FR2678769A1 - Systeme pour interrompre rapidement, sans formation d'arc, un courant alternatif fourni a une charge. - Google Patents

Abstract

Dans ce système pour l'interruption sans formation d'arc d'un courant de charge c.a. en réponse à une commande d'interruption de courant, des moyens de contact séparables (28) reliés en série avec des moyens d'impédance commandés (30, 42), et des moyens (54) de détournement de courant reliés en parallèle sont situés entre la source c.a. et la charge. Les moyens d'impédance commandés comprennent des transistors à effet de champ (FET) (30). Etant donné que les transistors FET ne présentent habituellement qu'une seule jonction inhérente, on utilise au moins une paire des transistors FET de polarité opposée de sorte que le courant de charge puisse être coupé indépendamment du sens de circulation du courant lorsque la commande d'interruption est donnée.

Description

Système pour interrompre rapidement, sans formation d'arc, un

courant alternatif fourni à une charge.

Le brevet US No 4 636 907 concerne la modification, c'est-à-dire l'interruption, de la circulation d'un courant de charge dans un premier circuit qui relie ensemble une source d'énergie électrique et un circuit de charge Le courant de charge circulant dans le premier circuit est détourné temporairement vers un second circuit, c'est-à-dire un circuit de détournement Lors du détournement du courant de charge, un commutateur du premier circuit peut être ouvert rapidement dans des conditions dans lesquelles le courant est pratiquement égal à zéro, donc sans la formation d'arcs Le détournement du courant de charge avant l'ouverture du commutateur est réalisé à l'aide d'un circuit à impédance commandée du premier circuit Le commutateur et le circuit à impédance commandée sont reliés en série entre la source d'énergie électrique et le circuit de charge, et le circuit de détournement est relié en parallèle avec le montage série du commutateur et du circuit à impédance commandée Divers types de circuits de détournement peuvent être utilisés à cet effet Des circuits de détournement représentatifs sont décrits, par exemple, dans les brevets US suivants: le brevet

US No 4 700 256 et brevet US No 4 631 621.

Le détournement du courant de charge vers le circuit de détournement est réalisé par le circuit à impédance commandée En fonctionnement normal, c'est-à-dire avant le détournement, le circuit à impédance commandée présente essentiellement une chute de tension très faible, et donc une faible dissipation d'énergie Le détournement du courant de charge résulte d'un signal de commande qui augmente de manière efficace la chute de tension aux bornes du circuit à impédance commandée Cette tension entraîne le transfert vers le circuit de détournement du courant de charge, et de l'énergie emmagasinée dans les composants inductifs du premier circuit Ce processus est décrit de manière plus

détaillée dans le brevet US No 4 723 187.

Les circuits à impédance commandée utilisés pour le détournement de courant de charge doivent satisfaire plusieurs exigences Lorsqu'ils sont commutés vers leur état haute impédance, il faut que la circulation du courant de charge produise une chute de tension qui soit suffisante pour assurer le transfert de courant et d'énergie emmagasinée avec

une rapidité suffisante.

Lorsque les circuits fonctionnent dans leur état basse impédance normal, c'est-à-dire avant le détournement de courant, le courant de charge doit circuler à travers le circuit à impédance commandée avec une dissipation d'énergie minimale Le brevet US No 4 636 907 décrit, par exemple, des circuits à impédance commandée comprenant un dispositif à semi-conducteurs dont les électrodes principales sont reliées en circuit avec le commutateur, la source d'énergie et le circuit de charge En fonctionnement normal, le dispositif à semi-conducteurs est mis en circuit de manière à fonctionner en saturation Lorsque la commande de détournement est

envoyée, un signal de commande commute le dispositif à semi-

conducteurs vers un état haute impédance, c'est-à-dire l'état ARRET, de manière à produire une chute de tension entre les électrodes principales Il est indispensable, particulièrement dans le cas de courants de charge importants, que le commutateur présente, en état MARCHE, une chute de tension extrêmement faible, et donc une dissipation d'énergie extrêmement faible Cependant, de nombreux types de dispositifs à semi-conducteurs, par exemple certains types de structures à thyristors et de transistors bipolaires, présentent des chutes de tension de jonction importantes lorsqu'ils sont à l'état MARCHE Dans le cas de courants de charge importants, ceci peut conduire à une dissipation

d'énergie élevée.

Une autre exigence concerne les dispositions prises pour détourner les courants de charge alternatifs (c a), par opposition aux courants de charge continus (c c) Lorsqu'il s'agit de détourner des courants de charge alternatifs, le circuit à impédance commandée doit être capable d'être

commuté vers son état ARRET au cours de l'un ou l'autre demi-

cycle, c'est-à-dire polarité, du courant de charge et du potentiel de la source Si le circuit à impédance commandée comprend un dispositif à semi-conducteurs commutable dont les électrodes principales sont reliées en circuit entre la

source et la charge, il faut que le dispositif à semi-

conducteurs soit capable d'un fonctionnement bilatéral Plus spécifiquement, il doit être capable d'être commuté vers l'état ARRET malgré les inversions de polarité entre ses électrodes principales Cependant, de nombreux types de commutateurs à semi-conducteurs, par exemple certains thyristors, transistors bipolaires et dispositifs à effet de

champ, ne permettent pas ce type de fonctionnement bilatéral.

Le brevet US No 4 636 907 décrit également une variante de réalisation pour détournement et interruption de courant de charge alternatif qui satisfait les exigences susmentionnées Dans ce mode de réalisation, un courant de charge alternatif est couplé, par l'intermédiaire d'un transformateur et d'un redresseur en pont, entre les électrodes principales de transistors bipolaires reliés en circuit Darlington Le transformateur a un enroulement primaire relié en série avec le commutateur du circuit de charge et un enroulement secondaire élévateur relié à l'entrée du redresseur en pont Lorsque les transistors bipolaires sont commutés vers un état de conduction en saturation, l'enroulement primaire présente une chute de tension extrêmement faible Lorsque les transistors bipolaires sont commutés vers l'état non conducteur, la tension aux bornes de l'enroulement primaire augmente suffisamment pour détourner le courant de charge vers le circuit de détournement Le redresseur en pont fournit un potentiel unilatéral entre les électrodes primaires des transistors bipolaires Il compense ainsi toute incapacité des transistors de commuter de manière satisfaisante lorsque le potentiel c a est appliqué directement entre leurs électrodes primaires Un rapport de transformation adéquat du transformateur permet d'assurer également que l'enroulement primaire présente une chute de tension et une dissipation d'énergie suffisamment faibles en fonctionnement normal, mais une chute de tension suffisamment élevée pour permettre le détournement du courant de charge en réponse à une commande d'interruption Comme il sera décrit ci-après, le circuit comprenant le redresseur en pont et les transistors bipolaires peut présenter une chute de tension minimale importante lors de la conduction en saturation Pour ces raisons, un rapport élévateur de transformation adéquat est requis pour maintenir une chute de tension suffisamment faible aux bornes de l'enroulement primaire Une conception très étudiée est donc requise pour permettre de fournir également une chute de tension suffisante aux bornes de l'enroulement primaire lorsque les transistors sont bloqués, pour assurer le détournement du courant de charge La tension relativement élevée aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur nécessite également l'utilisation de dispositifs à semi-conducteurs présentant une tension de blocage suffisamment élevée Les dispositifs présentant une tension de blocage élevée peuvent présenter des chutes de tension relativement élevées, si bien qu'une conception de circuit encore plus étudiée s'avère nécessaire De plus, l'utilisation de dispositifs de puissance à tension de blocage élevée, ainsi que du transformateur, entraînent une

augmentation des coûts de production.

La présente invention a pour objet de proposer un système amélioré de détournement et, si cela est souhaité,

d'interruption, de courants de charge de valeur élevée.

L'invention a également pour objet de proposer un tel système amélioré qui soit capable de détourner et, si cela est souhaité, d'interrompre, des courants alternatifs et des

courants continus.

L'invention a également pour objet de proposer un tel système qui soit capable d'atteindre les objectifs

susmentionnés avec une dissipation d'énergie minimale.

L'invention a encore pour objet de proposer un tel

système qui soit simple et d'un bon rapport coût-efficacité.

L'invention a en outre pour objet de prévoir le détournement du courant alternatif au moyen d'un système

amélioré dans lequel des moyens de commutation à semi-

conducteurs sont reliés dans un circuit série entre une

source d'énergie électrique et un circuit de charge.

Selon un aspect de la présente invention, dans un dispositif d'interruption de courant ayant pour fonction d'interrompre un courant alternatif, et du type ayant des moyens de contact séparables et des moyens d'impédance commandés reliés en parallèle avec des moyens de détournement de courant, les moyens d'impédance commandé comprennent des transistors à effet de champ Avant l'interruption du courant de charge, les transistors à effet de champ sont entièrement conducteurs, si bien qu'il existe une chute de tension

minimale aux bornes des moyens d'impédance commandé.

