FR2604040A1 - Supply for the circuits for controlling the bases of the transistors of an inverter branch - Google Patents

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Abstract

An inverter branch consists of two transistors 3, 12 electrically connected in series, each transistor having its control unit 2, 11 indepedent. The control units 2, 11 are supplied by a common supply unit 1 affording DC isolation by means of a transformer with two separate secondary windings. This DC isolation allows a potential difference of several hundreds of volts between the transistors 3, 12 and their control circuit.

Description

ALIMENTATION DES CIRCUITS DE COMMANDE DES BASES DES TRANSISTORS
D'UN BRAS D'ONDULEUR
L'invention est relative à une alimentation des circuits de commande de deux transistors bipolaires montés en série entre des conducteurs d'une source de tension continue de service et ayant un point milieu de sortie pour former un bras d'onduleur, chaque transistor ayant un bloc de commande de base alimenté par une source de tension continue de commande.SUPPLY OF THE CONTROL CIRCUITS OF THE TRANSISTOR BASES
INVERTER ARM
The invention relates to a power supply for the control circuits of two bipolar transistors connected in series between conductors of a DC service voltage source and having an output midpoint to form an inverter arm, each transistor having a basic control unit powered by a direct control voltage source.

A chaque phase de l'onduleur correspond un bras ayant deux transistors en série soumis à la tension de service qui atteint généralement plusieurs centaines de volts. A chaque transistor est associee une commande de base capable de fournir un courant de base de plusieurs ampères sous une faible tension, notamment de quelques volts, pour une mise en conduction du transistor ainsi qu'une faible tension négative de blocage du transistor.Each phase of the inverter corresponds to an arm having two transistors in series subjected to the operating voltage which generally reaches several hundred volts. Each transistor is associated with a basic command capable of supplying a base current of several amperes at a low voltage, in particular a few volts, for switching on the transistor as well as a low negative voltage for blocking the transistor.

Ces tensions de commande sont généralement derivées des tensions élevées de service, ce qui pose des problèmes d'isolation dans le cas du bras d'onduleur à deux transistors connectés en série.These control voltages are generally derived from the high operating voltages, which poses insulation problems in the case of the inverter arm with two transistors connected in series.

La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'une commande des transistors d'un bras d'onduleur simplifiée et capable de tenir les tensions élevées de service.The present invention aims to allow the realization of a control of the transistors of a simplified inverter arm capable of withstanding the high operating voltages.

L'alimentation selon l'invention est caractérisée en ce que les deux blocs de commande sont séparés galvaniquement et connectés à un même bloc d'alimentation ayant un transformateur à enroulement primaire commun, relié à ladite tension de service et à deux enroulements secondaires distincts, chaque enroulement alimentant l'un des blocs de commande par l'intermédiaire de redresseurs.The power supply according to the invention is characterized in that the two control blocks are galvanically separated and connected to the same power block having a transformer with a common primary winding, connected to said operating voltage and with two separate secondary windings, each winding supplying one of the control blocks by means of rectifiers.

Chaque transistor dispose de son propre bloc de commande porté au potentiel du transistor et les deux blocs de commande sont alimentés par le même bloc d'alimentation, qui respecte l'isolation galvanique des deux blocs de commande, grâce à un transformateur d'alimentation à deux enroulements secondaires indépendants, chacun associé à l'un des blocs de commande. Cette séparation galvanique assure la tenue à la différence de tension de plusieurs centaines de volts, à laquelle sont soumis les deux blocs de commande des deux transistors. Le transformateur d'alimentation comporte un enroulement primaire commun aux deux enroulements secondaires et la régulation en tension est assurée par un commutateur statique inséré dans le circuit primaire du transformateur.Ce commutateur statique est piloté par un enroulement tertiaire du transformateur par l'intermédiaire d'un amplificateur, provoquant l'ouverture périodique du commutateur statique pour réguler la tension de sortie. Chaque enroulement secondaire comporte une prise médiane et aux bornes d'extrémités de cet enroulement secondaire sont connectés des redresseurs à diode pour fournir les tensions de commande positives et négatives, respectivement de conduction et de blocage du transistor.Each transistor has its own control block brought to the potential of the transistor and the two control blocks are supplied by the same power supply, which respects the galvanic isolation of the two control blocks, thanks to a power supply transformer. two independent secondary windings, each associated with one of the control blocks. This galvanic separation ensures the resistance to the voltage difference of several hundred volts, to which the two control blocks of the two transistors are subjected. The supply transformer has a primary winding common to the two secondary windings and voltage regulation is ensured by a static switch inserted in the primary circuit of the transformer. This static switch is controlled by a tertiary winding of the transformer via an amplifier, causing the static switch to open periodically to regulate the output voltage. Each secondary winding has a central tap and at the end terminals of this secondary winding are connected diode rectifiers to supply the positive and negative control voltages, respectively of conduction and blocking of the transistor.

