FR2547134A1

FR2547134A1 - Procede et appareil pour la commutation commandee de semi-conducteurs de puissance ne comportant pas de reaction positive

Info

Publication number: FR2547134A1
Application number: FR8408210A
Authority: FR
Inventors: Milton Dayton Bloomer
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-05-31
Filing date: 1984-05-25
Publication date: 1984-12-07
Also published as: DE3420008A1; GB2140996A; JPS6041323A; GB8410848D0; BR8402665A; US4540893A; NL8401735A; BE899755A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES CIRCUITS DE COMMUTATION DE PUISSANCE. UN APPAREIL CONFORME A L'INVENTION COMPREND NOTAMMENT DES MOYENS DE GENERATION DE COURANT 16 QUI ATTAQUENT UN DISPOSITIF DE COMMUTATION COMMANDE 12 CONNECTE A UNE CHARGE 11, ET DES MOYENS DE REACTION 18 QUI APPLIQUENT AUX MOYENS DE GENERATION DE COURANT UN SIGNAL QUI EST FONCTION DE LA VITESSE DE VARIATION DE LA TENSION OU DU COURANT DE LA CHARGE. L'APPAREIL DE L'INVENTION REDUIT LA VITESSE DE VARIATION DE LA TENSION OU DU COURANT DE LA CHARGE PENDANT QUE LE DISPOSITIF SEMI-CONDUCTEUR EST DANS SA REGION ACTIVE, CE QUI REDUIT LE NIVEAU DES PERTURBATIONS ELECTROMAGNETIQUES. DIVERSES CONFIGURATIONS PERMETTENT UN DEBLOCAGE COMMANDE AVEC UN BLOCAGE RAPIDE, UN BLOCAGE COMMANDE AVEC UN DEBLOCAGE RAPIDE, ETC. APPLICATION AUX DISPOSITIFS DE COMMUTATION DE PUISSANCE FONCTIONNANT A BASSE FREQUENCE.

Description

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La présente invention concerne les semiconducteurs de commutation de puissance, et elle porte plus particulièrement sur un procédé et un circuit nouveaux pour la commutation commandée de dispositifs semiconducteurs de puissance 5 ne comportant pas de réaction positive, qui visent à réduire notablement les perturbations électromagnétiques, tout en procurant une dissipation de "région active" acceptable dans

les dispositifs.

On sait qu'on peut minimiser le temps pendant lequel un dispositif semiconducteur de commutation de puissance ne comportant pas de réaction positive demeure dans la "région active", pour éviter une dissipation depuissance excessive dans ce dispositif On a satisfait jusqu'à présent l'exigence de réduire une dissipation de puissance de commu15 tation excessive en commutant le dispositif d'un état totalement conducteur vers un état totalement bloqué d'une manière aussi rapide que possible, compte tenu des limites maximales de d V/dt ou de d I/dt La variation relativement rapide de tension et/ou de courant dans le dispositif a

produit des niveaux considérables de perturbations électromagnétiques.

Si tous les semiconducteurs de commutation de puissance du même type avaient des caractéristiques identiques, il serait possible de bloquer ou de débloquer le dis25 positif en utilisant une source d'attaque programmée ayant une vitesse de variation désirée Cependant, en pratique, la tolérance sur l'élément de commande du semiconducteur, c'està-dire sur le seuil de tension de grille dans un transistor à effet de champ (TEC) de puissance ou dans un redresseur à électrode de commande ou grille isolée (RGI), est souvent supérieure à la variation du signal nécessaire sur cet élément de commande pour produire une transition d'un état pra5 tiquement bloqué vers un état pratiquement conducteur, ou inversement De ce fait, un procédé d'attaque d'électrode de commande qui est couramment utilisé consiste à changer la charge qu'une source de courant applique à une capacité d'électrode de commande (comme la capacité interne d'élec10 trode de grille dans un TEC ou un RGI, ayant souvent une capacité externe fixe en parallèle sur la capacité interne pour donner une capacité totale) Ce procédé peut conduire à une caractéristique de tension d'électrode de commande (grille) qui n'approche les caractéristiques désirées que sur 15 une partie de l'intervalle de temps de commutation, à cause de la capacité drain-grille ou anode-grille, couramment appelée "capacité Miller" Lorsque le dispositif commence à se bloquer ou à se débloquer, la capacité Miller transmet vers le circuit de grille la variation de tension de drain ou d'anode et ralentit la vitesse de variation de la tension de grille Si les capacités inter-électrodes de tous les dispositifs du même type étaient exactement les mêmes, cette technique pourrait être utilisable Cependant, du fait que tous les dispositifs ne sont pas identiques, des effets de 25 commutation destructifs peuvent se produire On a en outre observé que lorsque l'élément de commande (grille) est attaqué par une source d'impédance élevée, comme une source de courant, il peut exister un certain nombre de conditions de charge qui conduisent à une auto-commutation destructive entre les états conducteur et bloqué du dispositif de commutation de puissance Il est donc souhaitable de produire un signal d'attaque d'élément de commande qui débloque et/ou bloque le dispositif suffisamment lentement pour éliminer pratiquement les perturbations électromagnétiques, tout en 35 maintenant les pertes de commutation du dispositif à un niveau acceptable, ceci devant être réalisé sans introduire des oscillations auto-destructives dans le dispositif de puissance. Conformément à l'invention, l'électrode de commande 5 d'un dispositif semiconducteur de commutation de puissance ne comportant pas de réaction positive reçoit un signal qui varie rapidement jusqu'à ce que le seuil de conduction ou de blocage de l'élément de commande soit atteint, puis qui varie à une vitesse plus lente pendant que le dispositif est 10 commuté vers un état pratiquement conducteur ou pratiquement bloqué, et qui varie ensuite à nouveau rapidement jusqu'à une valeur maximale du signal de commutation vers l'état conducteur ou l'état bloqué Selon le dispositif de commutation commandé qui est utilisé, le signal d'attaque de l'élec15 trode de commande peut être un courant ou une tension proportionnelle à ce courant Le courant d'attaque initial est fourni par une source de courant ayant une première valeur de courant pratiquement constante La première valeur du courant de la source établit la variation relativement rapide désirée 20 pour ( 1) atteindre rapidement le niveau de seuil de la "région active" de l'élément de commande, et pour,( 2) faire passer l'électrode de commande du niveau correspondant pratiquement à l'état conducteur (ou bloqué) jusqu'à l'état complètement conducteur (ou complètement bloqué) du dispositif 25 de commutation commandé Un courant variable est soustrait du courant pratiquement constant, sous la dépendance d'une réaction portant sur le courant et/ou la tension de charge, afin de commander la variation désirée du courant ou de la

tension de charge, à la vitesse réduite.

Dans des modes de réalisation actuellement préférés, le courant d'attaque de base est soit appliqué à une capacité et à un étage à gain en tension égal à l'unité placé à la suite, pour attaquer des dispositifs commandés par tension tels qu'un TEC de puissance, soit appliqué

directement à l'électrode de commande, par exemple l'élec-

trode de base, d'un dispositif commandé par courant, par exemple un transistor de puissance Le courant de sortie de la source de courant est réglé sous la dépendance de la réaction portant sur un paramètre de la charge, pour donner 5 le courant d'attaque initial, et la source de courant ellemême réagit à un signal appliqué de façon externe pour produire un déblocage lent ou un blocage lent, tandis que le reste du blocage ou du déblocage, s'il n'est pas déjà commandé par le circuit, correspond à une transition rapide, de 10 la manière exigée pour la charge particulière à commander et l'utilisation finale particulière du circuit de commande On peut utiliser une commande par réaction de courant ou de

tension dans le circuit de commande.

Un but de l'invention est donc de procurer des procédés et des circuits originaux pour la commutation commandée de semiconducteurs-de puissance ne comportant pas de

réaction positive.