L'interruption est déclenchée en diminuant la conduction des transistors à effet de champ, ce qui a pour effet d'augmenter la chute de tension aux bornes des moyens d'impédance commandés pour détourner le courant de charge avant l'ouverture des moyens de contact séparables Les transistors à effet de champ classiques, c'est-à-dire les transistors FET, n'ont qu'une seule jonction inhérente, située entre les électrodes de source et de drain, et ils sont seulement capables de bloquer le courant dans un sens, c'est-à-dire qu'ils sont capables uniquement de bloquer le courant unilatéralement et non pas bilatéralement Afin de permettre l'interruption de courant indépendamment de la polarité instantanée de la tension de la source et du sens du courant de charge alternatif, au moins une paire de transistors FET est reliée de façon à ce que les électrodes de source et de drain des transistors soient de polarité opposée Ainsi, avant l'interruption, au moins un transistor FET conduit le courant du drain à la source, tandis qu'au moins un transistor FET conduit le courant de la source au drain Des moyens de commande réagissant à une commande d'interruption de courant font varier la polarisation appliquée en circuit avec l'électrode de grille d'au moins un transistor de la paire de transistors FET pour réduire la conductivité entre les électrodes de source et de drain d'au moins un transistor de la paire de transistors FET pour augmenter la chute de tension aux bornes des moyens d'impédance commandés indépendamment du sens instantané de la

circulation du courant de charge.

Les transistors FET peuvent être reliés dos à dos dans un circuit série, l'électrode de drain ou l'électrode de source d'un transistor FET étant reliée à une électrode de même type d'un autre transistor FET Ces transistors FET reliés dos à dos peuvent être reliés directement en série avec les moyens de contact séparables En variante, ils peuvent être reliés dans un circuit série bouclé avec l'enroulement secondaire d'un transformateur dont l'enroulement primaire est relié en série avec les moyens de

contact séparables.

Dans un autre mode de réalisation avantageux, les transistors FET de polarité opposée sont reliés en série, respectivement, avec les premiers et seconds moyens de contact séparables pour constituer des premier et second circuits de dérivation reliés en parallèle avec les moyens de détournement de courant Ainsi, les circuits de dérivation comprennent des premiers et seconds transistors FET reliés en série, respectivement, avec des premiers et seconds moyens de contact séparables En réponse à une commande d'interruption de courant, les moyens de commande entraînent le transfert séquentiel du courant de charge de l'un des circuits de dérivation à l'autre, puis vers les moyens de détournement de courant, et ils entraînent également l'ouverture séquentielle des uns et des autres moyens de contact séparables Dans le mode de réalisation préféré, le sens du courant de charge lors de l'établissement du courant est utilisé pour sélectionner le circuit de dérivation à partir duquel le courant de charge est initialement transféré Plus spécifiquement, les moyens de commande commutent la polarisation de celui des transistors FET dont la jonction inhérente est alors polarisée en sens direct de manière à augmenter le potentiel entre son électrode de drain et son électrode de source et à transférer le courant de charge de son circuit de dérivation avant l'ouverture de ses moyens de contact séparables associés Ils mettent ensuite hors circuit l'autre transistor FET dont la jonction inhérente est alors polarisée en sens inverse pour transférer son courant vers

les moyens de détournement de courant.

La figure 1 est un schéma simplifié d'un circuit de l'art antérieur adapté essentiellement pour l'interruption de courants de charge continus; La figure 2 est une représentation simplifiée de la structure, en coupe transversale, d'un dispositif classique

du type transistor à effet de champ métal-oxyde-

semiconducteur (MOSFET) à canal N à enrichissement; La figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif MOSFET de puissance classique et du courant chargeant la capacité drain-substrat; La figure 4 est une représentation symbolique d'un dispositif MOSFET de puissance classique; La figure 5 est un schéma simplifié d'un mode de réalisation de l'invention ayant pour fonction de détourner et d'interrompre des courants de charge alternatifs; La figure 6 est un schéma simplifié d'une variante de réalisation de l'invention utilisant un système de couplage par transformateur; La figure 7 est un schéma simplifié d'une autre variante de réalisation de l'invention ayant deux chemins parallèles, dont l'un comprend un dispositif MOSFET; et La figure 8 est un schéma fonctionnel d'un mode de réalisation d'un circuit de détection et de commande de courant destiné à être utilisé en association avec le mode de

réalisation de la figure 7.

On se réfère maintenant à la figure 1, qui illustre un système d'interruption de courant du type décrit dans le brevet US No 4 636 907 Ce brevet décrit un circuit à impédance commandée utilisant un transistor 30 à effet de champ, de préférence un transistor MOSFET, relié en série avec un commutateur, une source d'énergie électrique et un circuit de charge Le circuit d'interruption de courant présente deux bornes de sortie, 20 et 22, qui sont adaptées pour être raccordées à une source 24 de potentiel électrique et à un circuit 26 de charge reliés en série Les bornes 20 et 22 sont interconnectées par un commutateur 28 et par le

drain 32 et la source 34 du transistor 30 à effet de champ.

Ainsi, la source 24 d'énergie et la charge 26 sont reliées dans un circuit série bouclé avec le commutateur 28 et le transistor FET 30 Une ligne 38 de sortie du circuit 36 de commande est reliée à la grille 40 du transistor à effet de champ Un dispositif 42 dépendant de la tension, par exemple un dispositif de verrouillage, tel qu'une varistance, est relié de préférence entre les électrodes principales, le drain 32 et la source 34, du transistor FET Le transistor FET et le dispositif de verrouillage de tension constituent un circuit à impédance commandée Les moyens 28 de commutation sont de préférence du type décrit dans le brevet US No 4 644 309 Les moyens de commutation comprennent des contacts 44 et 46 fixes et un contact 48 de pontage disposé à travers les contacts fixes pour permettre le transfert du courant de charge Les moyens 28 de commutation sont normalement fermés mais ils peuvent ouverts rapidement par le déplacement du contact 48 de pontage en réponse à un signal d'impulsion de courant Si les moyens de commutation ne sont pas verrouillables, un commutateur de verrouillage séparé peut être relié en série avec les moyens de commutation Ce commutateur de verrouillage est ouvert lors de l'ouverture

des moyens de commutation et peut être refermé manuellement.

Le mécanisme ayant pour fonction de déplacer le contact 48 de pontage des moyens de commutation est représenté de façon schématique par un dispositif de commande de contacts 50 Le signal d'impulsion de courant utilisée pour déplacer le contact 48 de pontage est fourni par le circuit 36 de commande au dispositif 50 de commande de contacts par l'intermédiaire de la ligne 52 Le circuit 54 de détournement de courant est relié entre les bornes 20 et 22 de manière à shunter les moyens 28 de commutation et le transistor FET 30 reliés en série Le texte susmentionné décrit des circuits de

détournement de courant appropriés.

En fonctionnement normal, les moyens 28 de commutation sont fermés et le transistor FET 30 est à l'état entièrement conducteur, si bien que la source 24 d'énergie fournit un courant de charge à la charge 26 Dans le cas d'une tension de grille adéquate, il existe une chute de tension minimale entre les électrodes de source et de drain du transistor FET,

et ce dernier présente une dissipation d'énergie minimale.

L'interruption de courant est réalisée de la manière suivant.

Le circuit 36 de commande commute le signal appliqué par l'intermédiaire de la ligne 38 à la grille 40 de manière à bloquer le transistor FET Ceci a pour effet que la tension aux bornes du transistor FET augmente jusqu'à à atteindre le potentiel de verrouillage de la varistance 42 Par conséquent, le courant de charge est détourné du circuit comprenant les moyens 28 de commutation et le transistor FET vers le dispositif 54 de détournement de courant Le circuit de commande applique une impulsion de courant par l'intermédiaire de la ligne 52 au dispositif 50 de commande de contacts pour ouvrir les moyens 28 de commutation suite à un tel détournement de courant de charge Etant donné qu'il n'y a sensiblement pas de circulation de courant de charge à travers les moyens de commutation au moment de l'ouverture, il n'y a pratiquement pas de formation d'arcs Le brevet

No 4 636 907 fournit une description plus détaillée.