Un autre but de l'invention consiste à assurer la protection du transistor contre les surtensions et ce but est atteint en connectant aux bornes du transistor, entre le collecteur et l'émetteur, un condensateur en série avec uné diode. Toute surtension apparaissant aux bornes du transistor est dérivée dans le circuit de shuntage à diode et à condensateur, ce dernier absorbant la surtension en se chargeant. La décharge du condensateur est réalisée à travers un circuit résistif reliant le condensateur à la source de tension de service de polarité opposée.Another object of the invention consists in ensuring the protection of the transistor against overvoltages and this object is achieved by connecting the terminals of the transistor, between the collector and the emitter, a capacitor in series with a diode. Any overvoltage appearing across the transistor is derived in the diode and capacitor shunt circuit, the latter absorbing the overvoltage by charging. The capacitor is discharged through a resistive circuit connecting the capacitor to the opposite-polarity operating voltage source.

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, d'un mode de mise en oeuvre de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 représente le schéma électrique d'un bras d'onduleur à deux transistors avec leur circuit de commande - La figure 2 représente le schéma électrique du bloc d'alimentation des circuits de commande selon la figure i - Les figures 3 et 4 représentent le schéma électrique d'un bloc de commande d'un transistor respectivement en position de conduction et de blocage - La figure 5 montre la variation du courant de base de commande d'un transistor selon la figure 1 - La figure 6 illustre la variation de la tension base émetteur du transistor.Other advantages and characteristics will emerge more clearly from the description which follows, of an embodiment of the invention given by way of nonlimiting example and represented in the appended drawings in which - FIG. 1 represents the diagram diagram of an inverter arm with two transistors with their control circuit - Figure 2 shows the electrical diagram of the power supply for the control circuits according to Figure i - Figures 3 and 4 show the electrical diagram of a control block of a transistor respectively in the conduction and blocking position - Figure 5 shows the variation of the basic control current of a transistor according to Figure 1 - Figure 6 illustrates the variation of the base emitter voltage of the transistor .

Une tension électrique continue élevée +E3, -E3 est appliquée à des conducteurs 7, 16 par une source de tension (non représentée), par exemple un accumulateur ou un redresseur. Un bras d'onduleur constitué par deux transistors de puissance 3, 12 connectés électriquement en série est relié aux conducteurs 7, 16 et un conducteur de sortie 8 est relié au point de connection des deux transistors 3, 12. Lorsque le transistor 3 relié à la tension +E3 est conducteur, la sortie S est portée au potentiel +E3 tandis que lors de la conduction du transistor 12, cette sortie est portée au potentiel -E3 d'une manière bien connue des spécialistes.Chaque transistor 3, 12 est relié à un bloc de commande 2, 11, d'une part par un conducteur 9, 17 connectant la base du transistor au bloc de commande 2, 11 et d'autre part par un conducteur 10, 18 reliant l'émetteur du transistor 3, 1 2 au bloc de commande 2, 11. Les blocs de commande 2, 11, qui seront décrits en détail par la suite, pilotent la conduction et le blocage alternatif des transistors 3, 12 pour engendrer une tension alternative sur le conducteur 8 de sortie.A high continuous electrical voltage + E3, -E3 is applied to conductors 7, 16 by a voltage source (not shown), for example an accumulator or a rectifier. An inverter arm constituted by two power transistors 3, 12 electrically connected in series is connected to the conductors 7, 16 and an output conductor 8 is connected to the connection point of the two transistors 3, 12. When the transistor 3 connected to the voltage + E3 is conductive, the output S is brought to the potential + E3 while during the conduction of the transistor 12, this output is brought to the potential -E3 in a manner well known to specialists. Each transistor 3, 12 is connected to a control block 2, 11, on the one hand by a conductor 9, 17 connecting the base of the transistor to the control block 2, 11 and on the other hand by a conductor 10, 18 connecting the emitter of the transistor 3, 1 2 to the control block 2, 11. The control blocks 2, 11, which will be described in detail below, control the conduction and alternating blocking of the transistors 3, 12 to generate an alternating voltage on the output conductor 8 .

