FR2515443A1 - Montage d'excitation a couplage par transformateur - Google Patents

Abstract

LE MONTAGE D'EXCITATION A COUPLAGE PAR TRANSFORMATEUR DESTINE A ASSURER LA COMMUTATION DE NIVEAUX DE CONDUCTION ALTERNES DANS UN DISPOSITIF A SEMI-CONDUCTEUR COMPORTE UN GENERATEUR D'IMPULSIONS 14 QUI FOURNIT DE FACON INTERMITTENTE DES IMPULSIONS D'EXCITATION DE POLARITE OPPOSEE ALTERNEES A UN TRANSFORMATEUR D'IMPULSIONS 16 RELIE PAR L'INTERMEDIAIRE DE MOYENS DE CONDUCTION ASYMETRIQUES 21 A UN DISPOSITIF A SEMI-CONDUCTEUR 13. LES MOYENS DE CONDUCTION ASYMETRIQUES 21 SONT ADAPTES POUR CONDUIRE BIDIRECTIONNELLEMENT AU-DELA DE SEUILS ASSOCIES A CHAQUE SENS DE CONDUCTION ET LES IMPULSIONS DE POLARITE OPPOSEE POLARISENT LES MOYENS DE CONDUCTION BIDIRECTIONNELS ASYMETRIQUES 21 DE FACON A LES FAIRE CONDUIRE DANS LE SENS OPPOSE AFIN DE FAIRE PRENDRE AU DISPOSITIF UN AUTRE NIVEAU DE CONDUCTION. UTILISATION POUR LA COMMANDE D'ONDULEURS OU DE MOTEURS NOTAMMENT TRIPHASES.

Description

La présente invention est relative à la commande des dispositifs à

semiconducteurs, et en particulier-à l'attaque de ces dispositifs à l'effet de commander leurs niveaux de conduction.

On fait très fréquemment travailler les dispo-

sitifs à semiconducteurs à des niveaux de conduction différents lorsque ceux-ci opèrent dans un mode de commutation, c'est-à-dire lorsqu'ils sont attaqués de façon à fournir alternativement un niveau de c Dnduction de saturation complète (état "passant") et un niveau de non-conduction (état "bloqué") Les circuits mettant en oeuvre des semiconducteurs travaillant dans un mode de commutation font également fréquemment appel en tant qu'éléments de commutation à des transistors à

effet de champ, qui sont capables de commuter des cou-

rants forts dans une large gamme de cadences de commu-

tation au moyen d'une faible tension d'excitation appli-

quée à des électrodes de commande.

Il est fréquemment nécessaire de disposer un tel commutateur dans une partie à tension élevée (par rapport à la masse électrique) d'un circuit à commuter, ce qui nécessite que la tension d'excitation, bien que de faible valeur, soit décalée d'autant vers le haut

par rapport à la masse Lorsque l'opération de commu-

tation se répète de façon continue à une fréquence rela-

tivement élevée, ceci est réalisé en transmettant la

tension d'excitation sous forme d'impulsions par cou-

plage inductif d'un générateur aux électrodes de com-

mande, les impulsions présentant un produit tension x durée propre à entretenir l'état du ou des transistors

pendant la durée voulue.

Une telle disposition n'est efficace qu'aux

fréquences de commutation supérieures à quelques cen-

taines de hertz Au-dessous, le produit tension x durée

des impulsions d'excitation fournies par le transfor-

mateur nécessite des transformateurs de construction spéciale et onéreuse, ce qui fait perdre les avantages économiques de la commutation par transistors.

La commutation de niveaux de conduction de tran-

sitors entre état passant et état bloqué ne constitue qu'un simple exemple du cas général de la commutation entre deux niveaux différents, qui peuvent être des niveaux de conduction intermédiaires, d'un dispositif à semiconducteurs, et l'un des buts de la présente invention est de fournir un montage d'excitation à

couplage par transformateur destiné à assurer une commu-

tation de niveaux de conductions alternés dans un dis-

positif à semiconducteurs, qui peut travailler à des cadences de commutationplus basses et nécessite un transformateur plus simple que les montages connus jusqu'à présent, et un procédé d'exécution d'une telle

commutation de niveaux de conduction alternés.

Selon la présente invention, un montage d'exci-

tation à couplage par transformateur destiné à assurer la commutation de niveaux de conduction alternés dans un dispositif à semiconducteurs comprend des moyens générateurs d'impulsions propres à fournir de façon intermittente des impulsions d'excitation à polarités alternativement opposées à un enroulement primaire d'un

transfcrmateir d'impulsions, ledit transformateur d'im-

pulsions comportant un enroulement secondaire relié par l'intermédiaire de moyens de conduction asymétriques à

des électrodes de commande du dispositif à semiconduc-

teurs, en permettant ainsi à des impulsions d'excitation transformées d'une même polarité de polariser les moyens de conduction asymétriques pour les faire conduire dans un sens afin de fournir au moins une partie du niveau de tension de ladite impulsion d'excitation transformée

15443

aux électrodes de commande en vue de faire prendre au dispositif un même niveau de conduction, maintenu après l'impulsion par polarisation en inverse du moyen de conduction à seuil asymétrique par emmagasinage de la tension de commande aux électrodes de commande du dispositif à semiconducteurs, caractérisé en ce que les

moyens de conduction asymétriques sont adaptés pour con-

duire bidirectionnellement au-delà de seuils associés à chaque sens de conduction, et en ce que des impulsions de dispositif transformées de ladite autre polarité

polarisent les moyens de conduction bidirectionnels asy-

métriques de façon à les faire conduire dans le sens opposé afin d'éliminer des électrodes de commande une partie au moins de la tension de commande emmagasinée à l'effet de faire prendre au dispositif un autre niveau

de conduction.

