FR2686700A1

FR2686700A1 - ANALOG MULTIPLEXER PROTECTED AGAINST STRONG INPUT VOLTAGES.

Info

Publication number: FR2686700A1
Application number: FR9200715A
Authority: FR
Inventors: Rahban Thierry
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-01-23
Filing date: 1992-01-23
Publication date: 1993-07-30
Also published as: WO1993015540A1; AU3502793A; FR2686700B1

Abstract

A simplified analogue multiplexer circuit intrinsically protected against high input overvoltages having a temperature-compensated low offset voltage. The circuit is particularly suitable for semiconductor power switch on-state voltage measuring circuits.

Description

La présente invention concerne les portes analogiques de mesure protégées contre des tensions très élevées. The present invention relates to analog measurement gates protected against very high voltages.

L'homme de l'art connaît de nombreux types de portes analogiques permettant soit la recopie à leur sortie d'une tension d'entrée donnée, soit l'isolation de la sortie par rapport à cette entrée, suivant la polarité d'une commande K. Those skilled in the art know many types of analog doors allowing either the copying at their output of a given input voltage, or the isolation of the output relative to this input, according to the polarity of a command. K.

Ces portes analogiques peuvent sélectionner une entrée parmi plusieurs et sont alors qualifiées de multiplexeurs analo- giques. La plupart des portes analogiques disponibles actuellement ont une dynamique de tension d'entrée assez réduite, nu-deld de laquelle il y a risque de destruction de la porte.These analog gates can select an input from among several and are therefore qualified as analog multiplexers. Most analog doors currently available have a fairly low input voltage dynamic range, nu-deld of which there is a risk of destruction of the door.

Il est alors très souvent nécessaire de protéger leurs entrées avec un réseau d'écrêtage apte à limiter le signal d'entrée à des niveaux acceptables. C'est le cas par exemple de la mesure de la tension de travail d'interrupteurs semi- conducteurs haute tension, ces interrupteurs pouvant générer des tensions de rupture considérables. Toutefois le nombre, le coût et la surface occupée par l'ensemble des éléments des portes et de leurs réseaux de protection peuvent etre jugés excessifs dans certaines applications, surtout si la fiabilité du système en est pénalisée.It is then very often necessary to protect their inputs with a clipping network capable of limiting the input signal to acceptable levels. This is the case for example of the measurement of the working voltage of high-voltage semiconductor switches, these switches being able to generate considerable breaking voltages. However, the number, the cost and the surface occupied by all of the elements of the doors and of their protective networks can be considered excessive in certain applications, especially if the reliability of the system is penalized.

C'est pourquoi l'invention a pour but de fournir un circuit de porte analogique protégée contre les surtensions importantes et réclamant un nombre minimal de composants. This is why the invention aims to provide an analog door circuit protected against large overvoltages and requiring a minimum number of components.

Ce problème est résolu en unifiant en un seul circuit très simple la fonction de porte d'isolation et la fonction de réseau de protection. Le montage est adaptable à la mesure de tensions négatives aussi bien que positives et convient particulièrement à la mesure dans les circuits de puissance. This problem is solved by uniting the function of the isolation gate and the function of the protection network in a single very simple circuit. The assembly is adaptable to the measurement of negative as well as positive voltages and is particularly suitable for measurement in power circuits.

D'autres caractéristiques et avantages de l invention apparaitront avec la description qui va suivre de certains de ses modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins ci-annexés sur lesquels:
- La figure 1 représente un multiplexeur analogique à N entrées réalisé suivant l'invention, protégé contre des surtensions d'entrée essentiellement positives.Other characteristics and advantages of the invention will appear with the following description of some of its embodiments given by way of nonlimiting examples, with reference to the attached drawings in which:
- Figure 1 shows an analog multiplexer with N inputs produced according to the invention, protected against essentially positive input overvoltages.

- La figure 2 représente une variante de multiplexeur suivant l'invention protégé contre des surtensions d'entrée essentiellement négatives. - Figure 2 shows a variant of the multiplexer according to the invention protected against essentially negative input overvoltages.

On peut reconnaître sur la figure i les différents éléments d'un multiplexeur analogique suivant l'inventions apte à accepter des signaux bipolaires d'entree mais particulière- ment protégé contre de fortes surtensions positives d'entrée. We can recognize in Figure i the different elements of an analog multiplexer according to the invention capable of accepting bipolar input signals but particularly protected against strong positive input overvoltages.