La tension continue +E3, -E3, qui peut atteindre plusieurs centaines de volts, est également appliquée à un bloc d'alimentation 1 fournissant aux blocs de commande 2, 11, une tension d'alimentation de quelques volts. En se référant plus particulièrement à la figure 2, on voit que le bloc d'alimentation 1 comporte un transformateur dont l'enroulement primaire 52 est relié aux conducteurs 7, 16, un commutateur statique 55 étant inséré dans le circuit primaire. Le commutateur statique 55 appartient à un régulateur de tension constitué par un enroulement tertiaire 53 du transformateur qui pilote un amplificateur 54 de commande du commutateur statique 55. Le transformateur comporte deux enroulements secondaires distincts 56, 60, ayant chacun une prise médiane 57, 61 fournissant la tension de sortie 0 de commande 01, 02.Les extrémités des enroulements secondaires 56, 60 fournissent par l'intermédiaire de redresseurs à diode 58, 59 ; 62, 63 les tensions de sortie +E1, -El ; +E2, -E2. Ces tensions de commande délivrées par le transformateur sont de quelques volts, en l'occurrence une fraction de la tension de service +E3, -E3. Les tensions de commande +E1, 01, -El délivrées par l'enroulement secondaire 60 alimentent le bloc de commande 2 du transistor 3 tandis que les tensions +E2 ,02, -E2 délivrées par l'enroulement secondaire 56 alimentent le bloc de commande 11 du transistor 12. La séparation des enroulements secondaires 56, 60 assure une isolation entre les blocs de commande 2, 11 qui peuvent être à des potentiels élevés différents.The DC voltage + E3, -E3, which can reach several hundred volts, is also applied to a power supply unit 1 supplying the control blocks 2, 11, a supply voltage of a few volts. Referring more particularly to FIG. 2, it can be seen that the power supply unit 1 includes a transformer whose primary winding 52 is connected to the conductors 7, 16, a static switch 55 being inserted in the primary circuit. The static switch 55 belongs to a voltage regulator constituted by a tertiary winding 53 of the transformer which controls an amplifier 54 for controlling the static switch 55. The transformer has two separate secondary windings 56, 60, each having a central tap 57, 61 providing the control output voltage 0 01, 02. The ends of the secondary windings 56, 60 supply via diode rectifiers 58, 59; 62, 63 the output voltages + E1, -El; + E2, -E2. These control voltages delivered by the transformer are a few volts, in this case a fraction of the operating voltage + E3, -E3. The control voltages + E1, 01, -El delivered by the secondary winding 60 supply the control block 2 of the transistor 3 while the voltages + E2, 02, -E2 delivered by the secondary winding 56 supply the control block 11 of the transistor 12. The separation of the secondary windings 56, 60 provides insulation between the control blocks 2, 11 which may be at different high potentials.

