Brevet FR3096784A1 — publié le 20201204

Description Titre de l'invention : DISPOSITIF DE CONTRÔLE DE LA TENSION DE GRILLE D'UN MOSFET DE COMMUTATION Domaine technique de l'invention [0001] L'invention concerne les dispositifs de contrôle qui sont destinés à contrôler des transistors à effet de champ à grille isolée. Etat de la technique [0002] De nombreux dispositifs de commutation, couplés à des organes électriques, comme par exemple des batteries rechargeables, éventuellement de véhicules, comprennent au moins un transistor à effet de champ à grille isolée (ou MOSFET (« Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor »)). [0003] Comme le sait l'homme de l'art, pour qu'un MOSFET fonctionne correctement, il faut que sa grille (ou « gate ») soit alimentée avec une tension de commande appropriée. [0004] Si la tension effective de la grille chute un peu son MOSFET peut se dégrader et faire l'objet d'un vieillissement accéléré. Il est donc important qu'un MOSFET fasse l'objet d'un contrôle au moyen d'un dispositif chargé de contrôler la tension effective de sa grille. [0005] Actuellement, ce contrôle est réalisé au moyen d'un simple comparateur chargé de vérifier que la tension effective de la grille est supérieure à un seuil prédéfini, à savoir la tension de seuil grille-source théorique (ou VGSth) du MOSFET. Par conséquent, il arrive fréquemment que le comparateur ne détecte pas un problème au niveau de la grille. Or, cela peut induire des dysfonctionnements potentiellement dangereux dans un système comprenant un organe électrique associé à un MOSFET. C'est notamment le cas lorsque l'organe électrique est une batterie rechargeable, en particulier lorsqu'elle est chargée d'alimenter une machine motrice électrique d'un véhicule hybride ou tout électrique. [0006] L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation. Présentation de l'invention [0007] Elle propose notamment à cet effet un dispositif de contrôle destiné à contrôler un transistor à effet de champ à grille isolée (ou MOSFET) ayant une tension effective variable. [0008] Cc dispositif de contrôle se caractérise par le fait qu'il comprend : [0009] - un générateur générant une tension de test variable à partir d'une tension de commande à modulation de largeur d'impulsion variable, et délivrant cette tension de test entre une première sortie, connectée à la grille isolée (du MOSFET) afin de faire 2 varier sa tension effective, et une deuxième sortie, et [0010] - un amplificateur différentiel ayant une entrée non-inverseuse connectée à la grille isolée, une entrée inverseuse connectée à la deuxième sortie, et une troisième sortie délivrant une tension de contrôle représentative de la tension effective. [0011] Grâce à cette alimentation de la grille isolée avec une tension de test variable, on peut désormais contrôler si elle a un fonctionnement normal en observant la tension de contrôle délivrée sur la troisième sortie de l'amplificateur différentiel et censée être similaire à la tension de test en l'absence de dégradation. [0012] Le dispositif de contrôle selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : [0013] - son générateur peut, par exemple, faire varier la tension de test en faisant varier un rapport cyclique de la tension de commande ; [0014] - son générateur peut, par exemple, générer une tension de test ayant une forme de rampe ; [0015] - en variante, son générateur peut, par exemple, générer une tension de test en forme de paliers. [0016] L'invention propose également un dispositif de commutation comprenant un transistor à effet de champ à grille isolée ayant une tension effective variable, et un dispositif de contrôle du type de celui présenté ci-avant. [0017] L'invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant au moins un organe électrique comportant une entrée d'alimentation électrique et/ou une sortie d'alimentation électrique, et au moins un dispositif de commutation du type de celui présenté ci-avant et connecté à cette entrée d'alimentation électrique ou à cette sortie d'alimentation électrique. [0018] Par exemple, cet organe électrique peut être une batterie rechargeable ayant une entrée d'alimentation électrique et une sortie d'alimentation électrique munie d'un dispositif de commutation. Egalement par