FR2663492A1

FR2663492A1 - MOS-transistor current converter

Info

Publication number: FR2663492A1
Application number: FR9007338A
Authority: FR
Inventors: Martinez Andre
Original assignee: Legrand SA
Current assignee: Legrand SA
Priority date: 1990-06-13
Filing date: 1990-06-13
Publication date: 1991-12-20
Anticipated expiration: 2010-06-13
Also published as: FR2663492B1

Abstract

The invention relates to a current converter of the type comprising, between a battery (10) and a transformer (15), two transistors (Q1, Q2) each respectively mounted in phase opposition, between the end terminals (B1, B2) of the primary (15P) of the transformer (15) and one of the terminals (B-) of the battery (10), whilst the other terminal (B+) of this battery is connected to the mid-point (M) of this primary (15P). According to the invention, the transistors (Q1, Q2) are transistors of the MOS type. Application, in particular, to supplying safety lighting (12) with a fluorescent tube (13).

Description

11convertisseur de courant"
La presente invention concerne d'une manière générale les convertisseurs de courant du type de ceux mis en oeuvre pour l'alimentation, à partir d'une source de courant continu, d'une quelconque charge nécessitant, pour sa desserte, du courant alternatif.11 current converter "
The present invention relates generally to current converters of the type used for supplying, from a direct current source, any load requiring, for its supply, alternating current.

Elle vise plus particulièrement, mais non nécessairement exclusivement, le cas où cette charge est un éclairage de sécurité à tube fluorescent. It relates more particularly, but not necessarily exclusively, to the case where this load is a fluorescent tube security lighting.

De manière usuelle, un convertisseur de courant propre à la desserte d'un tel éclairage de sécurité comporte, globalement, entre une batterie formant la source de courant continu correspondante et un transformateur, deux transistors, qui, montés, chacun respectivement, en opposition de phase, entre les deux bornes extrêmes du primaire de ce transformateur et 1 l'une des bornes de la batterie, tandis que l'autre borne de cette batterie est reliée au point milieu de ce primaire, constituent des éléments de commutation ayant à charge d'assurer alternativement la fermeture, dans un sens puis dans l'autre, du circuit correspondant. Usually, a current converter suitable for serving such emergency lighting comprises, overall, between a battery forming the corresponding direct current source and a transformer, two transistors, which, each mounted respectively in opposition to phase, between the two extreme terminals of the primary of this transformer and 1 one of the terminals of the battery, while the other terminal of this battery is connected to the midpoint of this primary, constitute switching elements having charge d '' alternately ensure the closure, in one direction then in the other, of the corresponding circuit.

De manière également usuelle, la batterie mise en oeuvre comporte en série une pluralité d'éléments d'accumulateur dont le nombre dépend de la puissance à fournir. Also usually, the battery used comprises in series a plurality of accumulator elements, the number of which depends on the power to be supplied.

Par exemple, pour une tension de sortie globale comprise entre 2,5 et 6 volts, elle peut ainsi comprendre de deux à cinq éléments d'accumulateur au nickel-cadmium fournissant chacun 1,2 volts. For example, for an overall output voltage between 2.5 and 6 volts, it can thus comprise from two to five nickel-cadmium battery cells each supplying 1.2 volts.

A ce jour, les transistors mis par ailleurs en oeuvre pour la commutation à assurer sont traditionnellement des transistors bipolaires. To date, the transistors also used for the switching to be provided are traditionally bipolar transistors.

Leur avantage est notamment d'être relativement économiques. Their advantage is notably to be relatively economical.

Mais, à l'analyse, ils s'avèrent absorber pour leur commande une fraction non négligeable de la puissance disponible, au détriment de celle fournie à la charge. But, on analysis, they appear to absorb a significant fraction of the available power for their control, to the detriment of that supplied to the load.

Cette fraction peut atteindre par exemple 30 t. This fraction can reach for example 30 t.