L'utilisation de dispositifs MOSFET dans le circuit à impédance commandée décrit ci-dessus est souhaitable, en particulier dans le cas de courants de charge d'une valeur importante Ceci est dû en premier lieu au fait que les dispositifs MOSFET peuvent être exploités à l'état entièrement conducteur avec une dissipation d'énergie inférieure à celle qui l'on peut obtenir avec de nombreux autres types de dispositifs à semi-conducteurs Dans la plupart des dispositifs à semi-conducteurs, par exemple dans les diodes, les transistors bipolaires et les thyristors, le courant passe à travers une ou plusieurs jonctions p-n reliées en série Même lors de la saturation, chaque jonction présente au moins une chute de tension de jonction prédéterminée La dissipation d'énergie qui en résulte peut donc atteindre un niveau considérable, dans le cas d'un fonctionnement à coefficient d'utilisation élevé, par exemple de 100 %, et de courant de charge importants La chute de tension de jonction, et donc la dissipation d'énergie, est augmentée lorsque plusieurs jonctions sont reliées en série et, en règle générale, si des dispositifs à semi- conducteurs l présentant une capacité de blocage de tension élevée sont utilisés Cependant, comme il sera expliqué par la suite, les dispositifs FET peuvent fonctionnement à l'état entièrement conducteur de manière efficace sans la présence d'un jonction p-n Ainsi, l'utilisation de dispositifs MOSFET dans des circuits à impédance commandée peut conduire à une dissipation d'énergie moindre L'utilisation de dispositifs MOSFET est également souhaitable en raison de leur temps de commutation particulièrement court, et parce que leurs caractéristiques de commutation sont relativement indépendantes d'éventuelles modifications de la température

de fonctionnement.

Cependant, il se peut que le circuit décrit ci-dessus ne puisse pas servir au détournement et à l'interruption de courants alternatifs, c'est-à-dire de courants de charge alternatifs Ce problème se pose dans le cas du circuit de la figure 1 si une source de courant alternatif remplace la source d'énergie 24 et si le transistor 30 à effet de champ est du type courant de transistor MOSFET de puissance présentant une connexion conductrice entre sa source et son substrat. Pour une explication de ce problème, il convient de se reporter à la figure 2 Celle-ci illustre la structure d'un transistor à effet de champ métal- oxyde-semiconducteur, plus spécifiquement, d'un transistor MOSFET à canal N à enrichissement La matière semi-conductrice, du silicium, sous la forme d'un substrat 56 de type p légèrement dopé incorpore deux régions de type N fortement dopées, la source 58 et le drain 60 Une couche 62 isolante en verre au dioxyde de silicium est placée sur la région située entre la source et le drain Un conducteur 64 métallique, placé sur le dessus

de la couche isolante, forme la grille.

Si un potentiel VD,, ayant la polarité représentée sur la figure 2, est appliqué entre la source et le drain (sans potentiel de grille positif>, des jonctions p-n apparaissent, respectivement, au niveau de l'interface de la source et du substrat, et au niveau de l'interface du drain et du substrat La jonction p-n au niveau de la source est polarisée en sens direct, et la jonction p-n au niveau du drain est polarisée en sens inverse Dans ces conditions, il n'existe sensiblement pas de courant de drain, c'est-à-dire de circulation de courant entre le drain et la source, en raison de la jonction p-n à polarisation inverse au niveau du drain. Si un potentiel positif est appliqué maintenant à la grille, des électrons libres sont amenés dans la région située entre la source et le drain Ce processus d'accumulation forme un canal de type N continu dans la région s'étendant entre la source et le drain Ceci a pour effet d'accroître la conductivité de cette région et de contourner essentiellement les jonctions p-n situées au niveau de la source et du drain Le canal de type N se comporte ainsi comme une résistance interconnectant la source et le drain Ceci a pour résultat un courant de drain important, c'est-à-dire un courant circulant dans le sens drain-source. Si le potentiel de grille est commuté maintenant pour passer d'un potentiel positif à un potentiel zéro ou négatif,

le courant de drain devrait être coupé immédiatement.

Cependant, ce n'est pas le cas, comme il sera expliqué ci-

après Le canal N se trouvant entre la source et le drain disparaît La région s'étendant entre la source et le drain

comprend de nouveau de la matière de type p Les jonctions p-

n réapparaissent au niveau de l'interface de la matière de type p et de la matière de type N de la source et du drain, respectivement Lorsque la tension de grille est commutée pour passer à un potentiel zéro ou négatif, une tension s'accumule à travers la jonction p-n au niveau du drain Le dispositif présente une capacité inhérente à travers chacune des jonctions p-n La tension à travers la jonction de drain polarisée en sens inverse a pour résultat un courant de drain qui charge la capacité de jonction de drain Ce courant de

drain passe à travers la région p et à travers la jonction p-

n polarisée en sens direct Le passage du courant à travers la jonction de la source est équivalent à l'injection de courant dans la jonction base-émetteur d'un transistor de façon à produire un courant collecteur-émetteur amplifié Il en résulte un courant de drain accru En raison de l'effet de Miller, ceci conduit à une augmentation apparente importante

de la capacité à travers la jonction p-n au niveau du drain.

Cette action cumulative empêche une coupure rapide et

entraîne une dissipation d'énergie élevée pendant la coupure.

L'emploi de dispositifs de type MOSFET de puissance classique permet d'éliminer ce problème grâce à un raccordement conducteur entre le substrat et la source, comme indiqué sous la forme de l'élément 66 conducteur de la figure 3 Celui-ci court-circuite efficacement la jonction p-n entre la source et le substrat Lorsque le potentiel de grille est commuté pour passer d'un potentiel positif à un potentiel zéro ou négatif, la capacité drain-substrat est chargée par le courant de drain circulant en direction de la source à travers la région de type p et le court-circuit autour de la jonction source-substrat Etant donné qu'un courant n'est pas injecté dans la jonction entre la source et le substrat, l'action de transistor décrit plus haut ne pourra plus se produire Ainsi, les dispositifs du type MOSFET de puissance classiques peuvent être mis hors circuit rapidement avec une dissipation d'énergie minimale La circulation de courant de charge de la capacité et les éléments concernés du transistor

MOSFET sont illustrés de manière schématique sur la figure 3.

Celle-ci représente la jonction drain-substrat, D,, et la jonction source-substrat, D 2, qui sont essentiellement interconnectées par le substrat 56 et qui sont polarisés dos à dos La capacité C 1 drainsubstrat inhérente shunte la

jonction D 1, et le raccordement 66 substrat-source décrit ci-

dessus shunte, et donc court-circuite, la jonction D 2.

Lorsque le dispositif MOSFET fonctionne en mode blocage, c'est-à-dire avec un potentiel zéro ou négatif, la seule jonction p-n opérationnelle, D 1, bloque la conduction du courant de drain Lorsque le dispositif fonctionne en mode conduction, c'est-à-dire avec un potentiel de grille positif, le courant circule du drain à la source par l'intermédiaire du canal N situé entre les deux sans jonctions intermédiaires. Un transistor MOSFET de puissance classique de ce type fonctionne de manière satisfaisante dans le cadre du système de détournement et d'interruption de courants de charge continus illustré sur la figure 1 Sur la base de la

description qui précède, se rapportant à la figure 3, la

représentation symbolique du transistor 30 à effet de champ de la figure 3 peut être redessinée comme illustré sur la figure 4 La figure 4 illustre de manière classique les trois électrodes, de source, de drain et de grille Elle illustre en outre le raccordement entre la source et le substrat La flèche dirigée vers le substrat désigne un dispositif ayant un substrat de type p, et donc un canal N lors de la conduction (Des dispositifs du type MOSFET à canal p pourraient être utilisés également, moyennant l'inversion appropriée des tensions et courants) La diode reliée entre la source et le drain représente la seule jonction opérationnelle du dispositif, c'est-à- dire la jonction de diode entre le drain et le substrat identifiée par Dl sur la figure 3 Celle-ci est polarisée de manière à bloquer la conduction lorsque le drain est positif par rapport à la

source et que la tension de grille est zéro ou négative.

Comme expliqué ci-après, un tel dispositif MOSFET peut donc bloquer le courant dans un seul sens de tension appliquée, c'est-à-dire qu'il présente une caractéristique de blocage

non symétrique.