La suite de la description se réfère aux dessins

annexés qui représentent respectivement: Figure 1: un schéma synoptique d'un circuit de commutation commandé de type général conforme aux principes de l'invention; Figure la: un schéma d'un circuit conforme aux principes de l'invention, pour la commutation correspondant 25 à un déblocage commandé et à un blocage rapide d'un dispositif semiconducteur commandé par tension; Figure lb: un schéma d'un circuit destiné à la commutation correspondant au déblocage commandé et au blocage rapide d'au moins un dispositif semiconducteur commandé 30 par tension; Figure le: un schéma d'un circuit destiné au déblocage rapide et au blocage commandé d'un dispositif semiconducteur commandé par tension; Figure ld: un schéma d'un circuit destiné à la

commutation correspondant au déblocage commandé et au bloca-

ge commandé d'un dispositif semiconducteur commandé par tension; Figure le: un schéma d'un circuit destiné au déblocage commandé et au blocage commandé d'un dispositif semiconducteur commandé par courant; Figure if: un schéma d'un circuit destiné à la commutation correspondant au blocage rapide et au déblocage commandé d'un dispositif semiconducteur commandé par tension, utilisant une réaction de type d I/dt; et Figure 2: un ensemble de graphiques associés représentant respectivement: la tension d'électrode de commande par tension dans des techniques de commande de l'art antérieur; la tension d'électrode de commande par tension conformément aux principes de l'invention; et les signaux

de courant de charge qui sont produits sous l'effet de chacune des tensions de commande précédentes.

On considérera initialement les parties (a) et (c) de la figure 2, en notant que l'électrode de grille d'un TEC de puissance caractéristique peut être attaquéepar une ten20 sion de grille V' pour le déblocage du dispositif Le TEC g présente une tension de seuil de grille Vth, d'une valeur caractéristique d'environ 4 volts par rapport à l'électrode de source, et aucun courant de canal notable ne circule au-dessous de cette tension de seuil Ainsi, pendant la par25 tie initiale 2 a du signal de tension 2 de V'g, il n'y a que peu ou pas de variation du signal 4 représentant le courant de charge IL (qui est représenté en pointillés dans la partie (c)) Lorsque le signal de tension grille-source 2 continue à augmenter avec une pente constante M, la tension de seuil 30 Vth finit par être dépassée et un courant de canal notable circule, comme il est représenté dans la partie de courant de charge 4 b De façon caractéristique, pour une tension de saturation de grille Va qui n'est supérieure que de quelques

volts à la tension de seuil, par exemple à environ 6 volts, 35 le dispositif est presque complètement débloqué et la quasi-

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totalité du courant de charge IL, par exemple environ 10 A, circule On peut réduire encore davantage la chute de tension directe drain-source pour le courant'nominal en augmentant un peu la tension de grille, comme dans la partie 2 c, en lui ajoutant de façon caractéristique 10 volts ou plus; le courant de canal, et de charge, n'est pas augmenté de façon

appréciable, comme il est représenté dans la partie 4 c.

L'augmentation soudaine du courant de canal/charge, dans la partie 4 b, peut ainsi produire des niveaux considérables de 10 perturbations électromagnétiques L'effet de variation de courant en échelon est aussi prononcé dans le cas de dispositifs tels qu'un redresseur à grille isolée (RGI), un tel dispositif ayant une chute directe produisant des pertes qui est également notablement réduite par des augmentations de ten15 sion de grille encore plus grandes, de façon caractéristique d'au moins 15-20 volts au-delà du seuil de déblocage Des phénomènes similaires se produisent pendant le blocage des dispositifs, et dans des dispositifs commandés par courant (comme des transistors bipolaires de puissance et des dispo20 sitifs analogues), si on utilise un courant d'élément de

commande ayant une vitesse de variation M constante.

En considérant maintenant la figure 1 et les parties (b) et (c) de la figure 2, on note que l'invention produit un signal d'électrode de commande, comme une tension de 25 grille pour un TEC ou un RGI, ou un courant de base pour un transistor de puissance bipolaire, qui varie initialement de façon rapide, à la vitesse M, comme dans la partie 6 a de la courbe 6 de la tension de grille de commande Vg, jusqu'à ce que la valeur de seuil Vth soit atteinte Le signal de com30 mande augmente ensuite à une vitesse désirée plus lente M' dans une partie 6 b de la courbe de commande, par exemple la courbe de tension de grille Vg, cette vitesse étant inférieure à la vitesse M dans la partie initiale 6 a de cette courbe de commande, après que le seuil de l'électrode de commande, c'est-à-dire le seuil de tension de grille Vth a été atteint, et jusqu'à ce que le seuil de saturation de l'électrode de commande, par exemple la tension de saturation de grille Va, soit atteint Ceci permet au courant de sortie du dispositif, qui est le courant de charge IL pour une charge connec5 tée en série, d'augmenter plus progressivement, comme dans

la partie 8 b, une fois que la conduction a commencé (après la partie 8 a correspondant à un état pratiquement bloqué).

A l'instant ton, lorsque la valeur de tension de saturation Va est atteinte et lorsque la quasi-totalité du courant de dispositif/charge circule, on change à nouveau la vitesse de variation du signal de l'électrode de commande, pour la ramenertà la vitesse d'origine rapide M, comme dans la partie 6 c, afin d'augmenter rapidement le signal de l'électrode de commande jusqu'au niveau auquel la chute de tension directe du dispositif est minimisée, et afin de maintenir ensuite a ce niveau le signal de l'électrode de commande, comme dans la partie 6 d Le courant de dispositif/charge ne varie pratiquement pas pendant ces dernières parties de la courbe de signal de commande, comme le montrent les parties 20 à courant pratiquement constant 8 c et 8 d, bien que la dissipation dans le dispositif soit réduite On peut utiliser une séquence d'événements similaires dans la direction de la diminution du signal de commande, par exemple pour réduire la tension de grille V d'un TEC depuis un niveau 25 positif élevé (pour un TEC à mode d'enrichissement), jusqu'à un niveau pratiquement égal à zéro, si on désire effectuer un blocage commandé du dispositif de commutation commandé. La figure 1 représente une forme générale du cir30 cuit de commutation commandé 10 Le circuit 10 commande la commutation du courant dans une charge 11, en série avec au moins un dispositif de commutation commandé 12, entre une paire de bornes de tension d'alimentation L 1 et L 2; un potentiel continu ou alternatif peut être appliqué aux bor35 nes L 1 et L 2 en fonction de la nature de la charge 11 et de la configuration du dispositif de commutation commandé 12 La propriété de conduction de courant du chemin qui s'étend entre les bornes 12-1 et 12-2 du dispositif de commutation commandé est commandée sous la dépendance du signal présent sur une 5 entrée de commande 12-3 Le signal présent à l'entrée 12-3, qui commande le déblocage du dispositif 12, c'est-à-dire la fermeture de l'interrupteur équivalent 12 ', ou le blocage, c'est-à-dire l'ouverture de l'interrupteur équivalent 12 ', peut être un courant de commande Ic, si le dispositif 12 est 10 un dispositif à attaque en courant, comme un transistor bipolaire ou un dispositif analogue, ou bien il peut être une tension de commande Vc, si le dispositif 12 est un dispositif attaqué en tension, comme un TEC, un RGI, ou un élément analogue Le signal de l'entrée de commande 12-3 est produit sous la dépendance d'un signal provenant de moyens d'attaque

de commutateur 14, qui est appliqué à l'entrée 10-1 du dispositif 12.

Un dispositif à source de courant 16 comprend des première et seconde sources de courant 16 a et 16 b qui sont 20 effectivement connectées en série entre une borne de source de potentiel 17 et une borne commune du circuit, 10-2 L'une des sources de courant 16 a ou 16 b est une source à courant pratiquement constant et l'autre source de courant 16 a ou 16 b est une source à courant variable; les caractéristiques 25 de courant en fonction du temps de chacune des sources 16 a et 16 b, ainsi que la polarité du potentieldelasource Vs (et donc la direction de circulation du courant à partir des sources 16 a et 16 b, comme l'indiquent des flèches 16 a' et 16 b') dépendent des conditions dans lesquelles le circuit 10 30 est utilisé, c'est-à-dire pour le déblocage commandé, le blocage commandé ou le déblocage/blocage commandés du dispositif 12 Pour un circuit de déblocage commandé pour un dispositif à enrichissement, une seconde entrée de commande 16-2, par exemple des secondes entrées de commande 16 a-2 et/ou 16 b-2, 35 est validée par le signal présent sur l'entrée 10-1, pour donner à la source 16 a une configuration de source à courant pratiquement constant avec un courant I=k (une constante), ce qui est facilité par une tension de source positive +V et s par un courant circulant vers la borne commune 10-2; la source 16 b est une source à courant variable dont le courant circule également vers la borne 10-2, la valeur de ce courant étant déterminée par une réaction, par l'intermédiaire de moyens de réaction 18, d'un paramètre de la charge 11 vers une entrée de commande 16 b-i de la source de courant Ainsi, 10 dans la configuration de déblocage commandé, la source de courant 16 b a un courant qui est fonction d'une caractéristique de la charge, par exemple le taux de variation de la tension ou du courant de la charge par rapport au temps (respectivement d V/dt ou d I/dt), ou Iv=f(L) Il faut noter que la 15 polarité de la tension sur la borne 17 et la direction de circulation du courant peuvent devoir être inversées pour un dispositif du même type mais ayant une caractéristique de conduction opposée, par exemple un TEC à mode de déplétion au lieu d'un TEC à mode d'enrichissement Dans une configura20 tion de blocage commandé du circuit 10, une seconde entrée de commande 16-2 est validée pour donner à la source 16 b la configuration d'une source à courant pratiquement constant, et à la source 16 a la configuration d'une source à courant variable, dont le courant est commandé par le signal qui pro25 vient des moyens de réaction 18 connectés à une entrée de commande 16 a-1 Dans une configuration à déblocage/blocage commandés, on utilise les deux entrées de commande 16 a-1 et 16 b-1, et la seconde entrée de commande 16-2 donne aux sources 16 a et 16 b des configurations correspondant alternative30 ment à des sources à courant constant ou à courant variable, en fonction du sens dans lequel l'interrupteur 12 ' équivalent

au dispositif doit être actionné.