Une commutation entre niveaux de conduction alternés peut atre opérée dans une multiplicité de dispositifs à semiconducteurs par une multiplicité de montages d'excitation conformes à la définition du paragraphe précédent dans lequel les moyens générateurs d'impulsions et l'enroulement primaire de transformateur d'impulsions sont communs à et partagés par tous les montages.

Dans la présente description, on entend par "moyens

de conduction bidirectionnels asymétriques" un disposi-

tif ou une combinaison de dispositifs réagissant à une

tension dépassant un premier niveau de seuil prédéter-

miné appliqué aux bornes du dispositif dans un sens en

conduisant dans une direction, et réagissant à une ten-

sion dépassant un second niveau de seuil prédéterminé appliqué aux bornes du dispositif dans le sens opposé

en conduisant dans la direction opposée.

Des moyens de ce genre peuvent etre fournis par

une diod à semiconducteur bidirectionnelle unique pou-

vant travailler dans l'un et l'autre des modes de conduction direct et inverse, telle par exemple qu'une diode Zener, auquel cas l'un des niveaux de tension de seuil est sensiblement nul tandis que l'autre est la tension de conduction en inverse ou tension de Zener, ou bien ils peuvent comprerdoe une paire de diodes de ce genre montées tête-bgche en série Les moyens de conduction asymétriques peuvent aussi être réalisés par une paire de dispositifs à conduction unidirectionnelle montés en parallèle, tels que des diodes dites de référence montées tête-bêche, chacun d'eux comprenant des diodes Zener et des diodes classiques à polarités opposées montées en série de façon à n'autoriser de conduction que dans le mode de conduction de Zener ou par des transistors complémentaires ou encore par d'autres semiconducteurs ou par des dispositifs à seuil qui ne sont pas des semiconducteurs.

Lorsque les moyens sont formés par une multipli-

cité de dispositifs, le premier et le second niveaux de seuil prédéterminés peuvent être égaux ou différer

l'un de l'autre.

Les caractéristiques et avantages de l'invention

ressortiront plus amplement de la description détaillée

qui est donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif

en référence aux dessins annexés, sur lesquels -

la Figure 1 est un schéma électrique d'un mon-

tage d'excitation selon la présente invention pour un transistor à effet de champ, qui fait appel à des moyens de conduction à seuil asymétrique formés par une diode Zener unique, la Figure 2 (a) est un schéma électrique d'un montage d'excitation semblable à celui de la Figure 1,

mais dans lequel les moyens de conduction à seuil asy-

métrique sont formés par des diodes Zener montées en série, la Figure 2 (b) est un schéma électrique d'un montage d'excitation semblable à celui de la Figure 2 (a),

mais dans lequel les moyens de conduction à seuil asy-

métrique sont formés par des diodes de référence mon- tées en parallèle,

le Figure 3 est un schéma électrique d'un régu-

lateur série comportant un montage d'excitation selon la présente invention, la Figure 4 est un schéma électrique d'un montage à commande proportionnelle commuté qui fait appel à un montage d'excitation selon la présente invention, la Figure 5 est un schéma électrique d'un

onduleur comportant une paire de commutateurs à transis-

tor montés en série qui sont excités individuellement de façon à permettre d'assurer une commutation à rapport cyclique variable,

la Figure 6 est un schéma électrique d'un on-

duleur représentantun montage d'excitation selon la présente invention opérant une commutation synchrone sur une paire de commutateurs à transistor montés en série, la Figure 7 (a) est un schéma électrique d'un onduleur push-pull montrant le montage d'excitation selon la présente invention opérant une commutation synchrone sur des commutateurs à transistor dans une partie à basse tension du circuit, la Figure 7 (b) est un schéma électrique d'un onduleur push-pull, semblable à celui de la Figure 7 (a), dans lequel les commutateurs à transistor se trouvent dans la partie à haute tension du circuit, et la Figure 8 est un schéma électrique des moyens de commande d'un moteur triphasé faisant appel à des transistors de commutation d'alimentation commandés par

un montage d'excitation selon la présente invention.

Selon les dispositions représentées par la Figure 1, un courant traversant une charge L entre des rails d'alimentation positif et neutre respectivement 11 et 12 est commandé par un commutateur 13 comprenant un transistor à effet de champ du type à enrichissement et à canal N La commutation du niveau de conduction du transistor 13 entre un état passant de conduction saturée et un état bloqué non conducteur est commandée

par un générateur d'impulsions d'excitation 14 qui four-

nit de façon intermittente de courtes impulsions d'ex-

citation de polarité opposée alternée, qui sont par exemple des impulsions de durée 1 microseconde émises

toutes les 10 microsecondes ou plus.