Si l'on suppose maintenant que le système de la figure 1 doit être utilisé pour détourner et interrompre un courant

alternatif, c'est-à-dire que la source 24 de potentiel c c.

est remplacée par une source de potentiel c a En fonctionnement normal, lecommutateur 28 étant fermé, un potentiel alternatif est appliqué à travers le drain et la source du transistor FET 30 Tandis que le circuit 36 de commande applique un potentiel positif à la grille 40 par l'intermédiaire de la ligne 38, le transistor FET 30 est entièrement conducteur, c'est-à-dire dire qu'il est en mode saturation Le transistor FET 30 conduit correctement au cours des deux demi-cycles du potentiel c a appliqué à travers la source et le drain Il peut conduire le courant dans un sens et dans l'autre, c'est-à-dire qu'il présente une caractéristique de conduction symétrique, étant donné qu'il n'existe pratiquement pas de jonction de diode, et donc pas de jonction de blocage polarisée en sens inverse, en raison de la présence du canal N produit par la tension de grille positive. L'interruption de courant de charge est précédée par le détournement du courant de charge du premier circuit, comprenant le commutateur 28 et les électrodes principales du transistor FET 30, vers le circuit 54 de détournement Le détournement résulte du fait que le circuit de commande 36 commute le potentiel de la grille 40 d'un potentiel positif vers un potentiel zéro ou négatif Si cela se produit au cours d'un intervalle dans lequel la source c a de potentiel applique une tension positive au drain, par rapport à la source, le transistor FET 30 est bloqué correctement de la manière précédemment décrite Le blocage se produit, en premier lieu, en raison de l'action de blocage de la jonction de diode drain-substat, qui est désignée par Dl sur la figure 3 Si l'on se réfère à la représentation symbolique du dispositif de type MOSFET de la figure 4, on voit que cette diode est polarisé en sens inverse, et qu'elle est donc en mode blocage, lorsque le drain est positif par rapport à la source Le transistor FET 30 étant bloqué, le courant de charge est détourné vers le dispositif de détournement de courant, c'est-à-dire au circuit 54 d'interruption Lors du détournement du courant, le circuit 36 de commande applique une impulsion de courant au dispositif 50 de commande de contacts pour obtenir l'ouverture du commutateur 28 Ce processus se déroule extrêmement vite Il peut s'accomplir en l'espace de quelques microsecondes, c'est-à-dire en une fraction du temps d'un demi-cycle du potentiel c a appliqué

par la source d'énergie c a.

Cependant, une autre situation se produit si le détournement de courant de charge est commandée et que le potentiel de grille est commuté pour passer à une tension zéro ou négative au cours de l'intervalle dans lequel le potentiel du drain 32 du transistor FET 30 est négatif par rapport à la source 34 Ceci correspond essentiellement à l'inversion de la polarité de la source de tension VDS de la figure 3 Comme il ressort clairement de cette dernière, ainsi que de la figure 4, l'unique jonction opérationnelle, la jonction drain-substrat, est maintenant polarisée en sens direct La conduction de courant à travers le transistor FET n'est pas terminée par la jonction de diode, et elle n'est donc pas bloquée Ainsi, il est peu probable qu'une chute de tension suffisante se produise à travers le transistor FET

pour assurer le détournement de courant.

Une solution concevable consisterait à modifier le circuit 36 de commande de sorte que le détournement puisse être effectué uniquement au cours des demi-cycles de la source de potentiel c a lorsque le drain est positif par rapport à la grille L'emploi d'un tel système est susceptible, cependant, de donner lieu à un retard excessif du processus de détournement, et il est donc indésirable dans de nombreuses applications Par exemple, dans le cas d'un défaut de court-circuitage, le détournement et l'interruption devraient se produire dès la détection d'une surcharge afin d'empêcher le courant de charge d'atteindre une valeur

excessive avant l'interruption.

La figure 5 illustre un mode de réalisation de l'invention destiné à détourner et à interrompre un courant de charge c a chaque fois que la commande en est donnée, indépendamment de la polarité instantanée de la tension appliquée entre le drain et la source du transistor à effet de champ Le circuit de la figure 5 correspond généralement à celle de la figure 1, à l'exception de ce qui suit: une source 68 de potentiel c a remplace la source 24 c c pour être reliée en série avec la charge 26 entre les bornes d'entrée 20 et 22 Cependant, le circuit de la figure 5 pourrait également fonctionner avec une source de potentiel c.c au lieu d'une source de potentiel c a Un second

transistor 70 à effet de champ est relié dos à dos, c'est-à-

dire inversement, en série avec le premier transistor 30 à effet de champ Ainsi, sa source 72 est reliée à la source 34 du transistor FET 30 et son drain 74 est relié à la borne 22 de sortie La grille 76 du transistor FET 70 est reliée en parallèle avec la grille 40 du transistor FET 30 de manière à être reliée, par l'intermédiaire de la ligne 38, à une sortie du circuit 36 de commande Une ligne 78 complémentaire, c'est-à-dire commune, est reliée entre le circuit 36 de commande et la jonction 80 des électrodes 34 et 72 de source des transistors 30 et 70 à effet de champ Un dispositif dépendant de la tension, par exemple, une varistance 42, est reliée aux bornes des transistors à effet de champ, c'est-à-dire entre l'électrode 32 de drain et la borne 22 Un détecteur 82 de courant peut être relié par l'intermédiaire de la ligne 84 à une entrée du circuit 36 de commande Ce système de détection de courant est décrit dans

le brevet US No 4 723 187.

La description du fonctionnement est basée sur la

supposition qu'un courant de charge c a circule dans le premier circuit, comprenant le commutateur 28 fermé et les transistors 30 et 70 à effet de champ reliés en série, mais que la circulation du courant de charge doit être interrompue si le courant dépasse une valeur admissible prédéterminée Le circuit 36 de commande applique normalement une tension positive par l'intermédiaire de la ligne 38 aux électrodes 40 et 76 de base des transistors 30 et 70 à effet de champ, de sorte que ces derniers sont tous les deux entièrement conducteurs Le détecteur de courant 82 fournit au circuit 36 de commande un signal représentatif de la valeur du courant de ligne Lorsque le courant de ligne dépasse une valeur admissible prédéterminée, le potentiel appliqué par le circuit 36 de commande aux électrodes de base est commuté pour passer d'un potentiel positif à un potentiel zéro ou négatif L'un des transistors à effet de champ reliés dos à dos est ainsi bloqué Si, à cet instant-là, le potentiel au niveau de l'électrode 32 de drain du dispositif 30 est positif par rapport à la borne 22, le dispositif 30 passe à l'état bloqué S'il est négatif, le dispositif 70 passe à l'état bloqué étant donné que le potentiel au niveau de son électrode 74 de drain est alors positif par rapport à son électrode 72 de source Ainsi, en raison du fait que deux dispositifs FET sont reliés dos à dos, l'un d'eux passera à l'état bloqué indépendamment de la polarité instantanée du potentiel c a à travers leurs électrodes principales, par

exemple à travers les électrodes 32 et 74 de drain.

Lors du blocage des transistors à effet de champ, le

fonctionnement continue de la manière décrite précédemment.

Plus spécifiquement, la chute de tension aux bornes des transistors à effet de champ provoque un détournement de courant à travers le dispositif 54 de détournement de courant Suite au détournement de courant, le commutateur 28 est ouvert en réponse à une impulsion de courant fournie par le circuit 36 de commande sur la ligne 52 au dispositif 50 de

commande de contacts.

Le circuit de la figure 5 détourne et interrompt

efficacement aussi bien le courant c a que le courant c c.

Cependant, il présente un inconvénient La résistance série à l'état marche des deux dispositifs FET reliés en série est essentiellement deux fois supérieure à celle d'un dispositif unique La chute de tension des deux dispositifs FET, fonctionnant en saturation, peut être voisine de, voire même supérieure à, celle d'un dispositif bipolaire unique de type classique Il peut donc se produire une dissipation d'énergie excessive en fonctionnement normal lorsque le courant de charge circule à travers les deux dispositifs FET reliés en série. La figure 6 illustre une variante de réalisation qui permet d'obtenir une dissipation d'énergie réduite Il s'agit d'une amélioration d'un système décrit dans le brevet US

No 4 636 907, dans lequel les moyens de commutation à semi-

conducteurs ayant pour fonction de détourner le courant sont couplés par transformateur à partir du premier circuit qui porte normalement le courant de charge Le circuit de la figure 6 correspond à celui de la figure 5, à l'exception de l'adjonction d'un couplage par transformateur Plus spécifiquement, les électrodes 32 et 74 de drain des transistors 30 et 70 à effet de champ reliés dos à dos sont

reliées à l'enroulement 88 secondaire du transformateur 86.

L'enroulement 90 primaire de ce transformateur est relié en

série avec le commutateur 28 du premier circuit.

L'enroulement 88 secondaire, qui présente un plus grand nombre de spires que celui de l'enroulement primaire, est ainsi relié dans un circuit série bouclé avec les transistors à effet de champ reliés dos à dos Pendant que les transistors FET sont entièrement conducteurs, l'impédance de l'enroulement primaire, et donc sa dissipation d'énergie, est très faible en raison du rapport de transformation Les dispositifs FET 30 et 70 reliés dos à dos constituent des moyens à semi-conducteurs capables, sous la commande du circuit 36 de commande, de conduction bilatérale ou de blocage bilatérale Comme déjà décrit, la conduction bilatérale signifie la possibilité pour les dispositifs FET d'être entièrement conducteurs indépendamment de la polarité de la tension c a appliquée à travers leurs électrodes principales Le blocage bilatéral signifie la possibilité de mettre fin à la conduction indépendamment de la polarité de cette tension c a Dans le mode de réalisation à couplage par transformateur du brevet US No 4 636 907, l'enroulement secondaire du transformateur est relié dans un circuit série bouclé avec un redresseur en pont et une paire de transistors bipolaires à montage Darlington Pendant l'état de conduction du montage Darlington, le courant circule en série à travers deux jonctions du redresseur en pont et une jonction du montage Darlington Ainsi, dans le cas de l'état entièrement conducteur, la chute de tension est équivalente à la somme d'aux moins trois potentiels de jonction de diode Ceci nécessite un rapport élévateur suffisant entre les enroulements de transformateur primaire et secondaire pour réduire au minimum la dissipation d'énergie au niveau de l'enroulement primaire Cependant, ce rapport conduit à la présence d'une tension importante aux bornes de l'enroulement

secondaire, ce qui nécessite l'emploi de dispositifs à semi-

conducteurs présentant une capacité de blocage de tension supérieure et, ainsi, très probablement, une chute de potentiel de jonction plus importante Le redresseur en pont est utilisé parce que le montage Darlington ne possède pas de

capacités de blocage et de conduction bilatérale inhérentes.