La sortie différentielle des sources de courant, à un noeud 19 entre elles, est connectée à une première borne 20 a de moyens de commutation 20 avec laquelle un contact peut 8 tre établi Une seconde borne 20 b et une troisième borne c des moyens de commutation, avec lesquelles des contacts peuvent être établis, sont respectivement connectées à la borne de circuit commune 10-2 ou à la borne de source Vs, de façon à permettre une opération de commutation rapide du dispositif de sortie 12, dans une direction associée, si nécessaire Une borne commune 20 d des moyens de commutation fournit un signal de sortie pouvant 8 tre sélectionné, sous la dépendance du signal présent sur l'entrée de circuit 10-1, 10 provenant des moyens d'attaque de commutateur 14, entre les bornes 20 a et 20 b ou 20 c Pour un dispositif de commutation 12 commandé par courant, le courant de commande d'entrée Ic est fourni par une connexion 22 entre la borne de sortie c des moyens de commutation et l'entrée 12-3 du disposi15 tif de commutation commandé Pour un dispositif de commutation 12 commandé par tension, la tension de commande Vc présente sur l'entrée de commande 12-3 est fournie par des moyens convertisseurs courant- tension 24 Les moyens 24 comportent un condensateur 26 aux bornes duquel est établie une 20 tension qui est fonction du courant à la sortie 20 c des moyens de commutation, et ils utilisent un amplificateur à gain en tension égal à l'unité, 28, pour isoler la tension aux bornes du condensateur 26 et pour attaquer l'entrée 12-3 du dispositif de commutation Il faut noter qu'on uti25 lise généralement dans un circuit 10 particulier soit la connexion 22, soit les moyens convertisseurs 24 mais pas les deux. La connexion de la borne 20 b des moyens de commutation à la borne commune 10-2 du circuit procure une action de commutation de blocage relativement rapide dans le dispositif 12 (si celui-ci est de l'un des types correspondant à un transistor TEC à enrichissement ou à un transistor bipolaire) La connexion de la borne 20 c des moyens de commutation au potentiel Vs procure une action de commutation de 35 déblocage relativement rapide dans le dispositif 12 (si

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celui-ci est de l'un des types correspondant à un TEC à enrichissement ou à un transistor bipolaire, avec une résistance de limitation du courant de base) La connexion de la borne commune 20 d des moyens de commutation à la borne de sélection de source de courant 20 a procure une action de commutation commandée, relativement plus lente, dans le dispositif 12 Ainsi, comme il est représenté, la connexion de la borne commune 20 d des moyens de commutation à la borne de sélection commune 20 b du circuit établit pratiquement un court-circuit entre l'entrée 12-3 du dispositif de commutation commandé et la borne 12-2 de ce dispositif Pour des dispositifs de commutation commandés qui exigent une tension de conduction positive sur l'entrée 12-3, par rapport à la borne 12-2, ou pour un dispositif semiconducteur commandé 15 par courant qui exige l'injection d'un courant Ic dans la borne 12-3, cette connexion fait passer le dispositif 12 à l'état bloqué, ce qui fait que le courant de charge ne circule ni dans le dispositif 12 ni dans la charge 11 Lorsque les moyens de commande de commutateur 14 agissent sur les 20 moyens de commutation de façon que leur borne commune 20 d soit connectée à la borne 20 a qui peut être sélectionnée, le courant provenant de celle des sources 16 a et 16 b qui fournit un courant constant circule par la borne 20 d et fait apparaître un courant de commande, ou une tension de comman25 de si on utilise le condensateur 26 et l'amplificateur à gain en tension égal à l'unité, 28, sur l'entrée de commande 12-3 Le signal d'entrée du dispositif augmente, bien qu'il ne circule aucun courant appréciable dans le circuit formé par la charge et le dispositif de commutation-commandé 30 connectés en série (entre les bornes 12-1 et 12-2) , jusqu'à

ce que le seuil d'entrée de commande précité soit atteint.

Lorsque le seuil est atteint et lorsque le courant commence

à circuler dans le circuit de conduction formé par la charge 11 et le dispositif de commutation 12 connectés en série, la 35 variation du courant ou de la tension de la charge est renvo-

yée en réaction par les moyens 18 et agit sur la source restante parmi les sources de courant 16 b ou 16 a, de façon

qu'elle soustraie du courant disponible sur la borne de commutateur 20 d un courant proportionnel à la valeur caracté5 ristique de la charge qui est renvoyée vers cette source.

L'entrée 12-3 du dispositif de commutation commandé reçoit donc un signal ayant une plus faible vitesse de variation, ce qui fait que le courant de charge est augmenté plus lentement Lorsque le courant de charge a pratiquement atteint sa 10 valeur maximale, le taux de variation par rapport au temps de la caractéristique de la charge qui est mesurée par les moyens de réaction 18 est réduit, et le courant de la source variable (qui est soustrait du courant de la source constante) est pratiquement supprimé A ce moment, la totalité du 15 courant de la source constante est à nouveau disponible sur la borne de sortie 20 d des moyens de commutations et la vitesse de variation maximale du signal présent sur l'entrée de commande 12-3 du dispositif est rétablie, jusqu'à ce qu'un

niveau maximal (déterminé par Vs) soit atteint.

Si les moyens d'attaque de commutateur 14 produisent maintenant un signal qui ramène les moyens de commutation 20 dans la configuration dans laquelle ils établissent une connexion entre la borne commune 20 d et la borne 20 b, avec laquelle un contact peut 8 tre établi, la charge appliquée 25 au dispositif de commutation commandé est rapidement dissipée

par le court-circuit virtuel qui existe entre les bornes 12-3 et 12-2 de ce dispositif, et ce dernier se bloque rapidement.

On voit que si le type de conduction du dispositif de commutation est inversé, l'activité indiquée ci-dessus conduit à 30 une caractéristique à déblocage rapide/blocage commandé, et il en est de même en cas d'inversion des sources de courant constante et variable pour un dispositif semiconducteur du même type de conduction De façon similaire, si on change la configuration des moyens de commutation 20 pour commuter le signal de réaction entre les entrées de commande de source de courant 16 a-1 et 16 b-1, on obtient une configuration à

déblocage commandé/blocage commandé.

Un premier mode de réalisation de circuit actuellement préféré, 10 a, représenté sur la figure la, procure un déblocage commandé et un blocage rapide d'un dispositif commandé par tension, tel qu'un TEC de puissance à mode d'enrichissement, 12 a Du fait de la nature unidirectionnelle de la commande du dispositif 12, le circuit 10 a est conçu, comme il est représenté, de façon à commander un courant de 10 charge continu, dans un circuit alimenté par une source de tension continue ayant une polarité sur la borne d'alimentation L 1 plus positive que la polarité sur la borne d'alimentation L 2 Du fait que le dispositif de commutation commandé 12 est un TEC 12 a commandé par tension, une tension de commande Vg doit être appliquée à l'entrée de commande 12-3 il existe donc un condensateur 26 et un amplificateur à gain en tension égal à l'unité, 28, utilisant un transistor NPN 30 L'électrode de collecteur du transistor 30 est connectée à une source de potentiel d'alimentation positif +V, et les 20 électrodes de base et d'émetteur sont respectivement connectées à la borne non commune du condensateur de conversion 26

et à l'entrée 12-3 du dispositif de commutation commandé.