Les bornes de sortie du générateur 14 sont

reliées à un enroulement primaire 15 d'un transforma-

teur d'impulsions 16 comportant un enroulement secondaire

17 Le transformateur d'impulsions 16 peut être un compo-

sant simple présentant un rapport de transformation 1:1 et formé d'enroulements bifilaires au primaire et au secondaire d'environ 10 à 15 tours bobinés sur un noyau toroldal L'une des bornes 18 de l'enroulement secondaire 17 est reliée à une électrode de commande (source) 19 du transistor et son autre borne 20 est reliée à une électrode de commande (grille) 22 du transistor par

l'intermédiaire de moyens de conduction à seuil asymé-

trique formé par des moyens à diode Zener unique 21 l Les moyens à diode Zener comprennent une diode Zener

unique dont l'anode est reliée à la borne d'enroule-

ment secondaire 20 et la cathode à l'électrode de grille 22 du transistor La tension inverse de Zener de la diode 21 et l'amplitude des impulsions d'excitation générées sont choisies de sorte qu'elles soient sensiblement égales et appropriées pour constituer une tension de commutation pour le transistor 13, leur valeur étant

par exemple de 20 volts.

On notera qu'en général, le générateur d'im-

pulsions 14 fonctionnera et fournira des impulsions en référence au rail neutre 12, auquel il est relié par un conducteur 23, et que bien que la tension de commutation que l'on a besoin d'établir entre les électrodes de commande du transistor puisse êAtre de l'ordre de la valeur modeste de 20 volts, les électrodes elles-nigmes doivent travailler au potentiel du rail d'alimentation 11, qui peut être supérieur de nombreuses centaines de volts à celui de la ligne-neutre 12, et qu'un couplage

par transformateur représente une façon commode pratique-

ment d'isoler le générateur d'impulsions et les électrodes

de commande.

Si l'on considère le fonctionnement du circuit de la Figure 1, lorsque le générateur 14 fournit une impulsion d'excitation ascendante de 20 volts par rapport au rail neutre 12, une impulsion ascendante semblable apparaissant entre les bornes 20 et 18 de l'enroulement secondaire polarise la diode Zener 21 dans le sens direct et apparaît entre les électrodes de commande 22 et 19 du transistor 13, en l'amenant en conduction

saturée et en chargeant la capacité de grille du transis-

tor Lorsque l'impulsion générée prend fin (au bout de 1 microseconde), la diode Zener se trouve polarisée en inverse par le potentiel emmagasiné sur la capacité de grille N'étant pas supérieur à la tension inverse

de Zener, celui-ci subsiste entre les électrodes de com-

mande et fait persister l'état passant du transistor.

Lorsque le générateur 14 fournit ensuite une

impulsion descendante de 20 volts d'amplitude, la trans-

formation de celle-ci fait apparaître une différence de potentiel de 40 volts aux bornes de la diode Zener 21, laquelle conduit en mode inverse de Zener jusqu'à ce que la cathode, reliée à la grille 22, se trouve ramenée à un niveau de 20 volts au-dessus du niveau de l'anode, c'est-à- dire de O volt par rapport à la borne 19, point auquel le commutateur à transistor 19 passe à l'état bloqué, dans lequel il demeure après que l'impulsion

d'excitation a pris fin.

L'impulsion ascendante suivante générée refait passer le transistor en conduction, et celui-ci subit une commutation entre états passant et bloqué à chaque impulsion d'excitation générée, bien que les impulsions d'excitation proprement dites soient

beaucoup plus brèves que l'intervalle les séparant.

On notera que l'intervalle séparant les impulsions peut être choisi de n'importe quelle valeur" supérieure à la durée des impulsions pour fournir une

large variation de la cadence de commutation du transis-

tor, et qu'il est particulièrement bien adapté à un travail à des cadences de l'ordre des dizaines aux centaines de hertz, sans rien nécessiter d'autre que la transformation d'impulsions brèves effectuée par le

transformateur d' impulsions 16.

On notera que la commutation s'effectue sous l'effet de la charge ou de la décharge rapides de la capacité de grille du transistor, qui est fonction de la valeur de cette capacité, de tension appliquée et

de la durée de l'impulsion.

A l'effet de conférer de meilleures caractéris-

tiques de commutation au montage, le circuit peut être amélioré par une capacité additionnelle établie entre les électrodes de commande par un condensateur-24, une valeur de l'ordre de 1 n F s'avérant convenir pour le transistor à effet de champ 13 du type à enrichissement et canal N Une résistance 25 peut être montée aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur à l'effet

d'amortir la résonance du transformateur et des capa-

cités du circuit à la cessation de l'impulsion.

Les caractéristiques de commutation peuvent

aussi nécessiter des relations fonctionnelles différen-

tes entre amplitude des impulsions d'excitation trans-

formées et tension inverse de Zener.

Par exemple, un transistor à effet de champ tel que décrit plus haut peut avoir une tension d'entrée en conduction de l'ordre de 15 à 20 volts et une tension

de coupure inférieure à 5 volts L'amplitude des impul-

sions peut être inférieure à la tension inverse de Zener, la première étant par exemple de 20 volts et la

1,5 seconde de 24 volts, de sorte que l'impulsion ascendan-

te applique la totalité des volts pour faire passer le

transistor en conduction, mais que l'impulsion descen-

dante donnant lieu à la conduction en inverse de Zener laisse subsister une tension positive d'environ 4 volts sur les électrodes de commande, ce qui est inférieur au

niveau de coupure En variante, le commutateur à tran-

sistor peut être "surexcité", c'est-à-dire attaqué par des différences de potentiel conduisant à des niveaux qui sont beaucoup plus importants que ceux nécessaires pour effectuer la commutation, mais qui

raccourcissent les temps de commutation Dans le mon-

tage de la Figure 1, de telles tensions de surexcita-

tion constituent une caractéristique temporaire réali-

sée pendant la durée de l'impulsion d'excitation, les niveaux tombant quelque peu lors du maintien de l'état

de conduction.