exemple, l'entrée d'alimentation électrique de la batterie rechargeable peut être munie d'un autre dispositif de commutation du type de celui présenté ci-avant. Brève description des figures [0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et du dessin annexé, sur lequel : [0020] [fig.l] illustre schématiquement et fonctionnellement un véhicule comprenant un organe électrique auquel est couplé un exemple de dispositif de commutation comprenant un exemple de réalisation d'un dispositif de contrôle selon l'invention. Description détaillée de l'invention 100211 L'invention a notamment pour but de proposer un dispositif de contrôle DC1 chargé 3 de contrôler la tension effective de la grille isolée G1 d'un transistor T à effet de champ à grille isolée GI (ou MOSFET) en alimentant cette grille isolée G1 avec une tension de test variable. [0022] Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le dispositif de contrôle DC1 est destiné à faire partie d'un dispositif de commutation DC2 comprenant au moins un MOSFET et associé à un organe électrique 0E, comme par exemple une batterie rechargeable. Mais l'invention n'est pas limitée à cette application. En effet, un dispositif de contrôle DC1 peut être indépendant d'un dispositif de commutation tout en étant couplé à au moins un MOSFET de cc dernier. Par conséquent, un dispositif de contrôle DC1, tout comme un dispositif de commutation DC2, peut équiper n'importe quel système, appareil, dispositif, installation (y compris industrielle), bâtiment (public ou privé), ou espace extérieur (public ou privé). Ainsi, un dispositif de contrôle DC1, tout comme un dispositif de commutation DC2, peut notamment équiper n'importe quel type de véhicule (terrestre, maritime (ou fluvial), ou aérien) et les appareils électroménagers. [0023] On a schématiquement représenté sur la figure 1 un véhicule V comprenant un organe électrique OE auquel est couplé un exemple de dispositif de commutation DC2 comprenant un exemple de réalisation d'un dispositif de contrôle DC1 selon l' invention. [0024] Par exemple, l'organe électrique OE peut être une batterie rechargeable chargée d'alimenter une machine motrice électrique du véhicule V lorsque son groupe moto-propulseur est de type hybride ou tout électrique. [0025] On notera que dans l'exemple illustré non limitativement sur la figure 1 seule l'entrée d'alimentation électrique ou la sortie d'alimentation électrique de l'organe électrique OE est munie d'un dispositif de commutation DC2. Mais lorsque l'organe électrique OE comprend une entrée d'alimentation électrique et une sortie d'alimentation électrique, ces dernières peuvent être chacune munie d'un dispositif de commutation DC2. Cela peut notamment être le cas lorsque l'organe électrique OE est une batterie rechargeable. [0026] On notera également que dans l'exemple illustré non limitativement sur la figure 1 le dispositif de commutation DC2 ne comprend qu'un seul transistor T (ou MOSFET), comprenant classiquement une grille isolée GI, et un drain et une source qui sont connectés à l'organe électrique 0E. Dans l'exemple illustré, le transistor T est de type N, mais il pourrait être de type P. [0027] Comme illustré, un dispositif de contrôle DCI, selon l'invention, comprend au moins un générateur GT et un amplificateur différentiel AD. [0028] Le générateur GT est agencé de manière à générer une tension de test variable à partir d'une tension de commande à modulation de largeur d'impulsion (ou PWM (« Pulse Width Modulation »)) variable. [0029] De plus, ce générateur GT comprend des première Si et deuxième S2 sorties entre lesquelles il délivre la tension de test générée. La première sortie S1 est connectée à la grille isolée G1 afin de faire varier sa tension effective avec la tension de test. [0030] L'amplificateur différentiel AD comprend classiquement une entrée non-inverscuse El (+), une entrée inverseuse E2 (-), et une troisième sortie S3. L'entrée non-inverseuse El est connectée à la grille isolée GI. L'entrée inverseuse E2 est connectée à la deuxième sortie S2 du générateur GT. La troisième sortie S3 délivre une tension de contrôle qui est représentative de la tension effective de la grille isolée GI. En d'autres termes, l'amplificateur différentiel AD permet de « lire » la tension effective de