Brevet FR3089369A1 — publié le 20200605

Description Titre de l'invention : Procédé de pilotage d'un composant à grille isolée et circuit de pilotage correspondant [0001] L'invention a pour domaine celui des procédés de pilotage d'un composant à grille isolée propre à basculer entre un état passant et un état bloquant, du type comportant les étapes consistant à : [0002] - amorcer l'état passant par application d'une première tension, ladite première tension étant une tension positive, supérieure à un seuil de conduction du composant et appliquée pendant une durée d'amorçage ; puis, [0003] - maintenir l'état passant par application d'une seconde tension, ladite seconde tension étant une tension positive supérieure à la première tension. [0004] Lc document US 2010/0148846 Al décrit un tel procédé mis en oeuvre dans un circuit 10 représenté schématiquement sur les figures 1 A à IC. [0005] Lc circuit 10 comporte un transistor IGBT 16 dont la grille 22 est connectée : [0006] - via un premier interrupteur S1D1, à un premier point 14 porté à un potentiel tel que la différence de potentiels entre cc premier point et un point de niasse 18 corresponde à la première tension, VD; [0007] - via un second interrupteur S3, à un second point 12 porté à un potentiel tel que la différence de potentiels entre ce premier point et le point de masse 18 corresponde à la seconde tension, VC ; et, [0008] - via un troisième interrupteur S2, au point de masse 18. [0009] Par ailleurs, l'émetteur 26 du transistor 16 est connecté au point de masse 18 et le collecteur 24 du transistor 16 à une charge (non représentée sur les figures). [0010] Dans l'étape d'amorçage du basculement du transistor dans l'état passant (« ON »), représentée à la figure 1 A, les interrupteurs S3 et S2 sont ouverts, tandis que l'interrupteur SI Dl est fermé, de sorte que la tension VGE entre l'émetteur 26 et la grille 22 soit égale à la première tension VD. [0011] Dans l'étape de maintien du transistor dans l'état passant (« ON »), représentée à la figure 1 B, les interrupteurs SI Dl et S2 sont ouverts, tandis que l'interrupteur S3 est fermé, de sorte que la tension VGE entre l'émetteur 26 et la grille 22 soit égale à la seconde tension VC. [0012] Dans une étape de basculement du transistor dans l'état bloquant (« OFF »), re- présentée à la figure 1C, les interrupteurs S1D1 et S3 sont ouverts, tandis que l'interrupteur S2 est fermé, de sorte que la tension VGE entre l'émetteur 26 et la grille 22 soit nulle. [0013] La figure 2 résume ces différentes étapes de pilotage du transistor 16 en représentant 2 la tension VGE au cours du temps. On observe sur la figure 2 que pour établir l'état passant, la première tension est d'abord appliquée sur la grille du transistor 16, pendant une période, dite d'amorçage, qui est courte devant la période totale durant laquelle le transistor est maintenu dans l'état passant. En d'autres termes, la période durant laquelle la première tension est appliquée sur la grille du transistor 16 est courte devant la période pendant laquelle la seconde tension est appliquée sur la grille du transistor 16. Pour établir l'état bloquant du transistor 16, on observe sur la figure 2 que la tension VGE est annulée. [0014] Cette solution est avantageuse mais est sensible aux perturbations, notamment les perturbations risquant de conduire au basculement du composant de puissance inopinément de l'état bloquant à l'état passant. [0015] Le but de la présente invention est de résoudre ce problème. [0016] Pour cela l'invention a pour objet un procédé du type précité, caractérisé en ce que ledit procédé consiste en outre à établir l'état bloquant en appliquant une troisième tension, ladite troisième tension étant strictement négative. [0017] Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : [0018] - le composant de puissance à grille isolée est un transistor de puissance, de préférence du type MOSFET, en particulier un transistor du type MOSFET en technologie SiC ; [0019] - une grille du composant de puissance est connectée : via un premier interrupteur, à un premier point porté à un premier potentiel tel que la différence de potentiels entre le premier point et un point de référence corresponde à la première tension, dans lequel une première électrode du composant de puissance est connectée : via un troisième interrupteur, au point de référence porté à un troisième potentiel ; et via un quatrième interrupteur, à un deuxième point porté à un deuxième potentiel tel que la différence de potentiels entre le premier point et le deuxième point corresponde à la seconde tension, dans lequel, lors de l'étape d'amorçage, les premier et troisième interrupteurs sont commandés dans l'état fermé tandis que le quatrième interrupteur est commandé dans l'état ouvert, et dans lequel, lors de l'étape de maintien dans l'état passant, les premier et quatrième interrupteurs sont commandés dans l'état fermé tandis que le troisième interrupteur est commandé dans l'état ouvert. [0020] - la grille du composant de puissance est connectée via un deuxième interrupteur, à un troisième point porté à un quatrième potentiel tel que la différence de potentiels entre le troisième point et le point de référence est égale à la troisième tension, et, lors de l'étape d'établissement de l'état bloquant, le deuxième interrupteur et le troisième interrupteur sont commandés dans l'état fermé, tandis que les premier et quatrième in- 3 terrupteurs