Si la tension des impulsions d'excitation

transformées est choisie supérieure à la tension inver-

se de Zener, la première étant par exemple de 24 volts et la seconde de 20 volts, une impulsion ascendante crée alors une tension de 24 volts pour polariser la diode

Zener dans le sens direct et faire passer le transis-

tor en conduction A la fin de l'impulsion d'excita-

tion, la diode est polarisée en inverse au-delà de son potentiel de Zener, et elle conduit jusqu'à ce que la tension des électrodes de commande soit de volts, valeur suffisante pour maintenir l'état de

conduction Lors de l'application d'une impulsion des-

cendante, la diode conduit de nouveau dans le mode de Zener, ce qui porte les électrodes de commande

à une tension de commande de 4 volts, laquelle blo-

que le transistor Une fois que l'impulsion d'excita-

tion a pris fin, la tension de commande croit par conduction à travers la diode jusqu'à une valeur de

l'ordre de O volt.

L'intérêt de cette forme de fonctionnement est que la vitesse de commutation, qui est fonction du temps mis pour charger ou pour décharger la capacité de grille, se trouve accrue, sous réserve qu'il soit

fait en sorte que les tensions temporairement appli-

quées ne dépassent pas des niveaux sans danger pour

le fonctionnement du transistor.

Dans les montages d'excitation décrits jus-

qu'ici, la tension de commande appliquée pour mainte-

nir le transistor à l'état bloqué est supérieure ou égale à O volt Pour certains circuits, ces valeurs sont susceptibles d'9 tre trop proches des niveaux de conduction pour garantir l'absence de conduction dans toutes les conditions et, avantageusement, la

tension de commande sera maintenue à une valeur né-

gative au lieu de ne l'ètre que temporairement pen-

dant la commutation Un tel montage est représenté par la Figure 2, qui est semblable à la Figure 1, mais

les moyens de conduction àseuil asymétrique 21 com-

15443

il prennent une paire de diodes Zener 26, 27 montées "dos à dos" en série de sorte que les tensions de seuil prédéterminées nécessaires pour assurer la conduction dans chaque sens correspondent à la tension inverse

de Zener de la diode Zener qui est polarisée en inver-

se dans le sens correspondant La diode 26 constitue une diode Zener principale et la diode 27 une diode Zener auxiliaire Si l'on considère le fonctionnement, les

valeurs utilisées pour la description "surexcitée" de

la Figure 1 conviennent encore: amplitude des im-

pulsions transformées de 24 volts et tension inverse de Zener de la diode Zener principale de 20 volts La diode Zener auxiliaire est choisie en sorte que sa tension inverse de Zener soit d'environ 4 volts, soit à peu près la différence entre la tension inverse de Zener de la diode Zener principale et l'amplitude des

impulsions d'excitation transformées.

Lorsqu'une impulsion d'excitation ascendante est transformée à partir d'une impulsion de 24 volts, il se produit une chute de tension de 4 volts aux bornes de la diode auxiliaire 27, et les 20 volts restants se trouvent appliqués aux électrodes de

commande du transistor pour assurer le passage de celui-

ci à l'état conducteur Cette tension n'est pas supérieu-

re à la tension inverse de Zener de la diode Zener principale 26, et elle subsiste après la cessation

de l'impulsion d'excitation Lorsqu'une impulsion d'ex-

citation descendante est générée, la tension des élec-

trodes de commande est réduite à 4 volts, valeur qui persiste après l'impulsion d'excitation du fait de la polarisation en inverse de la diode Zener auxiliaire 27. La forme des moyens à diodes Zener représentée par la Figure 2 (a) autorise encore des variations quant aux niveaux relatifs de l'amplitude des impulsions d'excitation et des tensions de conduction en inverse des diodes Zener Par exemple, le montage peut ici encore être "surexcité" par application d'impulsions de forte amplitude fournissant temporairement des tensions de commutation aux électrodes de commande pendant la durée des impulsions d'excitation, tensions

qui s'établissent à des valeurs de maintien plus basses.

La Figure 2 (b) montre une variante des moyens à diodes Zener qui comprend une paire de diodes

dites de référence 26 ' et 27 ' montées en parallèle.

Chaque diode de référence comprend une diode Zener placée en série avec une diode classique montée en sens inverse qui s'oppose à la conduction dans le sens direct à travers la diode Zener et n'autorise de conduction que dans le mode de Zener Il est clair que le fonctionnement est semblable à celui du montage de la Figure 2 (a), mais qu'il évite la chute de tension ayant lieu dans ce dernier circuit aux bornes de la

diode Zener polarisée dans le sens direct.

On notera aussi que la description qui précède

est un tant soit peu simplifiée pour illustrer la natu-

re du fonctionnement, et qu'elle néglige de considérer les facteurs tels que les chutes de tension aux bornes des diodes dans le sens passant, les limitations de rendement du transformateur et les effets des vitesses de charge sur les composants capacitifs et inductifs dans la détermination des tensions résultantes pendant

la durée relativement courte du temps de commutation.

On notera encore que l'on peut établir des corrections à apporter à ces valeurs calculées sur la base simple adoptée plus haut et choisir en conséquence les valeurs des composants et des tensions ou que l'on peut choisir les valeurs d'après des mesures effectuées sur un circuit réel. Comme autres variantes faciles à concevoir du circuit de base décrit plus haut, on peut citer l'utilisation d'un transformateur d'impulsions à rapport

de transformation différent de 1:1 et/ou d'un généra-

teur d'impulsions d'excitation dans lequel les inter-

valles entre impulsions positives et négatives sont différents ou variables en fonctionnement afin de conférer au transistor des états de conduction à rapport

cyclique asymétrique.