Le système selon la figure 6 permet d'éliminer le redresseur en pont Ceci permet l'élimination d'une pluralité de redresseurs de puissance et donc de réduire les coûts Ceci permet également de réduire le nombre de jonctions p-n reliées en série et, ainsi, de réduire la chute de tension qui se produit aux bornes du circuit en saturation Etant donné que le rapport de transformation peut être réduit, il serait possible d'utiliser des dispositifs de commutation à semi- conducteurs ayant une valeur nominale de blocage inférieure. La figure 7 illustre une variante de réalisation ayant pour fonction de détourner et interrompre un courant de charge c a ou c c Ce mode de réalisation présente une dissipation d'énergie minimale, par exemple sensiblement inférieure à celle du mode de réalisation de la figure 5 De plus, il ne nécessite pas de couplage par transformateur des dispositifs à semi- conducteurs du circuit à impédance commandée comme décrit dans le cas du mode de réalisation de la figure 6 La source c a 68 et la charge 26 sont reliées en série entre les bornes 20 et 22, et le dispositif 54 de détournement de courant est relié entre ces bornes comme dans les modes de réalisation des figures 5 et 6 Les bornes 20 et 22 sont reliées au réseau 92 de commutation et d'impédance commandée par l'intermédiaire des lignes 94 et 96, respectivement Le réseau 92 comprend deux dérivations reliées en parallèle, dont chacune comprend un commutateur et un circuit à impédance commandée, c'est-à-dire un dispositif MOSFET, et un détecteur de courant La première dérivation, reliée entre les lignes 94 et 96, comprend un premier commutateur 28 et un premier transistor 30 à effet de champ reliés en série La seconde dérivation, qui est également reliée entre les lignes 94 et 96, comprend un second commutateur 98 et un second transistor 100 à effet de champ reliés en série Les électrodes de drain et de source de ces deux transistors sont inversées les unes par rapport aux autres Le drain 32 du premier dispositif MOSFET 30 est relié au premier commutateur 28 et sa source 34 est reliée à la ligne 96 La source 102 du second dispositif MOSFET 100 est reliée au second commutateur 98 et son drain 104 est relié à la ligne 96 Le contact 48 de pontage du premier commutateur est actionné par un premier dispositif 50 de commande de contacts, et le contact 106 de pontage du second commutateur 98 est actionné par un second dispositif 108 de commande de contacts Un circuit 110 de commande reçoit une entrée en provenance du détecteur 82 de courant par l'intermédiaire de la ligne 112 Ses lignes 116, 118, 120 et 122 sont reliées respectivement à la grille 40 du premier dispositif MOSFET 30, au dispositif 50 de commande de contacts, à la grille 114 du second dispositif MOSFET 100 et au dispositif 108 de commande de contacts Le circuit de commande a également une ligne 124 commune reliée à la ligne 96 Un dispositif dépendant de la tension, par exemple une varistance 126, est relié de préférence à partir de la jonction du premier dispositif MOSFET 30 et du premier commutateur 28 à la jonction du second dispositif MOSFET 100 et du second commutateur 98 Le dispositif 126 verrouille ainsi le potentiel maximal susceptible d'être obtenu aux bornes des

dispositifs MOSFET.

La description du fonctionnement est basée sur la

supposition qu'un courant de charge c a circule initialement dans les deux dérivations parallèles Les commutateurs 28 et 98 sont fermés tous les deux Les dispositifs MOSFET 30 et 100 sont entièrement conducteurs, c'est-à-dire en état de conduction en saturation en raison d'un potentiel positif appliqué par le circuit de commande, par l'intermédiaire des lignes 116 et 120, aux électrodes de grille 40 et 114 des deux dispositifs MOSFET 30 et 100 Les dispositifs 30 et 100 présentent tous les deux une chute de potentiel minimal, par exemple de l'ordre de 0,01 volt Dans ces conditions, il se produit une dissipation d'énergie minimale La résistance totale à l'état marche des deux dispositifs 30 et 100, lorsqu'ils sont conducteurs en parallèle, ne représente que la moitié de celle d'un dispositif unique et que le quart de la résistance à l'état marche de deux dispositifs reliés en série Ainsi, la dissipation d'énergie du circuit de la figure 7 est essentiellement moindre, par exemple égale au quart de celle du circuit de la figure 5 Cependant, le système de la figure 7 nécessite des dispositions de commande plus complexes, pour la raison suivante Dans les modes de réalisation décrits précédemment, le détournement de courant résulte simplement de l'application d'un potentiel zéro ou négatif au circuit de grille d'un ou de deux dispositifs MOSFET de manière à bloquer la conduction drain-source. Cependant, dans le cas du circuit de la figure 7, le courant circule dans deux dispositifs MOSFET 30 et 100 de polarité opposée qui sont essentiellement reliés en parallèle, Etant donné que ces dispositifs présentent des caractéristiques de blocage non symétriques, ils ne peuvent passer simultanément à l'état bloqué de cette manière Supposons, par exemple, que la commande de détournement est envoyée lorsque la polarité instantanée de la source c a est négative au niveau de la borne 20 et positive au niveau de la borne 22, le courant circulant de la borne 22 à la borne 20 La diode à jonction inhérente du dispositif MOSFET 30 est alors polarisé en sens direct, c'est-à-dire polarisée dans le sens de conduction de courant Si la grille 40 du dispositif 30 est alors commutée pour passer d'un potentiel positif à un potentiel zéro ou négatif, le dispositif 30 n'est pas bloqué, c'est-à-dire que

la circulation de son courant n'est pas coupée.

La description qui suit concerne la manière dont le

détournement et l'interruption de courant se produisent Le détecteur de courant 82 applique un signal représentatif du courant de charge c a par l'intermédiaire de la ligne 112 au circuit de commande 110 Le circuit de commande identifie ainsi l'instant ou le courant de charge c a dépasse sa valeur admissible maximale, ainsi que le sens instantané de la circulation du courant à un tel instant Le circuit de commande commute alors le potentiel de grille du dispositif MOSFET dont la jonction à diode inhérente est polarisée en sens direct à cet instant Si l'on suppose que ceci se produit lorsque le courant de charge circule de la borne 22 vers la borne 20, la jonction à diode inhérente du dispositif MOSFET 30, mais non pas celle du dispositif MOSFET 100, est polarisée en sens direct Par conséquent, le circuit 110 de commande commute le potentiel sur la ligne 116, et donc la grille 40 du dispositif 30, pour le faire passer d'un potentiel positif à un potentiel zéro ou négatif Le courant de charge au niveau du dispositif 30 circule maintenant à travers la diode à jonction inhérente du dispositif La chute de potentiel aux bornes du dispositif augmente jusqu'à atteindre la chute de potentiel se produisant à travers la jonction de diode inhérente, qui peut être de l'ordre de 0,8 volt L'autre dispositif MOSFET 100 est toujours entièrement

conducteur, c'est-à-dire en état de conduction en saturation.

Il ne présente pas alors de diode à jonction inhérente et a donc une chute de potentiel moindre, égale par exemple à 0,01 volt La chute de potentiel aux bornes du dispositif 30 est alors sensiblement plus importante que celle qui se produit aux bornes du dispositif 100 La chute de tension au niveau de la première dérivation est donc supérieure à celle qui se produit au niveau de la seconde dérivation Il en résulte que le courant de charge circulant dans la première dérivation est transféré vers la seconde dérivation Pratiquement tout

le courant de charge, ou au moins la majeure partie de celui-

ci, circule alors dans la seconde dérivation Ce détournement majeur est dû au fait que le pourcentage de détournement du courant de charge est en relation logarithmique inverse avec le rapport des chutes de potentiel aux bornes des dispositifs

MOSFET respectifs.