I1 en résulte que, pour disposer d'une puissance donnée à la charge, il faut disposer d'une puissance supérieure aux bornes de la batterie. It follows that, to have a power given to the load, it is necessary to have a power greater than the terminals of the battery.

I1 faut donc prévoir en conséquence le nombre d'éléments d'accumulateur constitutifs de celle-ci. I1 must therefore provide accordingly the number of accumulator elements constituting it.

Or, la part de cette batterie dans le prix de l'ensemble est voisine de la moitié. However, the share of this battery in the price of the set is close to half.

Toute augmentation de son coût a donc une répercution sensible sur ce prix. Any increase in its cost therefore has a significant impact on this price.

La présente invention a d'une manière générale pour objet une disposition permettant de manière très simple de minimiser le coût de cette batterie, en réduisant au mieux le nombre d'éléments d'accumulateur nécessaires à sa constitution. The present invention generally relates to an arrangement making it very simple to minimize the cost of this battery, by reducing as much as possible the number of accumulator elements necessary for its constitution.

De manière plus précise, elle a pour objet un convertisseur de courant du genre comportant, entre une batterie et un transformateur, deux transistors montés, chacun respectivement, en opposition de phase, entre les deux bornes extrêmes du primaire dudit transformateur et l'une des bornes de ladite batterie, tandis que l'autre borne de ladite batterie est reliée au point milieu dudit primaire, ce convertisseur de courant étant d'une manière générale caractérisé en ce que lesdits transistors sont des transistors de type MOS. More specifically, it relates to a current converter of the kind comprising, between a battery and a transformer, two transistors mounted, each respectively, in phase opposition, between the two extreme terminals of the primary of said transformer and one of the terminals of said battery, while the other terminal of said battery is connected to the midpoint of said primary, this current converter being generally characterized in that said transistors are MOS type transistors.

Il s'avère, en effet, que la puissance absorbée par de tels transistors est très largement inférieure à celle absorbée dans les mêmes conditions par des transistors bipolaires. It turns out, in fact, that the power absorbed by such transistors is very much lower than that absorbed under the same conditions by bipolar transistors.

En pratique, ils permettent de diviser par un facteur élevé, de l'ordre de 50, les pertes de commande correspondantes. In practice, they allow the corresponding order losses to be divided by a high factor, of the order of 50.

Indépendamment du fait que leur coût est plus élevé, l'homme de l'art en la matière ne devrait normalement pas retenir de tels transistors de type MOS pour la commutation à assurer dans un convertisseur de courant, dans la mesure où ils ont usuellement besoin d'une tension de commande relativement élevée et que la tension disponible à la sortie d'une batterie est au contraire toujours relativement basse. Regardless of the fact that their cost is higher, those skilled in the art should not normally retain such MOS type transistors for the switching to be provided in a current converter, insofar as they usually need a relatively high control voltage and that the voltage available at the output of a battery is, on the contrary, always relatively low.

Une adaptation est donc nécessaire pour permettre la commande de tels transistors de type MOS en tension basse. An adaptation is therefore necessary to allow the control of such low voltage MOS type transistors.

Les deux circuits de grille des deux transistors du type
MOS mis en oeuvre dans le convertisseur de courant suivant l'invention comportent, préférentiellement, chacun respectivement, pour ce faire, deux ponts diviseurs, qui sont établis en parallèle entre les bornes de la batterie, sous le contrôle d'un interrupteur commandé commun monté conjointement en série avec eux, et entre des points intermédiaires desquels est branché un enroulement de réaction.The two gate circuits of the two transistors of the type
MOS implemented in the current converter according to the invention preferably comprise, each respectively, to do this, two dividing bridges, which are established in parallel between the terminals of the battery, under the control of a common controlled switch mounted jointly in series with them, and between intermediate points of which a reaction winding is connected.