Chaque entre VN, N étant un entier naturel positif pouvant tre égal à t dans le cas d'une porte analogique simple, est prise en charge par un module de porte 20-N, aux fonctions d'isolation et de protection. Les sorties des N modules sont réunies en un point commun A qui est connecté à la sortie Vs, dans une première variante de l'invention, par un tronçon de résistance nulle dans lequel un générateur de courant négatif 8 fait circuler un courant égal à la moitié d'un courant I de référence (un générateur de courant négatif doit etre entendu comme une source de courant constant s'écoulant vers un point au potentiel plus négatif que le point d'application, alors qu'un générateur de courant positif fournit son courant constant à partir d'un potentiel plus positif que le point d'application).Each between VN, N being a positive natural integer which may be equal to t in the case of a simple analog gate, is taken care of by a gate module 20-N, with isolation and protection functions. The outputs of the N modules are brought together at a common point A which is connected to the output Vs, in a first variant of the invention, by a section of zero resistance in which a negative current generator 8 circulates a current equal to the half of a reference current I (a negative current generator must be understood as a constant current source flowing towards a point with more negative potential than the point of application, whereas a positive current generator provides its constant current from a more positive potential than the point of application).

Chaque porte 20-N contient un générateur de courant 1 positif fournissant un courant de valeur I à un point d'application B. De ce point partent au moins trois branches, la première branche menant à un potentiel 9 négatif ou nul au travers d'un interrupteur 2, la deuxième et la troisième branches menant à l'entrée VN et au point A respectivement, au travers des redresseurs 4 et 3 et des résistances 5 et 7 respectivement. La première branche permet d'isoler la porte 20-N, en fermant l'interrupteur 2 par une commande KN. Tout le courant I est alors court-circuit vers le potentiel 9 et ne peut s'écouler dans les deux autres branches; le redresseur s se retrouvant en inverse, la porte est donc isolée. On remarquera que le montage permet d'isoler des signaux d'entrées plus négatifs que le potentiel 9, mais que le courant d'entrée n'est alors limité que par la résistance 5. Each gate 20-N contains a positive current generator 1 supplying a current of value I to an application point B. From this point at least three branches leave, the first branch leading to a negative or zero potential 9 through a switch 2, the second and third branches leading to the input VN and to point A respectively, through rectifiers 4 and 3 and resistors 5 and 7 respectively. The first branch isolates door 20-N, by closing switch 2 with a KN command. All the current I is then short-circuited to the potential 9 and cannot flow in the two other branches; the rectifier is found in reverse, the door is therefore isolated. It will be noted that the assembly makes it possible to isolate input signals more negative than the potential 9, but that the input current is then limited only by the resistor 5.

La porte est en mode recopie lorsque l'interrupteur est ouvert. Le générateur de courant 8 imposant un courant
I/2 dans la troisième branche, le courant de la deuxième branche lui devient approximativement égal, à la précision près du rapport des courants des générateurs i et 8. De ce fait les chutes de tension dans ces deux branches se compen sent exactement, car les valeurs des composants de ces branches sont identiques. Mieux encore, les variations en température du seuil du redresseur 4 peuvent être exactement compensées par celle du redresseur 3. Le point A "recopie" donc la tension VN de l'entrée qui a été sélectionnée. The door is in copy mode when the switch is open. The current generator 8 imposing a current
I / 2 in the third branch, the current of the second branch becomes approximately equal to it, with the precision close to the ratio of the currents of the generators i and 8. Therefore the voltage drops in these two branches are compensated exactly, because the values of the components of these branches are identical. Better still, the variations in temperature of the threshold of the rectifier 4 can be exactly compensated by that of the rectifier 3. The point A therefore "copies" the voltage VN of the input which has been selected.

Le montage supporte sans conséquence grave que plusieurs entrées soient sélectionnées simultanément. Dans ce cas, c'est la tension la plus positive qui apparat en sor tie, les autres entres étant naturellement isoles par le redresseur 3 polarisé en inverse. The installation supports without serious consequence that several inputs are selected simultaneously. In this case, it is the most positive voltage which appears at the output, the other inputs being naturally isolated by the rectifier 3 polarized in reverse.