Lors du transfert du courant de charge de la première dérivation vers la seconde dérivation, le circuit 110 de commande ouvre le commutateur 28 de la première branche sensiblement dans des conditions de courant zéro Plus spécifiquement, il fournit une impulsion de courant sur la ligne 118 au dispositif 50 de commande de contacts qui ouvre

alors le contact 48 de pontage.

Ensuite, le circuit 110 de commande met hors circuit le dispositif FET 100 Plus spécifiquement, il commute le potentiel sur la ligne 120, et donc au niveau de la grille 114, pour le faire passer d'un potentiel positif à un potentiel zéro ou négatif Etant donné que la diode à jonction inhérente du dispositif 100 est alors polarisée en sens inverse, la conduction du dispositif 100 est bloquée. (Le dispositif 126 limite le potentiel aux bornes du dispositif 100 à une valeur admissible prédéterminée) Ceci entraîne le détournement du courant de charge dans la seconde

dérivation vers le dispositif 54 de détournement de courant.

Enfin, lors du détournement du courant de charge vers le dispositif 54 de détournement, le circuit 110 de commande ouvre le commutateur 98 dans des conditions de courant sensiblement égal à zéro Plus spécifiquement, une impulsion de courant est fournie par l'intermédiaire de la ligne 122 au

dispositif 108 de commande de contacts.

La figure 8 représente un schéma fonctionnel simplifié d'un mode de réalisation du détecteur 82 de courant et du circuit 110 de commande, y compris ses lignes de sortie 116, 118, 120 et 122 Cette disposition permet de détecter de

façon continue l'amplitude et le sens du courant de charge.

Si le courant de charge dépasse une valeur admissible maximale prédéterminée, le circuit de commande fournit des signaux de commande nécessaires à l'exécution du transfert de

courant et de l'opération de détournement décrits ci-dessus.

Les signaux de commande sont envoyés suivant une séquence prédéterminée D'abord, la grille du dispositif FET, dont la jonction de diode inhérente est alors polarisée en sens direct, passe à l'état arrêt, c'est-à-dire que son potentiel de grille est commuté pour passer vers une valeur zéro ou négative pour transférer son courant de charge vers l'autre dérivation parallèle Deuxièmement, le commutateur associé à ce dispositif FET est ouvert en réponse à un signal

d'impulsion de courant appliqué par le circuit de commande.

Troisièmement, la grille du dispositif FET de l'autre dérivation passe à l'état arrêt pour détourner le courant de

charge vers le dispositif de détournement de courant.

Quatrièmement, le commutateur associe à ce dispositif FET est ouvert en réponse à un signal d'impulsion de courant appliqué par le circuit de commande Ces opérations doivent etre effectuées non seulement suivant la séquence correcte mais également aux intervalles appropriés Dans le mode de réalisation de la figure 8 ces opérations sont effectuées successivement suivant des intervalles de temps prédéterminés Les instants auxquels apparaissent les impulsions de courant qui sont appliquées par le circuit de commande aux dispositifs de commande de contacts des commutateurs doivent correspondre au temps qui s'écoule entre l'application de l'impulsion de courant et l'ouverture subséquente du commutateur Les commutateurs du type propose précédemment par la Demanderesse, par exemple dans le brevet US No 4 644 309, s'ouvrent très rapidement Ils s'ouvrent en l'espace de quelques microsecondes a compter de l'application de l'impulsion de courant Par conséquent, dans le présent mode de réalisation, l'impulsion de courant destinée à l'ouverture d'un commutateur est émise peu après le passage à l'état non- conducteur ou bloqué de son dispositif FET associé Cependant, dans certains cas, il peut être souhaitable de fournir l'impulsion de courant plus tôt Par exemple, l'impulsion de courant pourrait être appliquée en même temps que le passage à l'état non-conducteur ou bloque du dispositif FET Dans certains cas, l'impulsion de courant pourrait même être appliquée avant le passage à l'état non conducteur du dispositif FET, par exemple, lors de l'utilisation de commutateurs moins rapides Ceci s'applique

aux divers modes de réalisation dont ceux des figures 5 à 7.

La séquence spécifique suivant laquelle les signaux de commande sont émis dépend du sens instantané du courant de charge lors du déclenchement du détournement et de l'interruption de courant Elle dépend, plus spécifiquement, de celui des deux dispositifs FET dont la diode à jonction

inhérente est polarisée en sens direct a l'instant concerné.

S'il s'agit du dispositif FET de la première dérivation des signaux de commande sont appliques initialement a ce dispositif FET et au commutateur de la première dérivation, et subséquemment au dispositif FET et au commutateur de la seconde dérivation Le dispositif 110 de commande de la figure 8 comprend une première chaîne de dispositifs ayant pour fonction de fournir des signaux de commande rythmés de manière appropriée si la diode à jonction inhérente du dispositif FET de la première dérivation est polarisée en sens direct Les signaux de commande produits par cette première cha Ine commandent sëquentiellement le dispositif FET et le commutateur 28 de la première dérivation et, subséquemment, le dispositif FET 100 et le commutateur 98 de la seconde dérivation Cependant, si la diode à jonction inhérente du dispositif FET de la seconde dérivation est polarisée en sens direct au cours du détournement et de l'interruption, des signaux de commande sont appliqués d'abord au dispositif FET et au commutateur de la seconde dérivation, et subséquemment au dispositif FET et au commutateur de la première dérivation Le circuit 110 de commande de la figure 8 comprend donc une seconde cha 5 ne de dispositifs ayant pour fonction de fournir ces signaux de commande Ces signaux de la seconde chaîne rythmés de manière appropriée, commandent séquentiellement le dispositif

FET 100 et le commutateur 98 de la seconde dérivation et.

subséquemment, le dispositif FET 30 et le commutateur 98 de

la première dérivation.

Le mode de réalisation va maintenant étre décrit en référence à la figure 8 Le détecteur de courant 82 comprend un enroulement secondaire autour de la ligne 94 de courant de charge Celui-ci constitue un transformateur de courant dont la sortie est couplée, par l'intermédiaire de lignes 112 ' et

112 ", au circuit 110 de commande représenté en trait brise.

Les composants décrits ci-après se trouvent tous a l'intérieur du circuit 110 de commande Les lignes 112 ' et 112 " sont reliés dans une première boucle série comprenant la diode D 1, la résistance 128 de charge et la diode D? Les diodes sont polarisées en vue d'une conduction unidirectionnelle de manière à ce que la circulation du courant de charge dans le sens borne 22 borne 20 (figure 7) produise une tension aux bornes de la résistance 128 Cette tension se produit donc chaque fois que la diode inhérente du dispositif FET 30 est polarisé en sens directe La sortie de la résistance 128 est appliquée au dispositif 130 par l'intermédiaire de la ligne 132 Le dispositif 130 permet d'assurer tout le filtrage du signal de demi-onde nécessaire à l'élimination de transitoires indésirables qui seraient susceptibles autrement de déclencher de manière incorrecte une interruption de courant La sortie du dispositif 130 est appliquée à une première entrée 136 d'un comparateur 134 Une source de tension de référence c c VREF est appliquée à une seconde entrée 138 du comparateur Le potentiel de référence est réglé sur une valeur équivalente à la valeur admissible maximale du courant de charge Si le courant de charge dépasse cette valeur maximale, c'est-à-dire si la valeur du signal présent au niveau de la première entrée 136 dépasse le potentiel de référence de la seconde entrée 138, la sortie du comparateur est commutée pour passer d'une première valeur, par exemple une limite de saturation négative, à une seconde valeur, par exemple une limite de saturation positive Cette transition a pour effet de déclencher des signaux de commande qui transfèrent le courant de charge de la première dérivationvers la seconde dérivation, qui détournent le courant de charge vers le dispositif de

détournement de courant, et qui ouvrent les commutateurs.

La sortie 140 du comparateur est appliquée au circuit PET 1 de mise en forme de signaux Ce dernier fournit un niveau de sortie de repos approprie, par exemple de zero volt, ainsi qu'un signal de déclenchement correctement mis en forme, par exemple une impulsion positive, en réponse a la transition de la sortie du comparateur La sortie du circuit FETI est fourni à une entrée de la première porte OU 142 et à l'entrée du circuit SW, de retard En réponse à une impulsion présente au niveau d'au moins l'une de ses entrées, la porte OU fournit une impulsion de sortie au circuit 144 de mise en forme d'impulsions La sortie du circuit 144 est couplée, par l'intermédiaire de la ligne 116, à la grille 40 du dispositif MOSFET 30 de la première branche Le circuit 144 fournit normalement une tension positive à la grille 40 en vue de la conduction du dispositif MOSFET 30 Cependant, en réponse à une transition de la sortie du comparateur, sa sortie est commutée pour passer à un potentiel zero ou négatif pendant une période de temps suffisante pour assurer le transfert de courant de charge de la première dérivation à la seconde dérivation Le circuit SW, à retard a une sortie au repos, par exemple de niveau zéro, mais il produit une impulsion de sortie à un instant prédéterminé suivant l'apparition de l'impulsion fournie à son entrée par le dispositif FET, L'impulsion de sortie de SW 1 est fournie à

une entrée de la porte OU 146 et au dispositif FET 2 à retard.