Aux bornes du transistor 3 est connecté un circuit de shuntage constitué par un condensateur 5 et une diode 4, connectée électriquement en série, le condensateur 5 étant d'une part relié au collecteur du transistor 3, et d'autre part à l'anode de la diode 4 dont la cathode est reliée à l'émetteur du transistor 3. Le point de connexion du condensateur 5 et de l'anode de la diode 4 est d'autre part relié par une résistance 6 au conducteur 16 de tension -E3. Aux bornes de la diode 4 est connecté un circuit constitué par une résistance 19 et un condensateur 20. D'une manière analogue, le transistor 12 est shunté par un circuit constitué par une diode 13 et un condensateur 14, l'anode de la diode 13 étant reliée au collecteur du transistor 12 tandis que le condensateur 14 est relié à l'émetteur du transistor 12. Le point de connexion entre la diode 1 3 et le condensateur 14 est relié par une résistance 15 au conducteur 7 de tension +E3. La diode 13 est shuntée par un circuit comprenant une résistance 22 et un condensateur 21. Le circuit de shuntage à condensateur 5, 14 et diode 4, 13 en série protège le transistor 3, 12 contre les surtensions, la résistance 6, 15 maintenant le condensateur 5, 14 chargé.At the terminals of transistor 3 is connected a shunting circuit consisting of a capacitor 5 and a diode 4, electrically connected in series, the capacitor 5 being on the one hand connected to the collector of transistor 3, and on the other hand to the anode. diode 4, the cathode of which is connected to the emitter of transistor 3. The connection point of capacitor 5 and the anode of diode 4 is also connected by a resistor 6 to conductor 16 of voltage -E3 . At the terminals of the diode 4 is connected a circuit constituted by a resistor 19 and a capacitor 20. In an analogous manner, the transistor 12 is shunted by a circuit constituted by a diode 13 and a capacitor 14, the anode of the diode 13 being connected to the collector of the transistor 12 while the capacitor 14 is connected to the emitter of the transistor 12. The connection point between the diode 1 3 and the capacitor 14 is connected by a resistor 15 to the conductor 7 of voltage + E3. The diode 13 is shunted by a circuit comprising a resistor 22 and a capacitor 21. The shunt circuit with capacitor 5, 14 and diode 4, 13 in series protects the transistor 3, 12 against overvoltages, the resistor 6, 15 maintaining the capacitor 5, 14 charged.

Seul le bloc de commande 2 associé au transistor 3 est décrit cidessous en référence à la figure 3, le bloc de commande 11 du transistor 12 étant absolument identique. La base du transistor 3 est reliée au conducteur 31 à la tension +E1 par un circuit 9 constitué par un commutateur statique 32, une inductance 34 et une diode 35 connectés électriquement en série. La diode 35 est shuntée par une résistance 36. Le commutateur statique 32 appartient à un régulateur de courant comprenant un capteur 33, qui pilote un amplificateur de régulation 30 qui commande le commutateur statique 32. Ce régulateur de courant 30, 32, 33 délivre un courant constant I1 pour la commande de conduction du transistor 3.L'émetteur du transistor 3 est relié à la tension 0, Ol et le point de connexion de l'inductance 34 et de l'anode de la diode 35 est relié par un commutateur statique 38 au conducteur 41 à la tension de commande -El. L'anode d'une diode de retour 40 est connectée au conducteur 41 à la tension -El, la cathode de cette diode étant reliée au point de liaison du commutateur 32 et de l'inductance 34.Only the control block 2 associated with the transistor 3 is described below with reference to FIG. 3, the control block 11 of the transistor 12 being absolutely identical. The base of transistor 3 is connected to conductor 31 at voltage + E1 by a circuit 9 consisting of a static switch 32, an inductor 34 and a diode 35 electrically connected in series. The diode 35 is shunted by a resistor 36. The static switch 32 belongs to a current regulator comprising a sensor 33, which controls a regulation amplifier 30 which controls the static switch 32. This current regulator 30, 32, 33 delivers a constant current I1 for the conduction control of transistor 3.The emitter of transistor 3 is connected to voltage 0, Ol and the connection point of inductance 34 and anode of diode 35 is connected by a switch static 38 at conductor 41 at control voltage -El. The anode of a return diode 40 is connected to the conductor 41 at the voltage -El, the cathode of this diode being connected to the connection point of the switch 32 and of the inductor 34.