la grille isolée G1. [0031] Ainsi, en alimentant la grille isolée G1 avec une tension de test variable, on peut contrôler si elle (GI) a un fonctionnement normal (et donc si elle est dégradée) en observant la tension de contrôle délivrée sur la troisième sortie S3 de l'amplificateur différentiel AD et censée être similaire à la tension de test en l'absence de dégradation. [0032] Par exemple, le générateur GT peut faire varier la tension de test en faisant varier le rapport cyclique de la tension de commande. Mais cela n'est pas une obligation. En effet, le générateur GT peut agir sur au moins un autre paramètre de la tension de commande pour faire varier la tension de test. [0033] Par exemple, le générateur GT peut générer une tension de test qui a une forme de rampe. On comprendra que cette rampe est reproduite périodiquement. Mais cela n'est pas une obligation. En effet, le générateur GT peut délivrer une tension de test ayant une forme différente d'une rampe, l'important étant que la tension de test soit variable temporellement. Par exemple, on peut faire des paliers plutôt qu'une rampe. [0034] On comprendra que l'on contrôle ensuite, par exemple de façon logicielle, que la tension effective (de la grille isolée GI) est conforme à ce que l'on attend en analysant (ou observant) la tension de contrôle (se présentant sous la forme d'un signal PWM) délivrée sur la troisième sortie S3 de l'amplificateur différentiel AD. [0035] Grâce à l'invention il est désormais possible d'éviter une défaillance due à une dé- gradation d'un MOSFET, et donc d'avertir en vue d'un remplacement rapide de ce dernier pour éviter que des commandes de commutation ne soient pas suivies d'effet, ce qui pourrait être potentiellement dangereux (car non sécuritaire). 5 REVENDICATIONS[Revendication 1] Dispositif de contrôle (DC1) pour un transistor (T) à effet de champ à grille isolée (GI) ayant une tension effective variable, caractérisé en cc qu'il comprend i) un générateur (GT) générant une tension de test variable à partir d'une tension de commande à modulation de largeur d'impulsion variable, et délivrant cette tension de test entre une première sortie (S1), connectée à ladite grille isolée (GI) afin de faire varier sa tension effective, et une deuxième sortie (S2), et ii) un amplificateur différentiel (AD) ayant une entrée non-inverseuse (El) connectée à ladite grille isolée (GI), une entrée inverseuse (E2) connectée à ladite deuxième sortie (S2), et une troisième sortie (S3) délivrant une tension de contrôle représentative de ladite tension effective. [Revendication 2] Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit générateur (GT) fait varier ladite tension de test en faisant varier un rapport cyclique de ladite tension de commande. [Revendication 3] Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit gé- nérateur (GT) génère une tension de test ayant une forme de rampe. [Revendication 4] Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit gé- nérateur (GT) génère une tension de test en forme de paliers. [Revendication 5] Dispositif de commutation (DC2) comprenant un transistor (T) à effet de champ à grille isolée (GI) ayant une tension effective variable, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de contrôle (DC1) selon l'une des revendications précédentes. [Revendication 6] Véhicule (V) comprenant au moins un organe électrique (0E) comportant une entrée d'alimentation électrique et/ou une sortie d'alimentation élecnique, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un dispositif de commutation (DC2) selon la revendication 5, connecté à ladite entrée d'alimentation électrique ou à ladite sortie d'alimentation électrique. [Revendication 7] Véhicule selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit organe électrique (0E) est une batterie rechargeable ayant une entrée d'alimentation électrique et une sortie d'alimentation électrique munie dudit dispositif de commutation (DC2). [Revendication 8] Véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite entrée d'alimentation électrique de la batterie rechargeable (0E) est munie d'un autre dispositif de commutation (DC2) selon la revendication 5. 6 [Revendication 9] Véhicule selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il est de type automobile.