La porte OU 146 fournit, en réponse à une impulsion appliquée à son entrée, une impulsion de sortie à un générateur 148 d'impulsions de courant Le dispositif 148 fournit une impulsion de courant par l'intermédiaire de la ligne 118 au dispositif 50 de commande de contacts pour ouvrir le

commutateur 28 du premier circuit de dérivation.

Le dispositif FET 2 à retard a également une sortie de repos, par exemple, de niveau zéro et il produit une impulsion de sortie à un instant prédéterminé suivant l'apparition de l'impulsion fournie à son entrée par le dispositif SW 1 L'impulsion de sortie du dispositif FET 2 est fournie à une entrée d'une troisième porte OU 150 et a l'entrée du dispositif SW 2 La sortie correspondante de la porte OU 150 est fournie à un circuit 152 de mise en l'orme d'impulsions, qui est du même type que celui du circuit 144 de mise en forme d'impulsions La sortie du circuit 152, qui est reliée par l'intermédiaire de la ligne 120 a la grille 114 du dispositif MOSFET 100, est commutée d'un potentiel positif vers un potentiel zéro ou négatif en réponse a l'impulsion de sortie du dispositif FET 2 Ceci a pour effet de détourner le courant de charge de la seconde dérivation

vers le dispositif 54 de détournement de courant.

Enfin, le dispositif SW 2, qui correspond en termes de type et de fonction, au dispositif SW 1, fournit une impulsion

de sortie à une entrée d'une quatrième porte OU 154.

L'impulsion de sortie de cette porte OU, qui se produit à un instant prédéterminé suivant l'apparition de l'impulsion appliquée à l'entrée du dispositif SW 2, est appliquée au générateur 156 d'impulsions Le dispositif 156 fournit une impulsion de courant par l'intermédiaire de la ligne 122 au dispositif 108 de commande de contacts pour ouvrir le

commutateur 98 du second circuit de dérivation.

La partie décrite ci-dessus du circuit de commande fournit des signaux de commande pour divertir et interrompre le courant de charge en réponse à la détection de courants de surcharge au cours d'intervalles dans lesquels un courant de charge c a circule dans une premier sens prédéterminé, c'est-à-dire de la borne 22 à la borne 20 Un système équivalent supplémentaire assure cette fonction au cours des intervalles lors desquels un courant de charge c a circule dans le sens opposé, c'est-à-dire de la borne 20 à la borne 22 Les lignes 112 ' et 112 " d'entrée de circuit de commande sont reliées dans une seconde boucle série comprenant la diode D:* la résistance 158 de charge et la diode D 4 Ces diodes sont polarisées en vue d'une conduction unidirectionnelle de sorte que la circulation de courant de charge dans le sens borne 20 borne 22 a pour effet de produire une tension aux bornes de la résistance 158 Cette tension apparaît donc chaque fois que la diode à jonction inhérente du dispositif FET 100, de la seconde branche, est polarisée en sens direct La sortie de la résistance 158 est appliquée par l'intermédiaire du dispositif 160 de filtrage à une première entrée 164 du comparateur 162 Le dispositif 160 correspond au dispositif 130 et assure les fonctions de filtrage de ce dernier Le potentiel de référence c c, VREF, est appliqué à une seconde entrée 166 du comparateur 162 Si le courant de charge dépasse sa valeur admissible maximale, la sortie du comparateur 162 est commutée de la manière décrite plus haut Cette transition a pour effet de déclencher les signaux de commande qui transfèrent le courant de charge de la seconde dérivation à la première dérivation, qui détournent le courant de charge vers le dispositif de

détournement de courant et qui ouvrent les commutateurs.

La sortie du comparateur 162 est appliquée séquentiellement à une seconde chaene de dispositifs qui correspondent à ceux de la première chaîne, décrite précédemment Ainsi, la sortie du comparateur est reliée à l'entrée du circuit FETA de mise en forme d'impulsions, qui correspond au circuit FET 1 La sortie de FET 2 A est reliée en

cascade aux dispositifs SWA, FETA et SWI,, respectivement.

Chacun de ces dispositifs correspond a son homologue de la première chaîne, c'est-à-dire SWZA à SWI, FET 1 e à FET 2 et SWA à SW 2 Le fonctionnement de cette chaïne correspond a celui de la première chaîne à l'exception de la séquence des signaux de commande La première chaîne produit des signaux de commande pour la première dérivation avant ceux qui sont destinés à la seconde dérivation, suivant la séquence FET 1, SW 1, FET 2, SW 2 La seconde charne produit des signaux de commande pour la seconde dérivation avant ceux qui sont destinés à la première dérivation, suivant la séquence FET 2 A, SW 2 A, FE Ti A, SWIA Les sorties des dispositifs de la seconde chaene sont fournies aux secondes entrées des portes OU décrites précédemment de manière à éviter une redondance des circuits de mise en forme d'impulsions et de génération d'impulsions, ainsi que des lignes de commande Ainsi, les impulsions appliquées soit par la première chaîne soit par la

seconde chaîne vont génerer le signal de commande correcte.

Les sorties des dispositifs de la seconde chaîne sont reliés, bien entendu, aux entrées des portes OU qui déclenchent le signal de commande approprié Plus spécifiquement, les sorties du dispositif sont reliées aux secondes entrées des portes OU de la manière suivante: FETA à la porte OU 150; SW 2 A à la porte OU 154; FETIA à la porte OU 142; et SWIA a la porte

OU 146.

Il sera évident pour l'homme de l'art que, tandis que certains modes de réalisation ont été décrits, des modifications peuvent être apportées auxdits modes de réalisation décrits sans sortir de l'esprit et du cadre véritables de l'invention Par exemple, les modes de réalisation décrits dans ces présentes peuvent utiliser des transistors reliés en parallèle et des ensembles de contacts séparables pour permettre la prise en charge de courants plus élevés et pour permettre d'utiliser plusieurs structures de contacts séparables Plus spécifiquement, ils peuvent utiliser une pluralité de dispositifs semi-conducteurs reliés en parallèle au lieu d'un seul dispositif, plusieurs ensembles de contacts séparables reliés en parallèle au lieu d'un seul ensemble de contacts séparables, ou des ensembles de contacts séparables et de dispositifs semi-conducteurs reliés en parallèle, au lieu d'un seul ensemble de contacts

séparables et d'un seul dispositif semi-conducteur.

-33

Claims (15)

REVENDICATIONS

1 Système réagissant à une commande d'interruption de courant pour interrompre rapidement la circulation d'un courant de charge depuis une source de courant alternatif vers une charge électrique indépendamment du sens du courant de charge lors de l'apparition de la commande d'interruption de courant, caractérisé en ce qu'il comprend: a des moyens de commutation comprenant des moyens de contact séparables; b des moyens d'impédance commandés reliés en série avec lesdits moyens de contact séparables entre une source de courant alternatif et une charge électrique; c lesdits moyens d'impédance commandés comprenant une pluralité de transistors à effet de champ comprenant des électrodes de source, de drain et de grille; lesdits transistors à effet de champ étant capables de conduction bilatérale et de blocage de courant unilatéral, mais non pas bilatéral, entre les électrodes de source et de drain du fait qu'ils ont une jonction inhérente unique; d ladite pluralité de transistors à effet de champ étant polarisés, en fonctionnement normal, en vue d'une conductivité maximale entre leurs électrodes de source et de drain de sorte que la circulation du courant de charge produit une chute de tension minimale aux bornes des moyens d'impédance commandés; e au moins une paire desdits transistors à effet de champ étant reliée de manière à ce que leurs électrodes de source et de drain soient de polarité opposée en vue d'une circulation de courant, en fonctionnement normal, de l'électrode de drain à l'électrode de source de l'un des transistors de ladite paire, et de l'électrode de source à l'électrode de drain de l'autre transistor de ladite paire; f des moyens de commande réagissant à une commande d'interruption de courant pour faire varier la polarisation appliquée et reliés en circuit avec au moins l'électrode de grille de l'un des transistors de ladite paire pour réduire la conductivité entre les électrodes de source et de drain d'au moins un transistor de ladite paire de transistors à effet de champ afin d'augmenter la chute de tension, produite aux bornes desdits moyens d'impédances commandés, indépendamment du sens de circulation du courant de charge lors de l'apparition de la commande d'interruption de courant; g des moyens de détournement de courant reliés dans circuit parallèle avec les moyens de contact séparables et les moyens d'impédance commandés reliés en série pour détourner temporairement la circulation de courant de charge lors d'une augmentation de la chute de tension aux bornes des moyens d'impédance commandés; et h des moyens pour ouvrir lesdits moyens de contact séparables lors du détournement du courant de charge vers les

moyens de détournement de courant.