Une capacité 32 peut être connectée entre l'entrée 12-3 et

la borne 12-2 pour augmenter la stabilité en haute fréquence 25 du dispositif 12.

Le dispositif à source de courant 16 comprend un transistor PNP 34, dont l'électrode d'émetteur est connectée par l'intermédiaire d'une résistance de fixation du courant de source 36, à la source de potentiel d'alimentation posi30 tif +V L'électrode de collecteur du transistor 34 est connectée à l'entrée 24 a de l'amplificateur à gain en tension égal à l'unité, par l'intermédiaire de la sortie 19 du dispositif à source de courant Il existe un réseau de polarisation qui est constitué par une résistance fixe 38 et une diode de compensation en température 39, connectées entre le potentiel d'alimentation positif +V et l'électrode de base du transistor 34, et par une résistance fixe 40 dont une borne est connectée à l'électrode de base du transistor 34 Le point de connexion entre l'électrode d'émetteur du transistor 534 et la résistance de fixation de courant 36 est l'entrée de réaction 16-1 La borne restante de la résistance 40 est connectée à une entrée de commande de commutation 162 du dispositif à source de courant La seconde entrée 16-2 reçoit le signal de sortie d'un inverseur 42, dans les moyens de commu10 tation 20 L'entrée de l'inverseur est connectée à la borne

d'entrée d'attaque 10-1 du circuit La cathode d'une diode à blocage rapide, 44, est également connectée à la borne 10-1, tandis que son anode est connectée à l'entrée 12-3 du dispositif de commutation commandé.

En fonctionnement, si le courant de charge est initialement bloqué, ce qui est facilité par l'application d'une tension d'entrée d'attaque Vin pratiquement égale à zéro volt sur la borne 10-1, par rapport à la borne commune 10-2, toute charge présente sur l'électrode de grille du dispositif de 20 commutation de puissance à TEC 12 a, est acheminée vers la masse par la diode 44 qui est polarisée en sens direct La sortie de l'inverseur 42 est à une tension relativement haute, d'une valeur caractéristique d'environ +V volts, ce qui fait que le transistor de source de courant 34 et le transistor 30 fonctionnant en amplificateur àgain en tension égal à l'unité sont tous deux à l'état bloqué On applique ensuite un niveau de déblocage, de +V volts, en tant que tension d'entrée Vin, à la borne d'entrée 10-1, par rapport à la borne commune 10-2 La diode à blocage rapide 44 est polarisée en inverse et se présente comme une résistance de valeur élevée La sortie de l'inverseur 42 tombe pratiquement au niveau de zéro volt, ce qui fait que le transistor 34devient conducteur et fournit un courant par l'intermédiaire de l'entrée 24 a pour charger le conden35 sateur 26 La tension sur la base du transistor 30 augmente, à une vitesse qui est déterminée par le courant provenant de la source 16 (celui-ci étant lui-m 8 me déterminé par la valeur de la résistance 36 et les valeurs des résistances 38

et 40), et par la valeur de la capacité du condensateur 26.

Sous l'effet de l'augmentation de la tension sur l'électrode de base du transistor 30, ce dernier fournit un courant de sortie qui charge le condensateur 32 et la capacité grillesource du dispositif de sortie 12 a La tension de grille du

dispositif de sortie augmente à la vitesse relativement rapi10 de M, jusqu'à ce que la tension de seuil Vth soit atteinte.

th Ce n'est que lorsque la tension de seuil est atteinte qu'un courant IL commence à circuler de la borne L 1 vers la borne L 2, en traversant la charge 11 et le canal de conduction

(entre les bornes 12-1 et 12-2) du dispositif de commutation 15 12 a.

L'action de la source de courant maintient une chute de tension constante aux bornes de la résistance 36, et donc un courant constant dans cette résistance Cette chute de tension est approximativement égale à la tension aux bornes de la résistance 38 Le courant de collecteur du transistor 34 qui est disponible pour charger le condensateur 26 est alors égal à la différence entre le courant constant qui traverse la résistance 36 et le courant qui circule dans les moyens de réaction 18 Le courant dans le con25 densateur de réaction 18 est égal à C(d Vc/dt), en désignant

par Vc la tension aux bornes du condensateur de réaction 18.

Du fait que Vc est égale à la différence entre la tension de sortie du dispositif ou tension de la charge, et la tension (constante) sur la première entrée 16-1, il se produit une diminution de la valeur du courant de collecteur (Cd V/dt) du transistor 34 Il y a donc une diminution de la vitesse à laquelle le condensateur 26 se charge, et la vitesse de variation de la tension de grille Vg du dispositif de commande est réduite à la vitesse M' Le courant dans la charge 35 augmente donc à la vitesse inférieure M', jusqu'à ce que la valeur de saturation V soit atteinte et jusqu'à ce que le a dispositif de sortie soit pratiquement totalement conducteur, et à ce point la vitesse de variation de la tension de la charge diminue Cette diminution dans la vitesse de variation 5 de la tension de la charge fait diminuer la réaction en d V/dt dans la capacité 18 a, ce qui fait que le courant de collecteur du transistor 34 augmente vers sa valeur initiale Sous l'effet de ceci, le courant que la source 16 fournit au condensateur 26 augmente à la vitesse initiale, et la tension 10 de grille VE du dispositif de commutation commandé augmente maintenant à une vitesse plus rapide M, pour placer le dispositif dans des conditions dans lesquelles la chute de tension drain- source à ses bornes est la plus faible, et pour réduire

la puissance dissipée dans le dispositif.

Lorsqu'on bloque le circuit, par l'application d'un signal d'entrée d'attaque Vin pratiquement égal à zéro volt, la sortie de l'inverseur 42 donne un signal de niveau haut (+V), ce qui bloque le dispositif à source de courant 16, tandis que la diode 44 conduit et établit un chemin à faible 20 résistance pour l'élimination rapide de la charge du condensateur 32 et de la capacité grille-source du dispositif de

sortie, grâce à quoi la conduction de courant du dispositif de sortie tombe rapidement à zéro, ce qui met la charge hors tension Le condensateur 26 est déchargé par l'intermédiaire 25 de la jonction base- émetteur du transistor NPN 30.

On va maintenant considérer la figure lb qui montre un circuit l Ob qui procure la même action de déblocage commandé/blocage rapide pour des dispositifs de commutation commandés par tension similaires, mais avec une source alterna30 tive branchée entre les bornes d'alimentation L 1 et L 2 Pour accepter les polarités alternant périodiquement de la source alternative, des moyens de commutation 12 sont constitués par une paire de TEC à mode d'enrichissement 12 a et 12 b, dont les électrodes de source sont connectées ensemble à une masse de 35 circuit commune 10-2 Le canal de conduction drain-source de chacun des TEC est shunté par l'une des diodes 12 c et 12 d, branchées dans une direction opposée à celle dans laquelle le courant doit circuler dans l'un des dispositifs 12 a et 12 b, dans le demi-cycle approprié du signal de la source Dans des TEC MOS de puissance caractéristiques, les diodes de conduction inverse 12 c et 12 d sont des éléments parasites qui existent dans les dispositifs 12 a et 12 b, et il n'est pas nécessaire de les réaliser sous la forme d'éléments externes discrets Ainsi, lorsque la borne L 1 est positive par rapport à 10 la borne L 2, un courant peut circuler dans la charge 11 et dans les moyens de commutation connectés en série, c'est-àdire dans le dispositif 12 a (s'il est débloqué), et donc dans la diode 12 d, polarisée en sens direct, vers la borne L 2; lorsque la borne L 1 est négative par rapport à la borne 15 L 2, un courant peut circuler à partir de la borne L 2, dans le dispositif de commutation 12 b (s'il est débloqué), et ensuite dans la diode 12 c polarisée en sens direct, et la charge 11, vers la borne L 1 Les électrodes de grille des deux dispositifs de commutation 12 a et 12 b sont connectées

en commun à la borne d'entrée 12-3 des moyens de commutation.

Du fait qu'on utilise à nouveau des dispositifs de commutation commandés par tension, on utilise le même dispositif amplificateur à gain en tension égal à l'unité, 24, avec un dispositif à source de courant 16 similaire Les moyens de réaction 18 doivent accepter les deux polarités du signal de source, ce qui fait qu'on utilise des première et seconde capacités de différentiation de réaction 18 a et 18 b (pour une technique de réaction en d V/dt) Des résistances de réaction série 18 c et 18 d sont respectivement branchées en série avec la capacité associée parmi les capacités de réaction 18 a et 18 b, et elles ont une borne commune qui est connectée à l'entrée de commande 16-1 du dispositif à source

de courant Les résistances 18 c et 18 d agissent en association avec la résistance de fixation de courant 36 de façon à 35 atténuer la tension de la charge différentiée.