D'une façon similaire, on peut modifier d'une façon simple la fréquence de répétition des impulsions d'excitation pour assurer une commutation du dispositif

à une fréquence voulue.

En outre, il n'est pas obligatoire que les

niveaux choisis pour la tension appliquée aux électro-

des de commande soient tels qu'ils portent le transis-

tor dans l'un ou l'autre des états de conduction satu-

rée et de non-conduction, mais ils peuvent être choisis

de façon à fixer le niveau de conduction à une quelcon-

que valeur intermédiaire.

De plus, le montage d'excitation n'est pas

limité dans ses applications à l'excitation de transis-

tors à effet de champ du type à enrichissement et canal N, ce cas ne constituant qu'un exemple choisi pour les

besoins de la description Il se prête à l'excitation

de dispositifs différents, sous réserve qu'il ne se

produise pas à travers le dispositif de fuites impor-

tantes de tension d'électrodes de commande propres à affecter son niveau de conduction, ou que le montage travaille à une cadence de commutation suffisamment élevée Bien qu'il soit décrit plus haut et dans ce qui suit dans son application à un transistor à effet de champ à canal N, le montage d'excitation est facile à adapter à des dispositifs à type de conductivité opposé par une interversion appropriée des polarités

des moyens à diode(s) Zener.

En outre, les moyens de conduction bidirec- tionnels asymétriques sont décrits ci-dessus comme étant des moyens à diode(s) Zener, sous forme soit

de composant unique, soit de combinaison de composants.

On notera que dans chacune des configurations décrites, les moyens à diode(s) Zener peuvent comprendre tout dispositif, à semiconducteurs ou autre, propre à fournir les m 9 mes caractéristiques de conduction à

des tensions de seuil appropriées.

Afin d'illustrer ces variantes, et aussi d'autres, on va donner quelques exemples de circuits mettant en oeuvre un montage d'excitation selon la présente invention Pour des raisons de commodité,

la description adoptera encore le cas de moyens de

conduction à seuil asymétrique formée par une diode

Zener unique.

Comme on l'a vu plus haut, cette forme de montage d'excitation à couplage par transformateur

pour transistor de commutation convient particulière-

ment bien aux circuits dans lesquels il est imposé aux

électrodes de commande du transistor d'être à un po-

tentiel élevé par rapport au générateur d'impulsions d'excitation Un exemple d'un tel circuit, dans lequel le transistor de commutation sert de régulateur série, est représenté à la Figure 3, le transistor 30 et ses électrodes de commande 31, 32 étant isolés des moyens

générateurs d'impulsions d'excitation 33 par un trans-

formateur d'impulsions 34 Le reste du régulateur est classique et, en fonctionnement, le transistor 30 est soumis à une commutation alternée entre états passant

et bloqué sous la commande du générateur 33 Le géné-

rateur 33 peut être préréglé de façon à fournir des durées d'état passant et d'état bloqué asymétriques afin de faire varier la tension de sortie ou de la rendre variable en fonction de la tension ou du courant de sortie du régulateur, à l'effet de stabiliser une grandeur de sortie à une valeur indépendante de la charge. Un tel montag'e peut également être mis en oeuvre en association avec des dispositifs asservis

tels qu'un actionneur électromécanique, comme repré-

senté à la Figure 4 Le courant traversant un enrou-

lement moteur 36 est déterminé par un transistor de commutation 37 et est mesuré par la tension développée aux bornes d'une résistance de mesure de courant 38 La

tension de mesure de courant est appliquée au généra-

teur d'impulsions d'excitation 30 du montage d'exci-

tation de transistor 40 de façon à déterminer l'espa-

cement entre impulsions de polarité opposée, la détec-

tion d'une réduction de courant donnant lieu à un allon-

gement de l'intervalle entre impulsions d'excitation

positives et négatives à l'effet d'accroître la pro-

portion du temps pendant laquelle le commutateur 37

est passant.

Tous les circuits comportant le montage d'ex-

citation selon la présente invention qui ont été décrits jusqu'ici font appel à un seul transistor devant être

commandé par commutation.

Il existe de nombreuses formes de circuits dans lesquelles on a besoin de faire subir à plusieurs transitors une commutation entre états passant et bloqué par intervalles La Figure 5 en représente un

exemple, formé par un onduleur.

Le circuit onduleur 41 comprend une source de tension continue 42 aux bornes de laquelle est montée une paire de condensateurs 43, 44 reliés en série l'un à l'autre au point de jonction 45 et formant un diviseur capacitif aux bornes de la source Aux bornes de la source est également montée une paire de dispo- sitifs à semiconducteurs pouvant être commandés, formés par des commutateurs à transistor à effet de champ du type à enrichissement et à canal N 46,47 reliés également en série l'un avec l'autre en un point de jonction 48 Les points de jonction respec-

tivement 45 et 48 des paires de condensateurs et de

transistors sont reliés par l'intermédiaire de l'en-

roulement primaire d'un transformateur de sortie 49 dont l'enroulement secondaire est relié à des bornes de

sortie 50 destinées à alimenter une charge fonction-

nant sous courant alternatif (non représentée).

