de courant rapide. En effet, une roue libre, qui met les deux sorties du pont en H au même potentiel, soit la masse Mas pour une roue libre basse, et la tension d'alimentation positive Vps pour une roue libre haute, il est obtenu une exponentielle décroissante dont la tangente est O. [0009] La figure 2 montre un exemple de décharge inductive par recirculation dans les diodes de structure pour une inductance de 1mH, une résistance série de 152, et une tension de 14V, à partir d'une intensité de courant de 5A. Le courant est à zéro au bout d'environ 300p. [0010] Or, dans la recirculation du courant vers la tension de la source d'alimentation, la tangente virtuelle serait négative si les diodes de structure étaient court-circuitées. Cependant, les diodes de structure ne permettant pas l'inversion de courant, le courant ne franchit pas la valeur 0 et reste à cette valeur. Le dispositif paraît avantageux lorsqu'on veut un temps de décharge rapide. Cependant, il existe un inconvénient qui est une oscillation en tension des sorties. [0011] Cette oscillation, débutant en fin de décharge en courant, est due à l'inductance de la charge et aux condensateurs de sortie Cl et C2, placés près du connecteur, et qui sont nécessaires pour une protection contre des décharges électrostatiques. Typiquement, une valeur de condensateur de lOnF est utilisée. Dans un modèle simple, la charge est représentée par une résistance R en série avec une inductance L. La figure 3 illustre le circuit en fin de décharge en courant, lorsque les diodes ne conduisent plus. [0012] En considérant les diodes dans un modèle simplifié où elles introduisent un décalage de tension Vf fixe, lorsqu'elles sont en conduction, l'équation différentielle qui régit l'évolution du courant i pendant la décharge est la suivante : [0013] L.(di/dt) + R.i +Vps -2Vf = 0 [0014] Où L est la valeur de l'inductance, R celle de la résistance et i celle du courant traversant la charge, laquelle varie en fonction du temps. [0015] En notant i0 la valeur initiale du courant, lors de la mise en circuit ouvert des transistors, le courant i en fonction du temps t est, tant que les diodes conduisent: [0016] i(t) = GO + (Vps -2Vf)/R).exp(-t*R/L) - (Vps -2Vf)/R [0017] Le temps nécessaire pour que le courant arrive à la valeur zéro est : [0018] tl = (L/R).(Ln(R.i0 + Vps -2Vf) - Ln(Vps -2Vf)) [0019] Par exemple, si R=152, L=1mH, Vf=0.7V, i0=5A, et Vps =14V, le temps nécessaire tl est de 334ns. Ceci ne corrèle pas exactement la simulation parce que la tension Vf dépend aussi du courant qui traverse les diodes. [0020] Au moment où le courant s'annule, la tension aux bornes de la charge est encore Vps-2Vf, mais au-delà, nous avons affaire au circuit oscillant illustré à la figure 3, avec 3 une inductance L, une résistance R et deux condensateurs Cl et C2. [0021] Puisque les diodes ne conduisent plus, la tension aux bornes de la charge est V(t). En prenant C1=C et C2=C dans Ceq=C1.C2/(C1+C2), on obtient Ceq=C/2 [0022] Les équations différentielles sont : [0023] dV/dt = 2.i/C [0024] L.(d2i/dt2) + R.(di/dt) + 2i/C = 0 [0025] Pour une solution en sinusoïde amortie, il faut que R2 soit inférieure à 8L/C. En prenant L=1mH et C= lOnF, la condition est remplie si R est inférieure à 894Q, ce qui est toujours le cas dans la pratique car les actuateurs pilotés ont une résistance inférieure à 1052. [0026] De même, une inductance L=100mH aboutirait à R