CH684140A5

CH684140A5 - Control device for power transistor e.g. IGBT type in current supply circuits

Info

Publication number: CH684140A5
Application number: CH5391A
Authority: CH
Inventors: Marcel Etter
Original assignee: Lem Liaisons Electron Mec
Priority date: 1991-01-10
Filing date: 1991-01-10
Publication date: 1994-07-15

Abstract

The control device for a power transistor includes a control signal source (3) supplying a rectangular pulse signal VC, and an oscillator (4) outputting a periodic voltage signal (VA, VA-bar). A first logic circuit (5) is connected to the control circuit nd to the oscillator output. The logic circuit generates an output signal (VB, VB-bar), which is in phase or of opposite phase to the oscillator voltage, and of which its phase is inverted by the control signal VC.A second logic circuit (7) is coupled via a first transformer (6) to the output of the first logic circuit, and via a second transformer (9) to the oscillator output. The second logic circuit is an exclusive-OR gate and outputs a signal VD, which reproduces the control signal VC or its complement VC-bar.

Description

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Description Description

La présente invention concerne un dispositif de commande d'un transistor de puissance, par exemple du type IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) utilisé, par exemple, dans des circuits d'alimentation à courant élevé commandés par impulsions. The present invention relates to a device for controlling a power transistor, for example of the IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) type used, for example, in high current supply circuits controlled by pulses.

L'invention vise à fournir un dispositif de commande relativement économique qui permet de réaliser, de façon particulièrement simple, précise et sûre, la commande de tels transistors au moyen d'un circuit isolé galvaniquement de la source des signaux de commande. The invention aims to provide a relatively economical control device which makes it possible, in a particularly simple, precise and safe manner, to control such transistors by means of a circuit galvanically isolated from the source of the control signals.

A cet effet, le dispositif selon l'invention comporte les particularités décrites dans la partie caractérisante de la revendication 1. Des formes d'exécutions préférentielles sont décrites dans les revendications 2 à 6. To this end, the device according to the invention includes the features described in the characterizing part of claim 1. Forms of preferred embodiments are described in claims 2 to 6.

D'autres caractéristiques et les avantages et objectifs réalisés par le dispositif selon la présente invention ressortiront de la description, donnée ci-après, d'une forme d'exécution indiquée à titre d'exemple. Cette description est illustrée par le dessin annexé, dans lequel la fig. 1 est un schéma d'ensemble d'un dispositif de commande selon l'invention et, Other characteristics and the advantages and objectives achieved by the device according to the present invention will emerge from the description, given below, of an embodiment indicated by way of example. This description is illustrated by the appended drawing, in which FIG. 1 is an overall diagram of a control device according to the invention and,

la fig. 2 est un diagramme montrant les signaux qui apparaissent en certains points de la fig. 1. fig. 2 is a diagram showing the signals which appear at certain points in FIG. 1.

Le schéma de la fig. 1 montre un transistor IGBT 1, dont la grille 2 est commandée par des signaux de commande issus d'une source de signaux de commande 3. Le circuit de commande proprement dit comporte notamment un oscillateur 4, un premier circuit logique 5, un transformateur 6 à noyau de ferrite, par exemple en forme de tore, et un deuxième circuit logique 7. A la sortie de ce deuxième circuit logique apparaissent les signaux de commande transmis par le présent dispositif et appliqués à la grille 2 par l'intermédiaire d'un circuit d'adaptation 8. The diagram in fig. 1 shows an IGBT transistor 1, the gate 2 of which is controlled by control signals from a source of control signals 3. The control circuit proper comprises in particular an oscillator 4, a first logic circuit 5, a transformer 6 with a ferrite core, for example in the form of a torus, and a second logic circuit 7. At the output of this second logic circuit appear the control signals transmitted by the present device and applied to the grid 2 via a adaptation circuit 8.