Cette forme de circuit onduleur est classique, et elle fonctionne en faisant passer alternativement l'un des transistors 46 et 47 en conduction cependant que l'on fait passer l'autre à l'état bloqué Les

transistors sont excités par des montages d'excita-

tion individuels 51, 52 décrits plus haut en référence à la Figure 4, les moyens générateurs d'impulsions d'excitation respectivement 53, 54 comportant des connexions d'entrée grâce auxquelles on peut faire varier l'intervalle séparant les impulsions ascendantes et les inpulsions descendantes de chaque générateur,

soit manuellement par commande extérieure (non repré-

sentée), soit encore sous l'effet de la détection de la grandeur de sortie fournie par le transformteur 49, à l'effet de la stabiliser On peut voir que les commutateurs à transistor 46 et 47 ne doivent pas être autorisés à être passants en même temps, et ceci est réalisé en faisant travailler les moyens générateurs 53 et 54 avec un déphasage, c'est-à- dire de façon à ce que à la fois les impulsions de mise en conduction et de blocage fournies par le générateur 54 aient lieu

* entre les impulsions de blocage et de mise en conduc-

tion successives fournies par le générateur 53.

Le circuit onduleur décrit ci-dessus repré-

sente une forme générale de fonctionnement dans laquelle on peut faire varier de façon mutuellement indépendante

les périodes de conduction des commutateurs à transis-

tor afin d'établir un intervalle entre les états

passants des deux transistors.

Une forme largement utilisée de l'onduleur

représenté par la Figure 5 met en oeuvre une commuta-

tion synchrone des transitors grâce à laquelle les transistors ne sont jamais tous les deux bloqués, mais o l'un des transistors est bloqué lorsque l'autre est passant, et vice versa Il est évident dans la forme de réalisation représentée par la Figure 5, qu'il faut faire très attention à s'assurer que l'un

des transistors soit bloqué avant de faire passer l'au-

tre en conduction, et qu'une commutation synchrone est

difficile à garantir.

Une forme à dispositifs multiples de montage d'excitation selon la présente invention et qui convient

à un tel onduleur est représentée à la Figure 6.

Sur la Figure 6, l'onduleur est désigné dans

son ensemble par le repère 55 etil comporte des transis-

tors de commutation 56, 57 (correspondant aux transis-

tors 46, 47 de la Figure 5) montés en série Le montage d'excitation des transistors comprend un générateur d'impulsions d'excitation 58 fournissant des impulsions ascendantes et descendantes alternées par rapport au rail neutre 59, le signal de sortie du générateur étant appliqué aux bornes d'un enroulement primaire 60

d'un transformateur d'impulsions 61.

Le transformateur d'impulsions 61 comporte deux enroulements secondiire 45 ?, Al Son-t cbacru présente *un rapport de transformation de I:1 avec l'enroulement primaire 60, mais qui (comme l'indique la notation à points) sont montés en opposition L'enroulement 62 est relié par l'intermédiaire des moyens à diode Zener

64 aux électrodes de commande du transistor 56 et l'en-

roulement secondaire 63 du transformateur d'impulsions qui fournit une polarité opposée à celle du premier enroulement est relié par l'intermédiaire des moyens

a diode Zener 65 aux électrodes de commande du transis-

tor de commutation 57.

Si les transistors 56 et 57 présentent des caractéristiques de fonctionnement similaires, il peut 9 tre commode que les moyens à diode Zener 64 et 65 soient de la m 9 me forme et présentent la même tension

inverse de Zener, qui est choisie en fonction des varia-

bles considérées plus haut, et le générateur d'impulsions

d'excitation 58 est agencé de façon à fournir des im-

pulsions dont l'amplitude est en concordance avec ces

variables.

En considérant les connexions des enroulements

du transformateur, on peut voir qu'une impulsion d'exci-

tation ascendante appliquée au primaire 60 du transfor-

mateur donne lieu à l'application d'une tension posit-

tive aux bornes des électrodes de commande du transis-

tor 56, en rendant ce dernier passant, et simultanément (par conduction de Zener dans les moyens 65) à une

réduction de tension aux bornes des électrodes de comman-

de du transistor 57, laquelle bloque le transistor, Une impulsion d'excitation descendante subséquente donne lieu à une conduction de Zener des moyens 64 et à une réduction de tension entre les bornes de commande du transistor 56, ce qui bloque ce dernier tout en élevant

simultanément la tension entre les électrodes de comman-

de du transiter 57, ce qui rend celui-ci passant.

On notera qu'en modifiant l'intervalle entre impulsions d'excitation positives et négatives, on fait

varier en correspondance le rapport des durées de con-

duction entre les transistors 56 et 57 -De plus, comme chaque impulsion d'excitation sert à commuter les états

ou niveaux de conduction des deux transistors simulta-

nément, la possibilité de court-circuit direct des rails d'alimentation à courant continu se trouve exclue, et aucun circuit additionnel n'est nécessaire

pour y parer.

Comme on l'a vu plus haut, la relation entre amplitude des impulsions transformées et tension de conduction de Zener est matière à option, en fonction

des paramètres des transistors.

La forme des moyens à diode(s) Zener repré-

sentée par la Figure 2, à savoir deux diodes Zener montées "dos à dos", convient particulièrement bien à un montage d'excitation pour dispositifs multiples dans lequel une amplitude d'impulsions de tension nécessaire pour assurer la commutation effective de l'un des dispositifs peut être réduite à un niveau approprié pour l'autre dispositif gràce à un choix

convenable des tensions de conduction Zener.