2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les transistors à effet de champ de ladite paire sont reliés dos à dos dans un circuit en série, l'électrode de drain ou l'électrode de source de l'un des transistors à effet de champ étant relié à une électrode de même type de

l'autre desdits transistors.

3 Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les transistors à effet de champ reliés dos à dos de ladite paire sont reliés dans un circuit série avec lesdits moyens de contact séparables de sorte que, en fonctionnement normal, le courant de charge circule dans les électrodes de drain et de source des transistors à effet de champ de ladite

paire.

4 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'impédance commandés comprennent en outre un transformateur ayant un enroulement primaire et un enroulement secondaire; ledit enroulement primaire étant relié dans un circuit série avec lesdits moyens de contact séparables de manière à conduire le courant de charge en fonctionnement normal, et ledit enroulement secondaire étant relié dans un circuit série bouclé avec les transistors

reliés dos à dos de ladite paire.

5 Système selon l'une quelconque des revendications 2,

3 ou 4, caractérisé en ce que les électrodes de grille des transistors reliés dos à dos sont reliées en parallèle et en ce que lesdits moyens de commande ont une sortie couplée aux électrodes de grille susmentionnées et à la jonction des

transistors reliés dos à dos.

6 Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de détection de courant fournissant auxdits moyens de commande un signal représentatif de la valeur du courant de charge, lesdits moyens de commande faisant commuter leur sortie en réponse au dépassement par le courant de charge d'une valeur prédéterminée de manière telle qu'au moins l'un des transistors reliés dos à dos soit commuté de l'état

conducteur à l'état bloqué.

7 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que: a lesdits moyens de commutation comprennent des premiers et des seconds moyens de contact séparables reliés, respectivement, en série avec des premier et second transistors de ladite paire de transistors à effet de champ de manière à constituer un premier circuit de dérivation comprenant les premiers moyens de contact séparables et le premier transistor à effet de champ reliés en série et un second circuit de dérivation comprenant les seconds moyens de contact séparables et le second transistor à effet de champ reliés en série; b lesdits premier et second circuits de dérivation étant reliés dans un circuit parallèle l'un à l'autre et auxdits moyens de détournement de courant de manière telle que les électrodes de drain et de source, et donc les diodes de la jonction inhérente, des premier et second transistors à effet de champ soient de polarité opposée, les unes par rapport aux autres; c lesdits moyens de commande comprenant en outre: 1 des premiers moyens réagissant à une commande d'interruption de courant pour augmenter le potentiel entre les électrodes de drain et de source de l'un desdits transistors dont la jonction inhérente est à polarisation directe de manière à transférer le courant de charge de l'un à l'autre desdits circuits de dérivation, et pour, subséquemment, ouvrir les moyens de contact séparables de l'un desdits circuits de dérivation;

2 des seconds moyens pour mettre dans l'état bloqué le transistor dont la jonction inhérente est à polarisation inverse de manière à transférer le courant de charge de l'autre desdits circuits en dérivation auxdits moyens de détournement de courant et pour, subséquemment, ouvrir les moyens de contact séparables de l'autre desdits circuits

de dérivation.

8 Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits premiers et seconds moyens des moyens de commande comprennent collectivement: a un premier circuit pour commuter la polarisation de grille du premier transistor de la paire de transistors à effet de champ d'un état de conduction afin d'effectuer le transfert de courant de charge, et pour, subséquemment, ouvrir les premiers moyens de contact séparables; b un second circuit pour commuter la polarisation de grille du second transistor de la paire de transistors à effet de champ d'un état de conduction afin d'effectuer le transfert de courant de charge et pour, subséquemment, ouvrir les seconds moyens de contact séparables; c des moyens réagissant à une commande d'interruption de courant pour activer séquentiellement l'un, puis l'autre, desdits premier et second circuits; et d des moyens réagissant au sens du courant de charge lors de l'apparition de la commande d'interruption de courant pour activer initialement l'un des premier et second circuits qui fait commuter la polarisation de grille de l'un desdits transistors dont la jonction

inhérente est alors polarisée en sens direct.

9 Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de détection de courant fournissant auxdits moyens de commande un signal représentatif de la valeur du courant de charge, et lesdits moyens de commande adaptés pour produire une commande d'interruption de courant en réponse à une valeur de courant

de charge excessive.

Système réagissant à une commande d'interruption de courant pour interrompre rapidement la circulation d'un courant de charge depuis une source de courant alternatif vers une charge électrique indépendamment du sens du courant de charge lors de l'apparition de la commande d'interruption de courant, caractérisé en ce qu'il comprend: a des moyens de contact séparables; b des moyens d'impédance commandés reliés en série avec lesdits moyens de contact séparables; c des moyens formant bornes servant à relier entre une source de courant alternatif et une charge électrique les moyens d'impédance commandés et les moyens de contact séparables reliés en série; d lesdits moyens d'impédance commandés comprenant au moins une paire de transistors à effet de champ comprenant des électrodes de source, de drain et de grille; e au moins une paire de transistors à effet de champ reliés dos à dos dans un circuit série, l'électrode de drain ou de source de l'un étant reliée à une électrode de même type de l'autre; f des moyens de commande reliés en circuit avec les électrodes de grille des transistors à effet de champ reliés dos à dos et réagissant à une commande d'interruption de courant pour réduire la conductivité entre les électrodes de source et de drain d'au moins un des transistors reliés dos à dos et pour augmenter la chute de tension aux bornes desdits moyens d'impédance commandés indépendamment du sens de circulation du courant de charge lors de l'apparition de la commande d'interruption de courant; g des moyens de détournement de courant reliés dans un circuit en parallèle avec les moyens de contact séparables et les moyens d'impédance commandés reliés en série pour détourner la circulation du courant de charge temporairement lors d'une augmentation de la chute de tension aux bornes des moyens d'impédance commandés; et h des moyens servant à ouvrir lesdits moyens de contact séparables lors du détournement du courant de charge vers les

moyens de détournement de courant.

11 Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que la paire de transistors à effet de champ est reliée dans

un circuit série avec lesdits moyens de contact séparables.

12 Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens d'impédance commandés comprennent en outre un transformateur ayant un enroulement primaire et un enroulement secondaire; ledit enroulement primaire étant relié dans un circuit série avec lesdits moyens de contact séparables et ledit enroulement secondaire étant relié dans

un circuit série bouclé aux transistors reliés dos à dos.

13 Système réagissant à une commande d'interruption de courant pour interrompre rapidement la circulation de courant de charge vers une charge électrique indépendamment du sens du courant de charge lors de l'apparition de la commande d'interruption de courant, caractérisé en ce qu'il comprend: a des premiers et seconds moyens de contact séparables; b des premier et second transistors à effet de champ ayant des électrodes de source, de drain et de grille; c un premier circuit de dérivation comprenant lesdits premiers moyens de contact reliés en série avec l'électrode de source du premier des transistors; d un second circuit de dérivation comprenant lesdits seconds moyens de contact reliés en série avec l'électrode de drain du second des transistors; e des moyens de détournement de courant servant à détourner temporairement le courant de charge; f lesdits premier et second circuits de dérivation et lesdits circuits de détournement de courant étant reliés dans un circuit parallèle avec des moyens formant bornes aptes à être reliés entre une source de courant alternatif et une charge électrique; g des moyens de commande ayant des sorties reliées en circuit avec les électrodes de grille des premier et second transistors et réagissant à une commande d'interruption de courant pour transférer séquentiellent le courant de charge de l'un à l'autre desdits circuits de dérivation et aux moyens de détournement de courant et pour ouvrir séquentiellement les uns et les autres desdits moyens de

contact séparables.

14 Système selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits transistors à effet de champ sont du type ayant une seule jonction inhérente de manière telle que des signaux appliqués à leur électrode de grille puissent interrompre seulement un courant circulant dans un sens, et non pas dans l'autre sens, entre les électrodes de source et de drain, lesdits moyens de commande comprenant en outre: a des premiers moyens réagissant à une commande d'interruption de courant pour augmenter le potentiel entre les électrodes de drain et de source de celui des premier et second transistors dont la jonction inhérente est à polarisation directe de manière à transférer le courant de charge de celui desdits circuits de dérivation qui contient ledit transistor vers l'autre desdits circuits de dérivation, et pour, subséquemment, ouvrir les moyens de contact séparables dudit circuit de dérivation; b des seconds moyens pour mettre dans l'état bloqué l'autre desdits premier et second transistors dont la jonction est à polarisation inverse de manière à transférer le courant de charge de l'autre des circuits de dérivation vers les moyens de détournement de courant et pour, subséquemment, ouvrir les moyens de contact séparables de

l'autre desdits circuits de dérivation.