Dans le présent dispositif de commande, l'oscillateur 4 fournit, d'une part, les tensions d'alimentation pour ce dispositif et est connecté, à cet effet, par l'intermédiaire d'un deuxième transformateur à noyau de ferrite 9 à un circuit redresseur 10. D'autre part, ce même oscillateur 4, dont la tension de sortie est une tension rectangulaire d'une fréquence appropriée, par exemple de l'ordre de 100 kHz, fournit cette tension au premier circuit logique 5, dans lequel celle-ci est appliquée par l'intermédiaire d'inverseurs 11 et 12 à des premières entrées de deux portes logiques OU exclusif 13, 14. Aux deuxièmes entrées de ces portes logiques sont appliqués les signaux de commande de la source 3. Les sorties des portes logiques 13, 14 sont reliées par l'intermédiaire d'amplificateurs logiques (inverseurs) 15, 16 à l'enroulement primaire 17 du transformateur 6. L'enroulement secondaire 18 du transformateur 6 est connecté par une de ses bornes aux bases de deux transistors complémentaires 19, 20, dont les chemins de conduction sont connectés en série. L'autre borne de l'enroulement 18 est reliée au point de connexion commun des In the present control device, the oscillator 4 supplies, on the one hand, the supply voltages for this device and is connected, for this purpose, via a second transformer with ferrite core 9 to a rectifier circuit 10. On the other hand, this same oscillator 4, the output voltage of which is a rectangular voltage of an appropriate frequency, for example of the order of 100 kHz, supplies this voltage to the first logic circuit 5, in which this is applied via inverters 11 and 12 to the first inputs of two exclusive OR logic gates 13, 14. To the second inputs of these logic gates are applied the control signals from the source 3. The outputs of the logic gates 13, 14 are connected via logic amplifiers (inverters) 15, 16 to the primary winding 17 of the transformer 6. The secondary winding 18 of the transformer 6 is connected by one of its terminals to the bases of two trans complementary istors 19, 20, the conduction paths of which are connected in series. The other terminal of the winding 18 is connected to the common connection point of the

émetteurs des transistors 19, 20 et à une première entrée d'une porte logique ou exclusif constituant le deuxième circuit logique 7. La deuxième entrée de cette porte 7 est reliée à l'enroulement secondaire du transformateur 9 et reçoit ainsi un signal correspondant à la tension de sortie de l'oscillateur 4. emitters of the transistors 19, 20 and to a first input of a logic or exclusive gate constituting the second logic circuit 7. The second input of this gate 7 is connected to the secondary winding of the transformer 9 and thus receives a signal corresponding to the oscillator output voltage 4.

La fig. 2 montre la forme de la tension VA de l'oscillateur 4 apparaissant à une première borne de sortie A de cet oscillateur. Bien entendu, une tension VA, ^complémentaire, apparaît à l'autre borne de sortie A de l'oscillateur. Un signal de commande fourni par la source 3 au point C est illustré par la courbe VC dans la fig. 2. Fig. 2 shows the shape of the voltage VA of the oscillator 4 appearing at a first output terminal A of this oscillator. Of course, a complementary voltage VA, ^, appears at the other output terminal A of the oscillator. A control signal supplied by the source 3 at point C is illustrated by the curve VC in FIG. 2.

Le circuit logique 5 produit à sa sortie, au point B, un signaj_ représenté par VB à la fig. 2, alors qu'au point B apparaît le signal complémentaire VB. Ce signal est en phase avec le signal VA durant les périodes d'absence d'un signal VC. Dès l'apparition, et pendant toute la durée de présence du signal de commande VC, le signal de sortie VB est en opposition de phase avec le signal VA. Le signal VB transmis par l'intermédiaire du transformateur 6 et des transistors 19, 20 se retrouve au point B' sous la même forme, représentée par VB'. La combinaison logique du signal VB' avec le signal VA' au point A', qui est en phase avec le signal VA, reproduit à la sortie de la porte 7, au point D, le signal de commande tel que l'illustre la courbe VD de la fig. 2. The logic circuit 5 produces at its output, at point B, a signaj_ represented by VB in FIG. 2, while at point B appears the complementary signal VB. This signal is in phase with the VA signal during periods of absence of a VC signal. As soon as the control signal VC appears, and throughout the duration of the presence of the control signal, the output signal VB is in phase opposition with the signal VA. The signal VB transmitted via the transformer 6 and the transistors 19, 20 is found at point B 'in the same form, represented by VB'. The logical combination of the signal VB 'with the signal VA' at point A ', which is in phase with the signal VA, reproduced at the output of gate 7, at point D, the control signal as illustrated by the curve VD in fig. 2.

Il ressort de ce qui précède que, dans le présent dispositif, un seul oscillateur peut être utilisé à la fois pour fournir les tensions d'alimentation du dispositif, et pour permettre la transmission du signal de commande de la source 3 à la grille 2 du transistor 1. Cette transmission s'effectue de manière à reproduire le signal de commande par l'intermédiaire de circuits logiques, c'est-à-dire d'une façon extrêmement précise et avec un minimum de retards. Il est à noter, en particulier, que le signal de commande est transmis dans sa totalité et non seulement par des signaux de début et de fin de commande. Le transformateur 6 constitue un moyen économique pour séparer les potentiels du circuit d'entrée du transistor 1 et de la source de signaux de commande 3. D'autre part, l'agencement des transistors 19, 20 commandes par l'enroulement secondaire 18, dont le nombre de spires peut être faible, constitue un système à basse impédance qui est très peu sensible à des variations brusques de la tension dans le circuit du transistor 1. It follows from the above that, in the present device, a single oscillator can be used both to supply the supply voltages of the device, and to allow the transmission of the control signal from the source 3 to the gate 2 of the transistor 1. This transmission takes place so as to reproduce the control signal by means of logic circuits, that is to say in an extremely precise manner and with a minimum of delays. It should be noted, in particular, that the control signal is transmitted in its entirety and not only by start and end control signals. The transformer 6 constitutes an economical means for separating the potentials of the input circuit of the transistor 1 and of the source of control signals 3. On the other hand, the arrangement of the transistors 19, 20 controlled by the secondary winding 18, whose number of turns may be low, constitutes a low impedance system which is very insensitive to sudden variations in the voltage in the circuit of transistor 1.