sont commandés dans l'état ouvert. [0021] - le deuxième potentiel et le quatrième potentiel sont égaux, les deuxième et troisième points étant confondus, et, lors des étapes d'amorçage et de maintien dans l'état passant, le deuxième interrupteur est commandé dans l'état ouvert. [0022] - l'étape d'établissement de l'état bloquant consiste à : amorcer l'état bloquant par application d'une première tension de blocage, ladite première tension de blocage étant inférieure au seuil de conduction du composant de puissance, supérieure à la troisième tension et appliquée pendant une durée d'amorçage du blocage ; puis, maintenir l'état bloquant par application de la troisième tension. [0023] L'invention a également pour objet un circuit de pilotage d'un composant de puissance à grille isolée pour la mise en oeuvre d'un procédé de pilotage conforme au procédé ci-dessus. [0024] De préférence, le circuit comprend un premier, un troisième et un quatrième in- terrupteur, le premier interrupteur étant propre à connecter une grille du composant de puissance à un premier point porté à un premier potentiel tel que la différence de potentiels entre le premier point et un point de référence du circuit de pilotage corresponde à une première tension ; le troisième interrupteur étant propre à connecter une première électrode du composant de puissance au point de référence porté à un troisième potentiel ; et, le quatrième interrupteur étant propre à connecter la première électrode à un deuxième point, porté à un deuxième potentiel tel que la différence de potentiels entre le premier point et le deuxième point corresponde à une seconde tension. [0025] De préférence encore, le circuit étant caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième interrupteur, le deuxième interrupteur étant propre à connecter la grille du composant de puissance à un troisième point porté à un quatrième potentiel tel que la différence de potentiels entre le troisième point et le point de référence est égale à la troisième tension. [0026] Enfin l'invention a pour objet un dispositif de puissance comportant au moins un composant de puissance à grille isolée piloté par un circuit de pilotage conforme au circuit ci-dessus. [0027] L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation particulier, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, cette description étant faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : [0028] [fig.1] Les figures lA à 1C représentent différentes étapes d'un procédé de pilotage d'un transistor selon l'état de la technique ; [0029] [fig.2] la figure 2 est un graphe temporel représentant l'évolution de la tension entre la grille et l'émetteur du transistor au cours de la mise en oeuvre du procédé des figures lA à 1C; [0030] [fig.3] Les figures 3A à 3C représentent différentes étapes d'un procédé de pilotage d'un transistor selon l'invention ; et, [0031] [fig.4] la figure 4 est un graphe temporel représentant l'évolution de la tension entre la grille et l'émetteur du transistor au cours de la mise en oeuvre du procédé des figures 3A à 3C [0032] Le circuit 110, représenté à la figure 3, comporte un transistor 116 en tant que composant de puissance à grille isolée. Il s'agit de préférence d'un transistor du type MOSFET, mais il pourrait en variante s'agir de tout type de transistor à grille isolée et notamment d'un transistor du type IGBT (les noms des bornes du transistor - drain, source - seraient alors différents, au moins pour certaines des bornes du transistor, dans le texte ci-dessous mais le fonctionnement serait analogue). [0033] Le transistor 116 comporte une grille 122, qui est connectée : [0034] - via un premier interrupteur TrON, à un premier point 114 porté à un premier potentiel V1 (par exemple égal à +15 V) tel que la différence de potentiels entre ce premier point et un point de référence 113 corresponde à une première tension VD positive et supérieure à un seuil de conduction du transistor 116 au-delà duquel se dernier devient passant (seuil de conduction qui est une caractéristique prédéfinie du transistor 116) ; et, [0035] - via un second interrupteur TrOFF, à un second point 112 porté à un second potentiel V2 (par exemple égal à -5 V) tel que la différence de potentiels entre le premier point et ce second point corresponde à une seconde tension VC positive et supérieure à la première tension VD. [0036] Par ailleurs, la source 126 du transistor 116 est connectée [0037] - via un troisième interrupteur Tri, au point de référence 113 porté à un troisième potentiel V3 (par exemple égal à +0V) ; et, [0038] - via un quatrième inten-upteur Tr2, au second point 112. [0039] Enfin, le drain 124 du transistor 116 est relié à une charge (non représentée sur les figures). [0040] Dans une étape, représentée à la figure 3A, d'amorçage du basculement du transistor 116 dans l'état passant (« ON »), c'est-à-dire de commande du transistor de l'état boquant/bloqué vers l'état passant, les interrupteurs TrOFF et Tr2 sont ouverts, tandis que les interrupteurs TrON et Tri sont fermés, de sorte que la source 126 soit au potentiel du point de référence 113 et la grille 122 au potentiel du premier point 114. La tension VGS entre la source et la grille est alors égale à la première tension VD, VD=V1-V3 (égale à +15V selon les exemples numériques précédents). [0041] Dans une étape, représentée à la figure 3B, de basculement définitif du transistor 116 dans l'état passant e