En outre, préférentiellement, les résistances constitutives de chacun de ces ponts diviseurs sont choisies de manière à conduire à une résistance interne faible, inférieure par exemple à 500 ohms, pour le générateur de tension que constitue l'enroulement de réaction. In addition, preferably, the resistors constituting each of these dividing bridges are chosen so as to lead to a low internal resistance, for example less than 500 ohms, for the voltage generator that constitutes the reaction winding.

Enfin, et toujours préférentiellement, ces résistances sont également choisies de manière à ce que la tension continue qui en résulte sur la grille du transistor de type
MOS correspondant soit supérieure à une valeur de seuil donnée, égale par exemple à 2 volts, en étant par exemple de l'ordre de 2 à 2,5 volts.Finally, and still preferably, these resistors are also chosen so that the resulting direct voltage on the gate of the type transistor
MOS corresponding is greater than a given threshold value, for example equal to 2 volts, being for example of the order of 2 to 2.5 volts.

Il en résulte globalement la permanence d'une tension continue "offset" permettant l'intervention effective des deux transistors de type MOS mis en oeuvre. This generally results in the permanence of a continuous "offset" voltage allowing the effective intervention of the two MOS type transistors used.

Quoi qu'il en soit, la diminution notable des pertes de commande à la commutation dues à ces transistors de type MOS permet avantageusement, à puissance disponible à la charge égale, de réduire d'au moins une unité le nombre d'éléments d'accumulteur que doit comporter la batterie. Be that as it may, the notable reduction in switching control losses due to these MOS type transistors advantageously makes it possible, with power available at the same load, to reduce the number of elements by at least one accumulator which the battery must include.

Le surcoût dû à la mise en oeuvre de tels transistors de type MOS se trouve ainsi très largement, et au-delà, compense. The additional cost due to the implementation of such MOS type transistors is thus very largely, and beyond, compensates.

Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, en référence au dessin annexé dont la figure unique est un schéma du convertisseur de courant suivant l'invention. The characteristics and advantages of the invention will become apparent from the description which follows, with reference to the accompanying drawing, the single figure of which is a diagram of the current converter according to the invention.

Tel qu'illustré sur cette figure unique, il s'agit, globalement, d'assurer, à partir d'une source de courant continu 10 constituée d'une batterie d'éléments d'accumulateur 11 disposés en série, l'alimentation d'une quelconque charge 12 nécessitant pour sa desserte du courant alternatif. As illustrated in this single figure, it is, overall, to ensure, from a direct current source 10 consisting of a battery of accumulator elements 11 arranged in series, the supply of 'any load 12 requiring for its supply of alternating current.

Par exemple, et tel que schématise, la charge 12 est un éclairage de sécurité à tube fluorescent 13. For example, and as shown schematically, the load 12 is a fluorescent tube security lighting 13.

De manière connue en soi, le convertisseur de courant mis en oeuvre pour une telle alimentation comporte, entre la batterie 10 et un transformateur 15, deux transistors Q1, Q2 montés, chacun respectivement, en opposition de phase, entre les deux bornes extrêmes B1, B2 du primaire 15P du transformateur 15 et l'une des bornes de la batterie 10, en l'espèce sa borne négative B-, supposée être mise à la masse, tandis que l'autre borne de cette batterie, et donc, en l'espèce, sa borne positive B+, est reliée au point milieu M de ce primaire 15P. In a manner known per se, the current converter used for such a supply comprises, between the battery 10 and a transformer 15, two transistors Q1, Q2 mounted, each respectively, in phase opposition, between the two extreme terminals B1, B2 of the primary 15P of the transformer 15 and one of the terminals of the battery 10, in this case its negative terminal B-, assumed to be grounded, while the other terminal of this battery, and therefore, in l 'species, its positive terminal B +, is connected to the midpoint M of this primary 15P.

Suivant l'invention, les transistors Q1, Q2 sont des transistors de type MOS, c'est-à-dire des transistors
Métal-Semi-conducteur-Oxyde.According to the invention, the transistors Q1, Q2 are MOS type transistors, that is to say transistors
Metal-Semiconductor-Oxide.