On voit qu'un signal d'attaque de commutation inversé, faisant passer le circuit l Ob à l'état conducteur pour un niveau pratiquement égal à zéro et à l'état bloqué pour un niveau de potentiel d'alimentation +V, est utilisé en tant que tension d'entrée Vin entre les bornes 10-1 et 10-2, à titre d'illustration d'une forme que permet la souplesse du circuit général Un autre exemple de cette souplesse consiste en ce que la diode à blocage rapide 44 est commandée par un transistor inverseur 42, et le potentiel de collecteur du transistor inverseur est fourni par la sortie de la source de courant 16 Le transistor inverseur 42 reçoit un signal d'attaque d'électrode de base par l'intermédiaire d'une résistance de base 44 qui est connectée à la

borne d'entrée 10-1.

En fonctionnement, on suppose que le circuit l Ob a reçu le potentiel de blocage, au niveau +V, pendant une durée suffisante pour que le transistor 42 ait saturé la diode 44, polarisée en sens direct, établissant ainsi un chemin à faible résistance pour évacuer toute la charge pré20 sente dans les circuits de grille des dispositifs 12 a et 12 b, ce qui fait que le courant a cessé de circuler dans la charge 11 La source de courant 16 est également polarisée à l'état bloqué et le condensateur 26 a été déchargé par le transistor de commutation 42 saturé, la diode 44 et la jonc25 tion base-émetteur du transistor 30 Lorsque la tension d'entrée Vin tombe pratiquement au niveau zéro, le transistor de commutation 42 passe à l'état bloqué et la diode 44 passe dans son état de polarisation inverse, à résistance élevée La source de courant 16 devient active et applique 30 un courant de charge pratiquement constant à la sortie 19, pour faire augmenter de façon pratiquement linéaire la tension aux bornes du condensateur 26, à une vitesse relativement rapide L'augmentation relativement rapide de la tension aux bornes du condensateur est suivie par le transistor 30,

fonctionnant en amplificateur à gain en tension égal à l'uni-

té, et elle apparaît sous la forme de la vitesse d'augmentation relativement rapide, M, de la tension appliquée aux électrodes de grille des-dispositifs 12 a et 12 b Comme indiqué précédemment, il ne circule pas de courant notable dans le canal drain-source de l'un ou l'autre des dispositifs 12 a ou 12 b tant que le potentiel de seuil de grille Vth n'est pas atteint Lorsque ce potentiel de seuil est atteint, un courant commence à circuler dans la charge 11 et la tension de la charge augmente Selon la polarité du demi-cycle de la 10 source alternative, la tension croissante de la charge est différentiée par le condensateur de réaction associé parmi les condensateurs 18 a, 18 b, et elle établit un courant dans la résistance associée parmi les résistances 18 c, 18 d, ce courant se soustrayant du courant constant qui circule dans 15 la résistance 36 Par conséquent, un courant moindre est appliqué à l'électrode de collecteur du transistor 34 et la tension du condensateur 26 varie à une vitesse inférieure M', et cette vitesse de variation inférieure de la tension de grille est appliquée aux dispositifs de commutation Les 20 dispositifs augmentent le courant de la charge à cette vitesse inférieure, jusqu'à ce que les dispositifs soient pratiquement saturés, le courant de la charge ayant alors pratiquement sa valeur de conduction complète A ce moment, la vitesse de variation de la tension de la charge diminue 25 et elle diminue la valeur du courant qui est dérivé au niveau de l'entrée 16-1 de la source de courant Ceci fait remonter à son niveau d'origine le courant qui circule à partir de la sortie 19 de la source de courant Le courant qui charge le condensateur 26 augmente donc et la tension de 30 grille augmente à nouveau à la vitesse d'origine M, relativement rapide, pour saturer complètement les dispositifs et pour abaisser la chute de tension entre les bornes 12-1 et 12-2 des moyens de commutation commandés Lorsqu'on bloque le circuit, en élevant la tension d'entrée Vin jusqu'au niveau de blocage +V, le dispositif à source de courant 16 est bloqué, le transistor de commutation 42 est saturé et

-toute charge de grille emmagasinée circule par la diode 44, polarisée en sens direct, ce qui bloque rapidement les dispositifs de commutation 12 a et 12 b.

On va maintenant considérer la figure lc qui montre un circuit de réaction de tension l Oc destiné à assurer un

déblocage rapide/blocage commandé d'un dispositif de commutation commandé par tension (dans un circuit unipolaire).

Comme dans le circuit 10 a de la figure la, on utilise une capacité de stabilisation 32 dans les moyens de commutation commandés 12, tandis qu'on utilise une capacité de réaction 18 a pour appliquer la réaction de tension au dispositif à source de courant 16 ' Les moyens de commutation 20 comprennent un inverseur 42 et une diode 44, dont la polarité est 15 inversée, du fait que le circuit produit maintenant un déblocage rapide, par rapport au sens de la diode pour un

blocage rapide, correspondant au circuit 10 a.

Du fait que la direction de l'action commandée est inversée, la polarité du transistor 34 ' du dispositif à source de courant est inversée, c'està-dire qu'on utilise un transistor NPN De façon similaire, les potentiels sur les électrodes sont inversés, ce qui fait que l'électrode d'émetteur du transistor 34 ' est connectée par une résistance de fixation de courant 36 ' à la borne commune 10-2 du cir25 cuit Dans le réseau de polarisation du dispositif à source de courant, une résistance série 38 ' et une diode de compensation de température 39 ' sont connectées en série entre l'électrode de base du transistor 34 ' et l'extrémité la plus éloignée de la résistance 36 ', c'est-à-dire la borne commune 30 10-2 du circuit Une seconde résistance 40 ' dans le circuit de polarisation du dispositif à source de courant est connectée entre l'électrode de base du transistor 34 ' et la borne de commande de commutation 16 '-2 du dispositif à source de courant L'entrée de réaction 16 '-1 du dispositif à 35 source de courant est toujours connectée à l'électrode d'émetteur du transistor 34 ', tandis que la sortie 19 ' de la source de courant est toujours connectée à l'électrode de

collecteur du transistor 34 '.

Du fait qu'on utilise toujours un dispositif de sortie 12 a commandé par tension, le dispositif amplificateur à gain en tension égal à l'unité, 24 ', est nécessaire La capacité de charge 26 ' est connectée entre la borne commune -2 du circuit et l'entrée 24 'a du dispositif amplificateur à gain en tension égal à l'unité, à laquelle l'électrode de 10 base du transistor 30 ', à gain en tension égal à l'unité, est également connectée Cependant, du fait que la direction d'activité est inversée, le transistor à gain en tension égal à l'unité, 30 ', est maintenant un transistor PNP, ayant toujours son électrode d'émetteur connectée à la sor15 tie 24 b' du dispositif à gain en tension égal à l'unité, et

à l'entrée 12-3 du dispositif de commutation commandé.

L'électrode de collecteur du transistor à gain en tension égal à l'unité doit être ramenée vers une source de potentiel qui est à un niveau inférieur à la tension de grille Vg, bien que cette connexion ne soit nécessaire que lorsque le dispositif de sortie doit être bloqué Du fait que les moyens de commande de commutation 20 ont une configuration prévue de façon à bloquer le courant de charge pour un signal d'entrée Vin pratiquement égal à zéro volt, le collecteur du transistor 30 ' est connecté de façon à attaquer

la borne d'entrée 10-1.

En fonctionnement, on suppose que le circuit à été bloqué pendant un temps relativement long, ce qui fait que la tension d'entrée d'attaque Vin, pratiquement égale à zéro 30 volt, entre la borne d'entrée 10-1 et la borne commune 10-2, est apparue sous la forme d'un potentiel +V relativement élevé sur l'entrée 16 '-2 de la source de courant, ceci ayant pour effet de débloquer les transistors 34 ' et 30 ' et de réduire la tension de grille VE du dispositif de sortie à un 35 niveau pratiquement égal à zéro volt De façon similaire, la diode de déblocage 44 a été polarisée en inverse, à cause du niveau de tension d'entrée de blocage, et elle est dans l'état à résistance élevée Le courant de la charge est mis en circulation par l'application d'un niveau haut +V sur la 5 borne d'entrée 10-1, ce qui polarise en sens direct la diode de déblocage 44 et charge rapidement la capacité d'entrée du dispositif de commutation jusqu'à une tension de grille Vg qui fait passer le dispositif 12 a en saturation Simultanément, la tension de sortie de l'inverseur 42, au niveau de 10 l'entrée 16 '-2 de la source de courant, tombe à un niveau bas et bloque le transistor 34 ' de la source de courant La tension aux bornes du condensateur 26 ' monte pratiquement jusqu'au niveau présent sur l'électrode de grille 12 a du dispositif de sortie, à cause de la circulation du courant 15 dans la jonction base- émetteur du transistor 30 ', qui est

maintenant polarisée en sens direct.