En position ouverte du commutateur 38, représentée à la figure 3, le courant I1, maintenu à une valeur constante par le régulateur de courant 30, 32, 33, se referme par l'inductance 34, la diode 35 et la base du transistor 3 dans l'alimentation 01. Le transistor 3 est conducteur, la diode 40 assurant le retour du courant pendant les phases de blocage du commutateur 32. En position fermée du commutateur 38, représentée à la figure 4, le courant
Il est dérivé par ce commutateur 38 vers le conducteur 41, tandis qu'un courant continu de base négatif I2 s'établit à travers la résistance 36 et le commutateur 38 vers le conducteur 41. Ce courant continu négatif provoque le blocage du transistor 3. La base du transisor 3 est polarisée à travers la résistance 36 à la tension -El maintenant le blocage du transistor 3. In the open position of the switch 38, represented in FIG. 3, the current I1, maintained at a constant value by the current regulator 30, 32, 33, closes by the inductance 34, the diode 35 and the base of the transistor 3 in the power supply 01. The transistor 3 is conductive, the diode 40 ensuring the return of the current during the blocking phases of the switch 32. In the closed position of the switch 38, shown in FIG. 4, the current
It is derived by this switch 38 towards the conductor 41, while a negative base direct current I2 is established through the resistor 36 and the switch 38 towards the conductor 41. This negative direct current causes the blocking of the transistor 3. The base of the transisor 3 is biased across the resistor 36 at the voltage -El maintaining the blocking of the transistor 3.

Il est utile de rappeler que la commande de base d'un transistor impose les conditions suivantes 1) délivrer un courant continu positif de commande d'une valeur précise I1 pendant le temps de conduction du transistor 2) réaliser un temps de montée rapide du courant de base au moment de la mise en conduction du transistor ; 3) réaliser un temps de descente rapide du courant de base au moment du blocage du transistor 4) délivrer un courant continu négatif I2 de valeur précise pendant le temps de blocage de la base du transistor 5) appliquer une tension continue négative -El pendant le temps de blocage du transistor.It is useful to remember that the basic control of a transistor imposes the following conditions 1) to deliver a positive direct current of control of a precise value I1 during the conduction time of the transistor 2) to realize a fast rise time of the current basic when the transistor is turned on; 3) achieve a rapid descent time of the base current when the transistor is blocked 4) deliver a negative direct current I2 of precise value during the blocking time of the base of the transistor 5) apply a negative DC voltage -El during the transistor blocking time.

Le circuit émetteur du transistor 3 présente une self parasite qui tend à s'opposer à l'établissement du courant de base IB de mise en conduction du transistor 3. Selon la présente invention, cette self parasite est compensée par l'inductance 34 qui constitue un réservoir d'énergie imposant une croissance rapide du courant de base IB lors de la fermeture du commutateur 38, malgré la présence de la self d'émetteur parasite. La valeur du courant I1 est déterminée avec précision par le régulateur de courant 30, 32, 33. Il est utile de noter que le courant de commande I1 qui peut atteindre plusieurs ampères ne traverse aucune résistance et que la puissance dissipée dans le circuit de commande est particulièrement faible et une fraction de celle des circuits de commande standards. Les commutateurs 38 des circuits de commande 2, 11 sont pilotés par des dispositifs standards pour rendre conducteur alternativement les transistors 3, 12 et engendrer un courant alternatif de fréquence prédéterminée. Il est inutile de décrire ces circuits de commande des commutateurs 38 qui peuvent être d'un type quelconque.The emitter circuit of transistor 3 has a parasitic self which tends to oppose the establishment of the basic current IB for conduction of transistor 3. According to the present invention, this parasitic self is compensated by inductance 34 which constitutes an energy reservoir imposing a rapid growth of the base current IB when the switch 38 is closed, despite the presence of the parasitic emitter self. The value of the current I1 is precisely determined by the current regulator 30, 32, 33. It is useful to note that the control current I1 which can reach several amps does not pass through any resistance and that the power dissipated in the control circuit is particularly small and a fraction of that of standard control circuits. The switches 38 of the control circuits 2, 11 are controlled by standard devices for alternately conducting the transistors 3, 12 and generating an alternating current of predetermined frequency. It is unnecessary to describe these switch control circuits 38 which can be of any type.

Les figures 5 et 6 illustrent respectivement la variation du courant de base IB et de la tension base émetteur du transistor 3 qui confirme le respect des conditions pré-citées.Figures 5 and 6 respectively illustrate the variation of the base current IB and the base emitter voltage of the transistor 3 which confirms compliance with the above conditions.

L'invention est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre particulièrement décrit. The invention is of course in no way limited to the particularly described embodiment.