Soit G1, G2 leurs grilles, S1, S2 leurs sources et D1,
D2 leurs drains.Let G1, G2 be their grids, S1, S2 their sources and D1,
D2 their drains.

Ce sont les drains D1, D2 qui sont reliés aux bornes B1,
B2 du primaire 15P du transformateur 15, et les sources
S2 qui sont reliées à la borne négative B- de la batterie 10.These are the drains D1, D2 which are connected to the terminals B1,
B2 of primary 15P of transformer 15, and sources
S2 which are connected to the negative terminal B- of the battery 10.

Les deux circuits de grille correspondants comportent, chacun respectivement, deux ponts diviseurs P1, P2, qui sont établis en parallèle entre les bornes B+, B- de la batterie 10, sous le contrôle d'un interrupteur commandé commun 16 monté conjointement en série avec eux, et entre des points intermédiaires desquels est branché un enroulement de réaction 18. The two corresponding gate circuits each comprise two dividing bridges P1, P2, which are established in parallel between the terminals B +, B- of the battery 10, under the control of a common controlled switch 16 mounted jointly in series with them, and between intermediate points of which a reaction winding 18 is connected.

En pratique, dans la forme de réalisation représentée, les ponts diviseurs P1, P2, qui sont identiques entre eux, comportent chacun en série trois résistances R1, R2, R3, les bornes de l'enroulement de réaction 18 sont, pour chacun d'eux, reliées chacune respectivement aux points milieux entre les première et deuxième de ces résistances, c'est-àdire entre les résistances R1 et R2, et les grilles G1, G2 des transistors Q11 Q2 sont elles-mêmes reliées aux points milieux entre les deuxième et troisième de ces résistances, c'est-à-dire entre les résistances R2 et R3. In practice, in the embodiment shown, the dividing bridges P1, P2, which are identical to each other, each comprise in series three resistors R1, R2, R3, the terminals of the reaction winding 18 are, for each of them, each connected respectively to the midpoints between the first and second of these resistors, that is to say between the resistors R1 and R2, and the gates G1, G2 of the transistors Q11 Q2 are themselves connected to the midpoints between the second and third of these resistors, that is to say between resistors R2 and R3.

En pratique, également, les résistances R1, R2, R3 ainsi constitutives de chacun des ponts diviseurs P1, P2 sont choisies par construction de manière à conduire à une résistance interne RG faible, inférieure par exemple à 500 ohms, et, de préférence, comprise entre 100 et 500 ohms, pour le générateur de tension que constitue l'enroulement de réaction 18 à l'égard des transistors Q1, Q2
En pratique, le calcul montre que cette résistance interne RG est donnée par la relation suivante
RG = R3 [R1 (R3 + 2R2) + 2R2 (R2 + R3)] (I)
2 (R1 + R2 + R3) (R2 + R3)
Les résistances R1, R2, R3 sont également choisies par construction de manière à ce que la tension continue qui en résulte sur la grille G1, G2 du transistor Q1, Q2 correspondant soit supérieure à une valeur de seuil V1 donnée, égale par exemple à 2 volts, en étant par exemple de l'ordre de 2 à 2,5 volts.In practice, too, the resistors R1, R2, R3 thus constituting each of the dividing bridges P1, P2 are chosen by construction so as to lead to a low internal resistance RG, for example less than 500 ohms, and, preferably, included between 100 and 500 ohms, for the voltage generator that constitutes the reaction winding 18 with respect to the transistors Q1, Q2
In practice, the calculation shows that this internal resistance RG is given by the following relation
RG = R3 [R1 (R3 + 2R2) + 2R2 (R2 + R3)] (I)
2 (R1 + R2 + R3) (R2 + R3)
Resistors R1, R2, R3 are also chosen by construction so that the resulting direct voltage on the gate G1, G2 of the corresponding transistor Q1, Q2 is greater than a given threshold value V1, for example equal to 2 volts, being for example of the order of 2 to 2.5 volts.