Ensuite, on bloque le circuit en attaquant la borne 10-1 du circuit avec une tension d'entrée Vin qui retourne pratiquement au niveau zéro La diode de déblocage 44 est 20 immédiatement polarisée en inverse et apparaît comme une résistance élevée La tension de sortie de l'inverseur, au niveau de l'entrée 16 '-2 de la source de courant, augmente de façon abrupte pratiquement jusqu'au niveau +V, et elle débloque le transistor 34 ' de la source de courant Le cou25 rant de collecteur qui sort par la borne 19 ' est initialement fixé par le réseau de polarisation formé par les résistances 38 ' et 40 ' et la diode de compensation 39 ', et par la valeur de la résistance de fixation de courant 36 ' La tension aux bornes de la capacité 36 ' commence à diminuer, ce qui provo30 que la diminution de la tension sur la sortie 24 b' de l'amplificateur à gain en tension égal à l'unité, ce qui fait que la tension de grille Vg du dispositif de commutation commence à diminuer à la vitesse rapide M La tension drainsource du dispositif de commutation commence à augmenter, lorsque le dispositif commence à passer de la saturation vers la région active; cependant, le courant de la charge ne diminue pas de façon appréciable tant que la tension deseuil de saturation (ayant une valeur Va supérieure à la

tension de seuil de conduction Vth) n'est pas atteinte.

Lorsque le seuil de saturation est atteint et que le dispositif passe de la saturation à la région active, le courant de la charge commence à diminuer L'augmentation de la tension drain-source du dispositif de commutation est renvoyée par la capacité de réaction 18 a et elle provoque l'absorption 10 d'un courant à partir de la borne de commande 16 '-1 de la source de courant Cette absorption de courant diminue temporairement le courant disponible à partir de l'électrode de collecteur du transistor 34 ' Par conséquent, la vitesse de variation de la tension aux bornes du condensateur 26 ' est diminuée, et la tension de grille Vg du dispositif de commutation de sortie diminue à la vitesse moindre M' Lorsque le dispositif de commutation 12 a passe par la tension de seuil Vth, la vitesse de variation de la tension de la charge diminue, ce qui fait qu'un courant de dérivation inférieur circu20 le par la capacité de réaction 18 a, et le courant disponible à partir de l'électrode de collecteur du transistor 34 ' augmente jusqu'à sa valeur d'origine Sous l'effet de ceci, la vitesse de variation de la tension aux bornes du condensateur 26 ' retourne pratiquement à la valeur d'origine, ce qui 25 fait que la tension de grille Va diminue à nouveau à la vitesse supérieure M, jusqu'à ce que la tension de grille atteigne une valeur pratiquement égale à zéro, ce qui place fermement le dispositif de commutation de sortie 12 a dans la

région de blocage.

On va maintenant considérer la figure ld qui représente un circuit à réaction en tension 10 d, destiné à assurer

à la fois un déblocage commandé et un blocage commandé d'un dispositif de commutation commandé par tension (dans un circuit unipolaire) Du fait qu'il faut commander à la fois le 35 déblocage et le blocage, on n'utilise pas une diode à commu-

tation rapide dans la section de commutation 20; on utilise seulement l'inverseur 42 pour produire le déblocage pour une tension positive supérieure à la tension exigée pour le blocage Il faut noter que, comme le montre la figure lb, un inverseur n'est pas nécessaire entre l'entrée 10-1 du circuit et l'entrée de commande 16-2 " de la source de courant 16 ", si on doit utiliser le sens de commande opposé (par exemple une tension positive plus élevée pour l'état de blocage que pour

l'état de conduction).

Du fait qu'on doit commander à la fois le déblocage et le blocage, le dispositif à source de courant 16 " utilise une paire d'éléments complémentaires; il utilise un transistor de source de courant 34 a" pour le déblocage commandé, et il utilise un transistor de source de courant 34 b" 15 pour le blocage commandé Une résistance de fixation de courant au déblocage, 36 a" est connectée entre l'électrode d'émetteur du transistor PNP 34 a" et une source de potentiel positif +V, et un réseau de polarisation comprend une résistance 38 a" et une diode de compensation de température 39 a", 20 connectéesentre la source +V et l'électrode de base du transistor, et une résistance 40 a" qui est connectée entre l'électrode de base et l'entrée de commande 16-2 " L'électrode d'émetteur du transistor NPN de source de courant pour la partie de blocage de la source est connectée par l'inter25 médiaire de la résistance de source de courant 36 b" à la borne commune 10-2 du circuit, et ce transistor comporte un réseau de polarisation qui comprend une première résistance 38 b" et une diode de compensation en température 39 b", connectées entre l'électrode de base du transistor 34 b" et la 30 borne commune 10-2 du circuit, et une résistance 40 b" connectée entre l'électrode de base et l'entrée de commande 16-2 " Les électrodes de collecteur des deux transistors 34 a" et 34 b" sont connectées en parallèle à la borne de sortie 19 " de la source de courant L'amplificateur à gain en 35 tension égal à l'unité 24 " exige également une paire de transistors complémentaires 30 a et 30 b, dont les émetteurs sont connectés ensemble à la sortie 24 b" de l'amplificateur à gain en tension égal à l'unité et à l'entrée de commande 12-3 du dispositif de commutation commandé Le collecteur du transistor NPN 30 a de l'amplificateur à gain en tension égal à l'unité est connecté à une source de potentiel positif +V, tandis que le collecteur du transistor PNP 30 b de l'amplificateur à gain en tension égal à l'unité est connecté à la borne commune 10-2 Les électrodes de base des deux transis10 tors sont connectées ensemble, à la borne non commune du condensateur 26 auquel on applique une charge, et à la sortie

19 " du dispositif à source de courant.

En fonctionnement, en supposant que la tension d'entrée Vin entre la borne d'entrée 10-1 du circuit et la 15 borne commune 10-2 du circuit ait été à une valeur de blocage pratiquement égale à zéro pendant une certaine durée, le transistor de source de courant 34 b" est à l'état actif, tandis que le transistor de source de courant 34 a" est dans l'état bloqué La tension aux bornes du condensateur 26 a une valeur pratiquement égale à zéro, de même que la tension de grille Vg du dispositif de commutation commandé Le dispositif de commutation 12 a est donc dans l'état complètement bloqué et le courant de la charge ne circule pas Lorsqu'on élève la tension d'entrée Vin jusqu'au niveau +V (niveau de 25 conduction), la tension sur l'entrée 16-2 " de la source de courant tombe pratiquement au niveau zéro Le transistor de source de courant 34 b" est commuté à l'état bloqué et le transistor de source de courant 34 a" devient actif Un courant entre dans le condensateur 26 et la tension aux bornes 30 de ce dernier augmente, avec une augmentation correspondante de la tension de commande Vg du dispositif de commutation commandé La tension Vg augmente à la vitesse relativement rapide M, jusqu'à ce que le seuil de commutation du dispositif 12 a soit atteint, au moment o le courant commence à

circuler dans la charge Il et le canal de conduction du dis-

positif 12 a Sous l'effet de la circulation du courant dans la charge, la tension aux bornes de la charge 11 augmente, et le courant qui est dérivé par le condensateur de réaction 18 a augmente, ce qui fait diminuer le courant qui circule à 5 partir de la sortie 19 " du dispositif à source de courant. A ce moment, la vitesse de charge du condensateur 26 est diminuée, ce qui fait que la vitesse de variation de la tension de grille du dispositif de commutation est réduite à la vitesse inférieure M' Lorsque le dispositif de commutation 10 a pratiquement atteint la saturation, la variation de la tension de la charge ralentit, ce qui diminue le courant qui est dérivé par le condensateur de réaction 18 a, et le courant qui circule à partir de la sortie 19 " du dispositif à source de courant retourne alors à sa valeur d'origine, ce qui introduit davantage de courant dans le condensateur 26 Sous l'effet de ceci, la tension de grille du dispositif de commutation commandé augmente à la vitesse plus rapide M et place

rapidement le dispositif en saturation totale.