Le montage peut supporter d'importantes surtensions positives d'entrée, qui seront isolées par le redresseur 4. The assembly can withstand significant positive input overvoltages, which will be isolated by the rectifier 4.

Celui-ci sera, si nécessaire, réalisé avec plusieurs diodes en série, de façon à multiplier sa tenue en tension de claquage. La résistance 5 sert principalement à limiter le courant instantane traversant ce redresseur lorsqu'il est en phase de recouvrement inverse. On pourra être amené à renfor- cer cette protection en connectant au point B une diode 6 d'écrêtage à un potentiel positif 10 qui limitera la tension en ce point à des valeurs acceptables. Si au contraire le redresseur 4 est particulièrement rapide, les résistances 5 et 7 pourront être remplacées par des court-circuits. Il existe de nombreuses façons connues de réaliser les générateurs de courant 1 et 8, qui ne seront pas détaillées ici.This will, if necessary, be carried out with several diodes in series, so as to multiply its resistance to breakdown voltage. Resistor 5 is mainly used to limit the instantaneous current flowing through this rectifier when it is in reverse recovery phase. It may be necessary to reinforce this protection by connecting at point B a clipping diode 6 to a positive potential 10 which will limit the voltage at this point to acceptable values. If on the contrary the rectifier 4 is particularly fast, the resistors 5 and 7 may be replaced by short circuits. There are many known ways of making current generators 1 and 8, which will not be detailed here.

Dans une approche moins modulaire, le fonctionnement du montage reste inchangé en remplaçant les N résistances 7 par une seule résistance de me me valeur située entre le point A et Vs, ce qui represente un gain intéressant en composants. In a less modular approach, the operation of the assembly remains unchanged by replacing the N resistors 7 with a single resistor of the same value located between point A and Vs, which represents an interesting gain in components.

L'homme de l'art réalisera sans difficulté que ce montage est transposable de façon simple pour protéger contre des surtensions fortement négatives: il suffit d'inverser les polarités de tous les redresseurs et des générateurs de courants et de potentiel, comme l'indique la figure 2, sur laquelle on constatera par ailleurs que la résistance 7 a été centralisée. Those skilled in the art will easily realize that this arrangement can be transposed in a simple manner to protect against strongly negative overvoltages: it suffices to reverse the polarities of all the rectifiers and of the current and potential generators, as indicated Figure 2, in which we will also see that the resistor 7 has been centralized.

L'invention s'applique particulièrement aux circuits de mesure de tensions devant accepter de fortes surtensions d'entrées, par exemple pour le contrôle de la tension à l'état passant d'interrupteurs semi-conducteurs de puissance. The invention is particularly applicable to circuits for measuring voltages having to accept high input overvoltages, for example for controlling the voltage in the on state of power semiconductor switches.

Claims

Vs by a non-resistive link in which a current 1/2 is imposed by a negative current generator 8 connected to the output Vs, each module 20-N comprising a positive current generator 1 supplying at point B a current I which is either short-circuited in a first branch at a negative or zero potential 9 by a switch 2 controlled by a KN input when the VN input is not selected, or distributed equally in a second branch leading to the input VN consisting of rectifier 4 and a resistor 5, and in a third branch identical to the second branch but leading to point A and consisting of rectifier 3 and a resistor 7, the rectifiers 3 and 4 being oriented to allow passage current and can be made up of several dipods in series to raise the voltage protection of the inputs, resistors 5 and 7 can be replaced by short-circuits when the recovery current The reverse of rectifier 4 is of low value.

VN being connected to a 20-N module, the outputs of these N modules being combined at a common point A connected to the output

i- Analog multiplexer circuit allowing the copying at its output Vs of an input chosen from N between VN, N being a natural integer greater than 0, characterized in that it simultaneously ensures the function of protection of the inputs against strong positive overvoltages , each entry

SELL ICÀTIONS

2- Circuit according to the preceding claim, a fourth branch consisting of a diode 6 in series with a positive potential 10 being connected to point B to limit the positive voltage there during recovery of the rectifier 4.

3- Circuit according to any one of the preceding claims, the resistors 7 being deleted in the third branch and a resistor of the same value as the resistor 5 being inserted between the point A and the output Vs.

4- Circuit according to any one of the preceding claims, modified in that it no longer protects against strong positive overvoltages but against strong negative overvoltages by the inversion of the polarity of all the diodes and of all the current generators and potential.