De bons résultats sont obtenus lorsque, par exemple, la valeur de la résistance R3 de chacun de ces ponts diviseurs
P1, P2 est au moins égale à dix fois celle de la résistance
R2. Good results are obtained when, for example, the value of the resistance R3 of each of these dividing bridges
P1, P2 is at least ten times that of the resistance
R2.

Il en résulte corollairement une simplification des calculs. As a corollary, this simplifies the calculations.

Soit donc
R3 = lOR2 (Il)
Soit V2, par ailleurs, la valeur de la tension aux bornes B+, B- de la batterie 10

ou, compte tenu de la relation (II),

So be
R3 = lOR2 (II)
Let V2, moreover, be the value of the voltage across terminals B +, B- of battery 10

or, taking into account relation (II),

Lorsque, comme indiqué ci-dessus, on se fixe V1 à une valeur donnée, de l'ordre de 2 à 2,5 volts, ce qui correspond à la tension de seuil grille-source des transistors Q1, Q2, et que la valeur V2 de la tension aux bornes B+, B- de la batterie 10 est connue, les trois relations (I), (II), (III) ci-dessus permettent de déterminer la valeur des résistances
R1, R2, R3.When, as indicated above, V1 is fixed at a given value, of the order of 2 to 2.5 volts, which corresponds to the gate-source threshold voltage of the transistors Q1, Q2, and that the value V2 of the voltage at terminals B +, B- of the battery 10 is known, the three relationships (I), (II), (III) above make it possible to determine the value of the resistances
R1, R2, R3.

Comme, par ailleurs, les constructeurs de transistors de type MOS définissent une valeur maximale à ne pas dépasser pour la tension grille-source e de ceux-ci, et que, abstraction faite dlune éventuelle marge de sécurité, celle-ci se trouve devoir satisfaire à la relation

Since, moreover, the manufacturers of MOS-type transistors define a maximum value not to be exceeded for the gate-source voltage e thereof, and that, apart from a possible safety margin, this must be satisfied to the relationship

Soit, en éliminant R3
e = 0,454 . E (IV) relation dans laquelle E est la tension aux bornes de l'enroulement de réaction 18, tous les constituants à déterminer se trouvent ainsi définis.Either by eliminating R3
e = 0.454. E (IV) relation in which E is the voltage across the reaction winding 18, all the constituents to be determined are thus defined.

Par ailleurs, dans la forme de réalisation représentée, l'interrupteur commandé 16 est, à titre d'exemple, un transistor qui, tel que schématisé par une flèche F sur son circuit de base, est contrôlé en conduction par un quelconque circuit de démarrage, non représenté, propre à délivrer à la demande un signal de commande approprié. Furthermore, in the embodiment shown, the controlled switch 16 is, by way of example, a transistor which, as shown diagrammatically by an arrow F on its basic circuit, is controlled in conduction by any starting circuit , not shown, suitable for delivering on request an appropriate control signal.

En outre, et de manière connue en soi, il est prévu une self de lissage 19 sur l'alimentation du primaire 15P du transformateur 15, et, ce transformateur 15 étant un transformateur à ferrite accordé, il est prévu, sur le circuit de son secondaire 15S, une capacité d'accord 20. In addition, and in a manner known per se, a smoothing inductor 19 is provided on the supply of the primary 15P of the transformer 15, and, this transformer 15 being a transformer with tuned ferrite, it is provided on the sound circuit secondary 15S, a tuning capacity 20.

Enfin, sur le circuit de ce secondaire 15S, il est également prévu une capacité 21 propre à limiter le courant dans la charge 12 à desservir. Finally, on the circuit of this secondary 15S, there is also provided a capacity 21 capable of limiting the current in the load 12 to be served.