Lorsqu'on commute la tension d'entrée V in vers la 20 tension de blocage pratiquement égale à zéro, la tension à l'entrée 16-2 " de la source de courant augmente de façon abrupte jusqu'à environ +V volts Le transistor de source de courant 34 a" est maintenant placé dans l'état de blocage, tandis que le transistor de source de courant 34 b" devient actif La charge présente sur le condensateur 26 est maintenant évacuée, ce qui fait diminuer la tension de grille VE du dispositif de sortie à la vitesse relativement rapide M. Le dispositif commence à sortir de la saturation, mais une variation notable de la tension et du courant de la charge 30 ne se produit pas avant que le seuil de saturation soit atteint A ce moment, la tension de la charge commence à diminuer, et la vitesse de diminution correspondante est transmise par la capacité de réaction 18 b de façon à réduire

temporairement le courant qui est appliqué à la borne de sor35 tie 19 " Sous l'effet de ceci, la vitesse de décharge du con-

densateur 26 est ralentie et la tension de grille du dispositif de sortie varie à la vitesse inférieure M', ce qui produit une variation plus lente du courant de la charge.

Lorsque la variation du courant de la charge est pratiquement terminée et que la tension de grille du dispositif de sortie 12 a atteint le niveau de seuil Vth, la valeur du signal de réaction dirigé vers l'entrée 16-lb" de la source de courant est diminuée, et le courant de sortie du dispositif à source de courant retourne à sa valeur d'origine La charge présente sur le condensateur 26 est évacuée plus rapidement, ce qui fait que la tension de grille du dispositif de sortie diminue avec la vitesse d'origine M, plus rapide, jusqu'à ce

que le dispositif de sortie 12 a soit complètement bloqué.

On va maintenant considérer la figure le qui repré15 sente un circuit à réaction en tension 10 e destiné à procurer un déblocage commandé et un blocage commandé d'un dispositif de commutation commandé par courant (dans un circuit unipolaire) Dans ce circuit, le dispositif de commutation commandé est un transistor bipolaire 12 c, dans lequel un cou20 rant collecteur-source (et donc le courant qui circule dans la charge 11) est commandé par la valeur d'un courant I c qui est appliqué à l'entrée de commande 12 c du dispositif, c'est-à-dire à l'électrode de base du transistor Un dispositif 24 consistant en un convertisseur courant-tension et 25 en un amplificateur à gain en tension égal à l'unité, n'est pas nécessaire, ce qui fait que la sortie de courant 19 " du dispositif à source de courant 16 ", prévu pour un blocage commandé et un déblocage commandé, est directement connectée à l'entrée 12-3 du dispositif de commutation com30 mandé Le circuit 10-e est à presque tous autres égards virtuellement identique au circuit 10-d Le fonctionnement du circuit 10 e est également pratiquement similaire (si on remplace les tensions de seuil de conduction et de saturation du TEC par les courants de seuil de conduction et de satura35 tion du transistor bipolaire), laseule différence consistant en ce que, pendant le déblocage, le courant qui provient du transistor de source 34 a" est directement appliqué à l'électrode de base du transistor de sortie, tandis que pendant le blocage, le courant de sortie du transistor de blocage 34 b" est directement extrait de l'électrode de base du dispositif

de sortie.

On va maintenant considérer la figure 1 f qui représente un circuit à réaction en courant 10 f destiné à procurer un déblocage commandé et un blocage rapide pour un 10 dispositif de commutation commandé par tension (dans un circuit unipolaire) Le circuit 10 f est pratiquement similaire au circuit 10 a de la figure la, à l'exception du fait que les moyens de réaction 18 n'utilisent pas un condensateur pour transmettre lesvariations de la tension de la charge 15 (d V/dt) vers l'électrode d'émetteur du transistor de source de courant La réaction portant sur le courant de charge (d I/dt) est réalisée par l'utilisation d'une résistance d'échantillonnage de courant 18 e, connectée entre une borne qui correspond à la fois à la borne commune du circuit, 20 10-2, et à la borne d'alimentation L 2, et l'électrode de source du dispositif TEC de commutation commandé, 12 a Sous l'effet de la circulation du courant de la charge IL dans la résistance de détection 18 e, une tension apparaît aux bornes de cette résistance, et cette tension liéée au courant 25 de la charge est renvoyée par la capacité 18 a vers la borne d'entrée 16-3, sur l'électrode de base du transistor de source de courant Ainsi, lorsque le courant de la charge IL augmente, une tension plus élevée apparaît aux bornes de la résistance 18 e et le potentiel de base du transistor de source de courant 34 augmente, ce qui diminue la tension aux

bornes de la résistance de fixation de courant 36, pour donner la vitesse de variation plus lente M' pendant le déblocage.

Selon une variante, on peut ne pas utiliser la résistance de détection de courant 18 e et utiliser à la place un transformateur 18 f L'enroulement primaire 18 f-1 du transformateur est connecté en série entre la charge 11 et le canal de conduction drain-source du dispositif de commutation 12 a L'enroulement secondaire 18 f-2 du transformateur est connecté entre le potentiel commun et le condensateur de réaction d'isolation 18 a Lorsque le courant de la charge commence à augmenter pendant le déblocage commandé, la chute de tension aux bornes de l'enroulement primaire 18 f-1 augmente, et cette augmentation de tension est transmise vers 10 l'enroulement secondaire 18 f-2 et vers la borne d'entrée 16-3 de la source de courant, ce qui diminue temporairement le courant de sortie de la source de courant Il faut noter qu'on peut utiliser d'autres formes de réaction de courant, comme il est connu dans la technique, et que la configura15 tion de réaction portant sur le courant de la charge peut 8 tre utilisée avec un circuit de commutation à déblocage

rapide/blocage commandé ou à déblocage commandé/blocage commandé, comme l'exige l'utilisation finale particulière.

On a décrit plusieurs modes de réalisation actuel20 lement préférés du circuit original de l'invention pour la commutation commandée de dispositifs semiconducteurs de puissance ne comportant pas de réaction positive, ainsi que plusieurs utilisations préférées des procédés de commutation commandée De nombreuses variantes et modifications apparat25 tront à l'homme de l'art, en particulier dans des applications à la fréquence du secteur ou dans d'autres applications à faible vitesse de commutation, dans lesquelles les pertes de commutation introduites par la variation un peu

plus lente du courant de charge procurent une solution via30 ble en comparaison des pertes qu'on rencontre dans des circuits amortisseurs passifs et des filtres contre les perturbations électromagnétiques.

Claims

REVENDICATIONS

1 Procédé pour la commutation commandée, entre un état complètement bloqué et un état complètement conducteur, d'un dispositif semiconducteur de puissance ne comportant pas de réaction positive ( 12), qui est traversé par un courant commandé, avec un seuil de conduction et un seuil de saturation, sous la dépendance d'un signal d'électrode de commande (Vc, Ic), caractérisé en ce que: (a) on produit un signal d'attaque ayant des première et seconde conditions, 10 chacune d'elles étant respectivement destinée à placer le dispositif ( 12) dans un état associé parmi un état complètement conducteur et un état complètement bloqué, pour la circulation du courant dans le dispositif; (b) on sélectionne au moins une direction de variation entre les première et 15 seconde conditions du signal d'attaque, en tant que direction de variation commandée associée du signal d'électrode de commande (Vc, Ic); (c) on fait varier le signal d'électrode de commande à une première vitesse M sous l'effet d'une variation du signal d'attaque dans chaque direction 20 commandée sélectionnée, et jusqu'à ce qu'on rencontre un premier des seuils; (d) on réduit ensuite la vitesse de variation du signal d'électrode de commande (Vc, Ic), dans la direction commandée, à une seconde vitesse M' inférieure à la première vitesse M, jusqu'à ce qu'on atteigne le seuil 25 restant; et (e) on augmente ensuite la vitesse de variation du signal d'électrode de commande (Vc, Ic) dans la direction c commandée, à une troisième vitesse supérieure à la seconde

vitesse M'.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé 30 en ce que la troisième vitesse de l'étape (e) est pratiquement égale à la première vitesse M de l'étape (c).

3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (b) comprend l'opération suivante: on

sélectionne pour la direction de variation du signal d'atta-

que et la direction de variation commandée la direction qui débloque la circulation du courant dans le dispositif ( 12).