Le montage d'excitation pour dispositifs multiples comporte lui aussi d'autres variantes Par exemple, on peut adopter des rapports de transformation différents entre le primaire et chacun des secondaires du transformateur, ou faire appel à des transistors

différents l'un de l'autre quant à leur type de conduc-

tivité en inversant de façon appropriée la polarité des moyens à diode(s) Zener et celle de l'enroulement

secondaire du transformateur.

Bien qu'il convienne à l'excitation de dis-

positifs montés en série dans lesquels les électrodes de commande de I'un des dispositifs sont nécessairement

15443

a un potentiel plus élevé que celles de l'autre, le montage d'excitation pour dispositifs multiples décrits ci-dessus n'est pas d'application limitée à ce genre de circuits, et il convient aussi bien à des dispositifs montés en parallèle tels que les onduleurs symétriques représentée par les figures 7 (a) et 7 (b) La Figure 7 (a) illustre l'utilisation de commutateurs à transistor excités par un montage d'excitation pour dispositifs multiples dans lequel les commutateurs à transistor se trouvent dans une partie à faible potentiel du circuit,

tandis que la Figure 7 (b) représente un montage corres-

pondant dans lequel les commutateurs à transistor se

trouvent dans une partie à potentiel élevé du circuit.

Bien que les montages d'excitation pour dispo-

sitifs multiples ci-dessus décrits aient tous été consi-

dérés en association avec des circuits onduleurs, le mon-

tage d'excitation est applicable à d'autres formes de commutation, telle la commande de moteur triphasé

représentée par la Figure 8 Le fonctionnement du mon-

tage d'excitation pour les commutateurs à transitor

montés en série est semblable à celui décrit en réfé-

rence à la Figure 6, les générateurs d'impulsions d'ex-

citation (non représentés) étant reliés aux bornes de transformateurs d'impulsions A, B et C présentant une relation de phase prédéterminée pour assurer la délivrance de signaux triphasés aux enroulements du moteur. Comme exposé en ce qui concerne le montage pour dispositif unique décrit plus haut, la fréquence de

changement d'état, c'est-à-dire de commutation des cir-

cuits commandés par le dispositif de commutation, est

directement liée à la fréquence de répétition d'impul-

sions des moyens générateurs d'impulsions d'excitation, laquelle peut être préréglée ou être rendue variable d'une façon simple dont la compréhension ne nécessite

pas de description détaillée.

Bien que dans la description qui précède, on

ait pris des exemples de circuits dans lesquels un montage d'excitation pour dispositifs multiples excite deux dispositifs, il est évident qu'un plus grand nombre de dispositifs peuvent être excités de façon synchrone à partir d'un ensemble à générateur

d'impulsions d'excitation et transformateur d'impul-

sions uniques, chaque dispositif nécessitant en propre un enroulement secondaire et des moyens à diode(s) Zener.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1 Montage d'excitation à couplage par trans-

formateur destiné à assurer la commutation de niveaux de conduction alternés dans un dispositif à semiconduc- teurs, ledit montage comprenant des moyens générateurs d'impulsions ( 14; 33; 39; 53, 54; 58) propres à

fournir de façon intermittente des impulsions d'exci-

tation de polarité opposés alternée à un enroulement primaire ( 15; 60) d'un transformateur d'impulsions

( 16; 34; 51, 52; 61), ledit transformateur d'impul-

sions comportant un enroulement secondaire ( 17; 62, 63) relié par l'intermédiaire de moyens de conduction asymétriques ( 21; 64, 65) à des électrodes de commande ( 19, 22) du dispositif à semiconducteurs ( 13; 30; 37; 46, 47; 56, 57), en permettant ainsi à des impulsions d'excitation transformées d'une même polarité de polariser les moyens de conduction asymétriques( 21; 64, 65) pour les faire conduire dans un sens afin de fournir au moins une partie du niveau de tension de

ladite impulsion d'excitation transformée aux électro-

des de commande à l'effet de faire prendre au dispositif un même niveau de conduction, maintenu après l'impulsion par polarisation en inverse des moyens de conduction à seuil asymétrique ( 21; 64, 65) par emmagasinage de la tension de commande aux électrodes de commande ( 22, 19;

31, 32) du dispositif à semiconducteurs, caractérisé -

en ce que les moyens de conduction asymétriques ( 21; 64, 65) sont adaptés pour conduire bidirectionnellement au-delà de seuils associés à chaque sens de conduction, et en ce que des impulsions de dispositif transformées de ladite autre polarité polarisent les moyens de conduction bidirectionnels asymétriques ( 21; 64, 65) de façon à les faire conduire dans le sens opposé afin d'éliminer des électrodes de commande ( 22, 19; 31,32)

une partie au moins de la tension de commande emmaga-

sinée en vue de faire prendre au dispositif un autre

niveau de conduction.

2 Montage d'excitation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un condensateur ( 24) est monté entre les électrodes de commande du dispositif à semiconducteurs. 3 Montage d'excitation selon l'une des

revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une résis-

tance ( 25) est montée aux bornes d'enroulement secon-

daire ( 17) du transformateur d'impulsions ( 16).

4 Montage d'excitation selon l'une des revendi-

cations 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de conduction asymétriques ( 21; 64, 65) comprennent des moyens à diode(s) Zener, dans lesquels la tension de conduction de Zener d'une diode Zener desdits moyens constitue l'un au moins des niveaux de tension de seuil

prédéterminés nécessaires à la création d'une conduc-

tion dans les moyens de conduction asymétriques.