Dès que l'interrupteur commandé 16 est commandé en conduction, celui des transistors Q1, Q2 qui est le plus rapide devient conducteur. As soon as the controlled switch 16 is controlled in conduction, that of the transistors Q1, Q2 which is the fastest becomes conductive.

Dès que la tension qui en résulte aux bornes de l'enroulement de réaction 18 est suffisante, c'est l'autre de ces transistors Q11 Q2 qui devient à son tour conducteur, en substitution au précédent, et les opérations se repètent ensuite cycl iquement. As soon as the resulting voltage across the reaction winding 18 is sufficient, it is the other of these transistors Q11 Q2 which in turn becomes conductive, replacing the previous one, and the operations are then repeated cyclically .

En effet, outre qu'elle permet le démarrage, la tension continue "offset" que maintiennent en permanence les ponts diviseurs P1, P2 sur la grille G1, G2 des transistors Q1, Q2 permet effectivement à chaque cycle llintervention effective de ces derniers. Indeed, in addition to enabling starting, the "offset" DC voltage which the dividing bridges P1, P2 permanently maintain on the gate G1, G2 of the transistors Q1, Q2 effectively allows the effective intervention of the latter at each cycle.

Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite et représentée, mais englobe toute variante d'exécution. Of course, the present invention is not limited to the embodiment described and shown, but encompasses any variant.

En outre, le domaine d'application de l'invention n'est pas nécessairement limité à celui des seuls éclairages de sécurité. In addition, the field of application of the invention is not necessarily limited to that of safety lights only.

Il peut aussi bien s'étendre à d'autres types d'éclairage, et par exemple à des éclairages de camping ou à des baladeuses. It can also be extended to other types of lighting, for example to camping lights or portable lamps.

D'une manière plus générale, il peut s'étendre à celui de la desserte de n'importe quelle charge nécessitant un courant alternatif à partir d'une source de courant continu. More generally, it can extend to that of serving any load requiring alternating current from a source of direct current.

Claims

1. Current converter of the type comprising, between a battery (10) and a transformer (15), two transistors (Q1, Q2) mounted, each respectively, in phase opposition, between the two extreme terminals (B1, B2) of the primary (15P) of said transformer (15) and one of the terminals (B-) of said battery (10), while the other terminal (B +) of said battery (10) is connected to the midpoint (M) of said primary (15P), characterized in that said transistors (Q1 Q2) are MOS type transistors.

2. Current converter according to claim 1, characterized in that the two gate circuits of the two MOS type transistors (Q1 Q2) each have two dividing bridges (P1, P2) respectively, which are established in parallel between the terminals ( B +, B-) of the battery (10), under the control of a common controlled switch (16) mounted jointly in series with them, and between intermediate points from which a reaction winding (18) is connected.

3. Current converter according to claim 2, characterized in that the resistors (R1, R21 R3) constituting each of the dividing bridges (P1, P2) are chosen so as to lead to a low internal resistance, for example less than 500 ohms, for the voltage generator that constitutes the reaction winding (18).

4. Current converter according to claim 3, characterized in that the resistors (R1, R2, R3) constituting each of the dividing bridges (P1, P2) are also chosen so that the resulting direct voltage on the gate (G11 G2) of the type transistor

MOS (Q1 Q2) corresponding to being greater than a given threshold value (V1), for example equal to 2 volts, being for example of the order of 2 to 2.5 volts.

5. Current converter according to any one of claims 2 to 4, characterized in that, the dividing bridges (P1, P2) each comprising in series three resistors (R1, R2, R3), the terminals of the winding reaction (18) are, for each of them, each linked respectively to the midpoints between the first (R1) and second (R2), and the gates (G1, G2) of the MOS type transistors (Q1 Q2) at the midpoints between the second (R2) and third (R3).

6. Current converter according to claim 5, characterized in that the value of the third resistance (R3) of each of the dividing bridges (P1, P2) is at least equal to ten times that of the second (R2).

7. Current converter according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the two dividing bridges (P1, P2) are identical.