Le présent dispositif permet, en outre, de transmettre en retour une information sur un éventuel blocage de la commande du transistor de puissance 1. L'ordre de blocage est, par exemple, déclenché par un dispositif de surveillance 22 qui contrôle, d'une part, les niveaux des tensions d'alimentation + et -, et, d'autre part, l'état de saturation correct du transistor 1, ce qui permet de détecter une sur-intensité du courant traversant ce transistor. The present device also makes it possible to transmit in return information on a possible blocking of the control of the power transistor 1. The blocking order is, for example, triggered by a monitoring device 22 which controls, from a on the one hand, the levels of the supply voltages + and -, and, on the other hand, the correct saturation state of the transistor 1, which makes it possible to detect an over-current intensity passing through this transistor.

En cas de blocage, dans l'exemple du circuit représenté, l'alimentation des bases des transistors 19 et 20 à partir de l'enroulement 18 est interrompue par un interrupteur analogique 21, monté en série avec cet enroulement et commandé par le In the event of blockage, in the example of the circuit shown, the supply of the bases of the transistors 19 and 20 from the winding 18 is interrupted by an analog switch 21, mounted in series with this winding and controlled by the

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dispositif de surveillance 22. L'augmentation de la tension aux bornes de l'enroulement primaire 17 qui en résulte, est détectée par un circuit 23. Selon une autre forme d'exécution, un transistor est connecté, par son chemin de conduction, en parallèle à l'enroulement 18 et sa base est commandée par le dispositif 22, de façon que l'enroulement 18 soit court-circuité en cas de blocage du transistor 1, et l'augmentation du courant primaire du transformateur 6 est détectée par le dispositif 23. Bien entendu, tout autre dispositif approprié à impédance variable peut être monté en série ou en parallèle avec l'enroulement 18 et être commandé par le dispositif 22. monitoring device 22. The increase in the voltage across the primary winding 17 which results therefrom is detected by a circuit 23. According to another embodiment, a transistor is connected, by its conduction path, in parallel to the winding 18 and its base is controlled by the device 22, so that the winding 18 is short-circuited in the event of the transistor 1 blocking, and the increase in the primary current of the transformer 6 is detected by the device 23. Of course, any other suitable device with variable impedance can be mounted in series or in parallel with the winding 18 and be controlled by the device 22.

Claims

1. Control device for a power transistor (1), characterized in that it comprises a source (3) of substantially rectangular control signals (VC), an oscillator (4) supplying at its output a periodic voltage also substantially rectangular (VA, VA), a first logic circuit (5) connected, on the one hand, to said source of control signals (3) and, on the other hand, to the output of said oscillator, this first logic circuit being arranged to supply, at its output, a substantially rectangular signal (VB, VB) which is in phase or in phase opposition with the oscillator voltage and whose phase is reversed in the presence of a control signal ( VC) and in that it comprises a second logic circuit (7) coupled, on the one hand, via a first transformer (6) with the output of the first logic circuit (5) and, on the other share, via a second transformer (9), with the output of said oscillator (4), this two ith logic circuit having the exclusive OR function and thus providing at its output a signal (VD) substantially rectangular which reproduces the control signal (VC) or its complement (VC).

2. Device according to claim 1, characterized in that a secondary winding (18) of the first transformer (6) is connected by one of these terminals to the bases of two complementary transistors (19, 20), the paths of which conduction are connected in series and, by another terminal, at the common connection point (B ') of these conduction paths, this point being connected to a first input of the second logic circuit (7).

3. Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that the second logic circuit (7) is formed by a single exclusive OR gate.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the second transformer (9) comprises at least one secondary winding connected to a rectifier circuit (10) supplying the supply voltage or voltages for the control device.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a variable impedance circuit (21) is connected in series or in parallel with the secondary winding (18) of the first transformer (6), this impedance circuit variable being controlled by a monitoring circuit (22), arranged to supply an anomaly signal at the level of the control of the power transistor (1), and in that it comprises a circuit (23) for detecting changes in the amplitude of current or voltage in the primary circuit of the first transformer (6).

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