4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'opération suivante: on fait varier de façon pratiquement instantanée le signal d'électrode de commande (Ici Vc) depuis une valeur supérieure au seuil de saturation, jusqu'à une vaieur inférieure au seuil de conduction, lorsque le signal d'attaque varie dans une

direction opposée qui provoque le blocage de la circulation 10 du courant dans le dispositif ( 12).

Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (b) comprend en outre l'opération suivante: on sélectionne pour la direction de variation du signal d'attaque et pour la direction de variation commandée la direction qui bloque la circulation du courant dans le dispositif ( 12)o 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comrpend en outre l'opération suivante: on fait varier de façon pratiquement instantanée le signal d'élec20 trode de commande (Vc, Ic) depuis une valeur inférieure au seuil de conduction jusqu'à une valeur supérieure au seuil de saturation, lorsque le signal d'attaque varie dans une

direction opposée qui provoque le déblocage de la circulation du courant dans le dispositif ( 12).

7 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape (b) comprend en outre l'opération suivante: on sélectionne également pour la direction de variation du signal d'attaque et la direction de variation commandée

la direction qui provoque le déblocage de la-cireulation du 30 courant dans le dispositif ( 12).

8 Procédé selon la revendication 1, dans lequel le dispositif ( 12) est connecté électriquement à une charge ( 11) qui consomme du courant, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes: (f) on renvoie en réac35 tion un signal lié à un paramètre de la charge ( 11), pour

déterminer le moment auquel chaque seuil est atteint.

9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le paramètre de la charge est une tension aux bornes de la charge, et en ce que l'étape (f) comprend l'opération 5 suivante: on élabore le signal de réaction à partir de la

vitesse de variation de la tension aux bornes de la charge.

Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le paramètre de la charge est un courant dans la charge, et en ce que l'étape (f) comprend l'opération suivan10 te: on élabore le signal de réaction à partir de la vitesse

de variation du courant dans la charge.

11 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le signal d'électrode de commande est un courant d'électrode de commande (Ic); l'étape (c) comprend en outre 15 l'opération suivante: on établit une source de courant ( 16 a) destinée à produire le courant d'électrode de commande de valeur pratiquement constante; et l'étape (d) comprend l'opération qui consiste à dériver une partie du courant provenant de la source ( 16 a), afin de réduire le courant 20 d'électrode de commande (Ic) , sous la dépendance de la valeur et de la durée du signal de réaction provenant de la

charge ( 11).

12 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en oe que le signal d'électrode de commande est une tension 25 d'électrode de commande (Vc); l'étape (c) comprend en outre les opérations suivantes: on établit une source de courant ( 16 a) destinée à produire un courant de valeur pratiquement constante; on convertit le courant de commande en une tension de commande; et on applique la tension de commande (Vc) en tant que signal d'électrode de commande; et l'étape (d) comprend l'opération suivante: on dérive une partie du courant provenant de la source ( 16 a), afin de réduire la tension d'électrode de commande convertie à partir de ce

courant, sous la dépendance de la valeur et de la direction 35 du signal de réaction qui provient de la charge ( 11).

13 Appareil destiné à commander la commutation entre un état complètement conducteur et un état complètement bloqué d'un dispositif semiconducteur de puissance ne comportant pas de réaction positive ( 12), dans lequel circule un courant qu'on peut commander, avec un seuil de conduction et un seuil de saturation, sous la dépendance d'un signal d'électrode de commande (Vc, Ic), caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens destinés à recevoir un signal d'attaque ayant des première et seconde caractéristiques, chacune 10 d'elles étant respectivement destinée à faire passer le dispositif ( 12) dans un état associé parmi l'état complètement conducteur et l'état complètement bloqué pour la circulation du courant dans ce dispositif; des moyens ( 16) qui réagissent à l'une au moins des première et seconde caractéristi15 ques du signal d'attaque en générant un courant destiné à faire varier la valeur du signal d'électrode de commande (Vc, Ic) à une première vitesse M; et des moyens ( 18) destinés à appliquer un signal de réaction aux moyens de génération de courant ( 16) pour faire varier le courant qu'ils 20 fournissent, afin de réduire la vitesse de variation du signal d'électrode de commande (V c, Ic) à une seconde vitesse M', inférieure à la première vitesse M, lorsque le courant commandé qui circule dans le dispositif ( 12) est compris entre les seuils de conduction et de saturation.

25 14 Appareil selon la revendication 13, dans lequel le signal d'électrode de commande est une tension d'électrode de commande (Vc), caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 28) destinés à convertir le courant provenant des moyens de génération de courant ( 16) en 30 une tension (Vc) à appliquer au dispositif ( 12) en tant que

tension d'électrode de commande.

Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de génération de courant ( 16) comprennent: une source de potentiel d'alimentation ( Vs); un 35 dispositif de source ayant un ensemble N d'électrodes; et un réseau connecté à la source de potentiel et à (N-1) électrodes du dispositif de source, et ayant une configuration qui fait circuler ledit courant à partir d'une électrode restante du dispositif de source, avec la première vitesse de 5 variation, sous l'effet d'une caractéristique sélectionnée parmi les première et seconde caractéristiques du signal d'attaque. 16 Appareil selon la revendication 15, caractérisé

en ce que les moyens de réaction ( 18) sont connectés à l'une 10 des (N-1) électrodes du dispositif de source.

17 Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que la source de courant ( 16) est conçue de façon à commander la circulation du courant dans le dispositif semiconducteur ( 12), pour le faire passer de l'état complètement 15 bloqué à l'état complètement conducteur, sous l'effet de la réception de la première caractéristique du signal d'attaque; et en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 14, 20) destinés à faire varier de façon pratiquement instantanée le signal

d'électrode de commande (Vc, Ic), pour commuter le dispositif 20 semiconducteur de puissance depuis l'état complètement conducteur jusqu'à l'état complètement bloqué, sous l'effet de la présence de la seconde caractéristique du signal d'attaque.

18 Appareil selon la revendication 13, caractérisé 25 en ce que la source de courant ( 16) est conçue de façon à commander la circulation du courant dans le dispositif semiconducteur ( 12) pour le faire passer de l'état complètement conducteur à l'état complètement bloqué sous l'effet de la réception de la première caractéristique du signal d'attaque; 30 et en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 14, 20) destinés à faire varier de façon pratiquement instantanée le signal

d'électrode de commande (Vc, Ic) pour commuter le dispositif semiconducteur de puissance ( 12) de l'état complètement bloqué vers l'état complètement conducteur, sous l'effet de la 35 présence de la seconde caractéristique du signal d'attaque.

19 Appareil selon la revendication 13, comprenant en outre une charge électrique ( 11) connectée au dispositif semiconducteur de puissance ( 12) , caractérisé en ce que les moyens de réaction ( 18) fournissent le signal de réaction sous la dépendance de la vitesse de variation de la tension aux-bornes de la charge ( 11). Appareil selon la revendication 19, caractérisé en ce que les moyens fournissant le signal de réaction

( 18) comprennent un élément capacitif série ( 18 a).

21 Appareil selon la revendication 20, caractérisé en ce que les moyens fournissant le signal de réaction ( 28) comprennent en outre un élément résistif ( 18 c) en série

avec l'élément capacitif ( 18 a), pour atténuer, en association -avec ledit réseau, la valeur du signal de réaction qui 15 est appliqué aux moyens de génération de courant ( 16).

22 Appareil selon la revendication 13, comprenant en outre une charge électrique ( 11) connectée au dispositif semiconducteur de puissance ( 12) ; caractérisé en ce que les moyens fournissant le signal de réaction ( 18) comprennent des moyens ( 18 e, 18 f) destinés à fournir le signal de réaction sous la dépendance de la vitesse de variation du courant

qui circule dans la charge ( 11).

23 Appareil selon la revendication 22, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent: un élément d'échan25 tillonnage à résistance ( 18 e) qui est connecté en série avec la charge ( 11) pour fournir le signal de réaction aux moyens de génération de courant ( 16) sous la dépendance de la

vitesse de variation du courant dans la charge.

24 Appareil selon la revendication 22, caractérisé30 en ce que lesdits moyens comprennent: un transformateur ( 18 f) ayant un enroulement primaire ( 18 f-1) connecté en série avec la charge ( 11), et un enroulement secondaire ( 18 f-2) qui applique le signal de réaction aux moyens de génération de

courant ( 16) sous la dépendance de la vitesse de variation du 35 courant qui circule dans l'enroulement primaire ( 18 f-1).