Montage d'excitation selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens à diode(s) Zener comprennent fonctionnellement une diode Zener unique et en ce que la chute de tension de conduction de la diode dans le sens passant de celle-ci constitue l'autre niveau de tension de seuil prédéterminé nécessaire à la création d'une conduction opposée

dans les moyens de conduction asymétriques.

6 Montage d'excitation selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens à diode(s) Zener comprennent une paire de diodes Zener ( 26, 27) montées en sens opposés et en ce que les tensions de conduction de Zener des deux diodes Zener ( 26, 27) constituent des niveaux de tension de seuil prédéterminés nécessaires

à la création d'une conduction dans les moyens de con-

duction dans les moyens de conduction asymétriques

( 21).

7 Montage d'excitation selon la revendication 6, caractérisé en ce que les diodes Zener ( 26, 27)

sont montées en série.

8 Montage d'excitation selon la revendication 6, caractérisé en ce que les diodes Zener ( 26 ',27 ')sont montées en parallèle, chaque diode Zener étant elle-même

montée en série avec une autre diode destinée à s'oppo-

ser à la conduction de la diode Zener associée dans le

sens passant de celle-ci.

9 Montage d'excitation selon l'une des reven-

dications 1 à 8 pour commutateur à transistor, carac-

térisé en ce que les moyens générateursd'impulsions ( 14) et le transformateur d'impulsions ( 16) sont agencés de façon à fournir des impulsions d'une amplitude propre à donner lieu à la conduction des moyens de conduction asymétriques( 21) dans un sens pour porter le transistor

( 13) en conduction de saturation (état pleinement pas-

sant), et à la conduction des moyens de conduction asymétriques ( 21) dans l'autre sens pour rendre le

transistor ( 13) non conducteur (état pleinement bloqué).

Montage d'excitation selon la revendication

9 prise en rattachement à la revendication 5, caracté-

risé en ce que la diode Zener présente une tension de conduction de Zener supérieure à la tension de commande de mise en conduction du commutateur à transistor, en ce que les moyens générateurs d'impulsions ( 14) sont

adaptés à fournir des impulsions transformées d'ampli-

tude supérieure à ladite tension de commande de mise en

conduction du transistor ( 13), et en ce que la diffé-

rence entre la tension d'impulsion transformée et la tension deconduction de Zener est inférieure à la

tension de coupure du transistor.

251544-3

11 Montage d'excitation selon la revendication , caractérisé en ce que la tension de conduction de Zener et l'amplitude des impulsions transformées sont choisies de valeurs sensiblement égales à l'effet de créer aux électrodes de commande ( 22, 19) du commutateur

à transistor une tension de coupure sensiblement nulle.

12 Montage d'excitation selon la revendication , caractérisé en ce que l'amplitude des impulsions transformées est choisie supérieure à la tension de conduction de Zener à l'effet de créer initialement

une tension de coupure de polarité opposée à la ten-

sion de mise en conduction.

13 Montage d'excitation selon la revendication

9, prise en rattachement à l'une quelconque des reven-

dications 6 à 8, caractérisé en ce que l'une des diodes Zener ( 26) présente une tension de conduction de Zener dépassant la tension de commande de mise en conduction du transistor et en ce que l'autre diode Zener ( 27)

présente une tension de conduction de Zener non infé-

rieure à la grandeur d'une tension de coupure de po-

larité opposée à la tension de mise en conduction à maintenir. 14 Montage d'excitation selon la revendication

13, caractérisé en ce que les moyens générateurs d'im-

pulsions d'excitation et le transformateur ( 16) sont agencés de façon à fournir des impulsions transformées de grandeur sensiblement égale à la somme des tensions

de conduction de Zener des diodes Zener.

15 Montage d'excitation selon l'une des reven-

dications précédentes, caractérisé en ce que les moyens générateurs sont agencés de façon à fournir des impulsions d'excitation dont la durée est de l'ordre

d'une microseconde.

16 Montage d'excitation selon l'une des reven-

dications précédentes, caractérisé en ce que le

rapport de transformation du transformateur d'impul-

sions est de 1:1.

17 Montage d'excitation selon l'une des

revendications précédentes, caractérisé en ce que les

enroulements du transformateur d'impulsions ( 16; 34; 51, 52; 61) sont bifilaires et bobinés sur un noyau toroldal. 18 Montage d'excitation destiné à assurer la commutation de niveaux de conduction alternés dans plusieurs dispositifs à semiconducteurs, caractérisé par une multiplicité de montages d'excitation selon

l'une quelconque des revendications précédentes dans

lesquels le moyen générateur d'impulsions ( 58) et l'en-

roulement primaire ( 60) du transformateur d'impulsions

( 61) sont communs à et partagés par tous les montages.

19 Montage d'excitation selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il est agencé en'sorte que au moins certains des dispositifs à semiconducteurs ( 56, 57) soient commandés de façon à être portés à des états de conduction opposés à ceux des dispositifs à

semiconducteurs restants.

Montage d'excitation selon la revendication 19 pour dispositifs à semiconducteurs du même type de polarité, caractérisé en ce que les enroulements secondaires ( 62) du transformateur d'impulsions ( 61)

associés avec au moins certains dispositifs à semi-

conducteurs ( 56) sont montés de façon à fournir des

impulsions de polarité opposée par rapport aux enroule-

ments secondaires ( 63) associés auxdits dispositifs à

semiconducteurs restants ( 57).

21 Montage d'excitation selon l'une quelconque

des revendications précédentes, caractérisé en ce que

le ou chaque dispositif à semiconducteurs excité est un transistor à effet de champ du type à enrichissement et à canal N.