Claims (6)

REVENDICATIONS 1. Alimentation des circuits de commande de deux transistors (3, 12) bipolaires montés en série entre des conducteurs (7, 16) d'une source de tension continue (+E3, -E3) de service et ayant un point milieu (8) de sortie pour former un bras d'onduleur, chaque transistor (3, 12) ayant un bloc (2, 11) de commande de base alimenté par une source de tension continue de commande (+En, 01, -El ; +E2, 02, -E2), caractérisée en ce que les deux blocs de commande (2, 11) sont séparés galvaniquement et connectés à un même bloc d'alimentation (1) ayant un transformateur à enroulement primaire (52) commun relié à ladite tension de service (+E3, -E3) et à deux enroulements secondaires (56, 60) distincts, chaque enroulement secondaire (56, 60) alimentant l'un des blocs de commande (2, 11) par l'intermédiaire de redresseurs (58, 59, 62, 63).1. Supply of the control circuits of two bipolar transistors (3, 12) connected in series between conductors (7, 16) of a direct voltage source (+ E3, -E3) of service and having a midpoint (8 ) output to form an inverter arm, each transistor (3, 12) having a basic control block (2, 11) supplied by a direct control voltage source (+ En, 01, -El; + E2 , 02, -E2), characterized in that the two control blocks (2, 11) are galvanically separated and connected to the same power supply (1) having a common primary winding transformer (52) connected to said voltage service (+ E3, -E3) and two separate secondary windings (56, 60), each secondary winding (56, 60) supplying one of the control blocks (2, 11) via rectifiers (58 , 59, 62, 63). 2. Alimentation selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque enroulement secondaire (56, 60) comporte un point milieu (57, 61) pour délivrer une tension de commande positive (+ex, +E2) et une tension de commande négative (-El, -E2) par rapport à la tension nulle (01, 02) du point milieu (57; 61).2. Power supply according to claim 1, characterized in that each secondary winding (56, 60) has a midpoint (57, 61) for delivering a positive control voltage (+ ex, + E2) and a negative control voltage ( -El, -E2) with respect to the zero voltage (01, 02) of the midpoint (57; 61). 3. Alimentation selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque bloc de commande (2,11) comprend un commutateur (38) pour appliquer sélectivement un courant de base de conduction du transistor (3, 12) ou annuler le courant de base pour bloquer le transistor.3. Power supply according to claim 2, characterized in that each control block (2,11) comprises a switch (38) for selectively applying a basic conduction current of the transistor (3, 12) or canceling the basic current for block the transistor. 4. Alimentation selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un régulateur de tension (53, 54, 55) comprenant un enroulement tertiaire (53) dudit transformateur, un amplicateur (54) piloté par l'enroulement tertiaire et commandant un commutateur (55) inséré dans le circuit de l'enroulement primaire (52) du transformateur.4. Power supply according to claim 1, 2 or 3, characterized in that it comprises a voltage regulator (53, 54, 55) comprising a tertiary winding (53) of said transformer, an amplifier (54) controlled by the winding tertiary and controlling a switch (55) inserted in the circuit of the primary winding (52) of the transformer. 5. Alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un condensateur (5, 14) en série d'une diode (4, 13) est connecte entre le collecteur et l'émetteur du transistor (2,11) pour limiter les surtensions et qu'un circuit de décharge à résistance (6, 15) relie le point de connexion entre le condensateur et la diode au potentiel opposé de la tension de service (+E3, -E3).5. Power supply according to any one of the preceding claims, characterized in that a capacitor (5, 14) in series with a diode (4, 13) is connected between the collector and the emitter of the transistor (2.11 ) to limit overvoltages and that a resistance discharge circuit (6, 15) connects the connection point between the capacitor and the diode to the opposite potential of the operating voltage (+ E3, -E3). 6. Alimentation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'aux bornes desdites diodes (4, 13) est connecté un circuit de shuntage ayant en série une résistance (19, 22) et un condensateur (20, 21). 6. Power supply according to claim 5, characterized in that at the terminals of said diodes (4, 13) is connected a shunt circuit having in series a resistor (19, 22) and a capacitor (20, 21).
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