FR2744295A1

FR2744295A1 - Circuit de protection de dispositifs de commutation de puissance elevee

Info

Publication number: FR2744295A1
Application number: FR9700764A
Authority: FR
Inventors: Vijay Mangtani
Original assignee: International Rectifier Corp USA
Current assignee: Infineon Technologies Americas Corp
Priority date: 1996-01-26
Filing date: 1997-01-24
Publication date: 1997-08-01
Anticipated expiration: 2017-01-24
Also published as: TW398105B; US5687049A; GB9701344D0; FR2744295B1; ITMI970134A1; JP3764234B2; GB2309597B; DE19702134A1; KR970060623A; KR100417837B1; SG66347A1; GB2309597A; IT1289196B1; JPH09233838A

Abstract

L'invention concerne un circuit de protection. Elle se rapporte à un circuit qui comprend un circuit redresseur, des dispositifs de puissance (42 à 46) connectés en série entre un côté supérieur et un côté inférieur de bus continu, une commande d'activation des dispositifs de puissance, un circuit (120, 122, 124) de détection, un élément de circuit de détection de courant, et un circuit de commande destiné à détecter une surintensité ou un courant de court-circuit et à interrompre le fonctionnement d'un dispositif par l'intermédiaire du dispositif de pilotage de grille. Le circuit (120, 122, 124) assure la protection d'un dispositif de puissance, cycle par cycle, jusqu'à ce qu'un signal d'entrée soit supprimé par le circuit de commande. Application à la protection des dispositifs de commutation.

Description

La présente invention concerne les dispositifs à semi-

conducteur de puissance et, plus précisément, elle concerne un procédé et un circuit destinés à protéger les circuits de puissance, par exemple des circuits de conversion de puissance, contre les défauts constitués par la mise en court-circuit d'une phase et d'une autre phase ou de la

masse, les surtensions et les surintensités.

La présente invention concerne da façon très générale le problème de la protection des dispositifs, tels que les transistors bipolaires à grille isolée IGBT et les autres dispositifs à semi-conducteur de puissance sans maintien qui sont utilisés dans des applications à puissance élevée dans lesquelles les dispositifs peuvent être détériorés dans

certaines conditions de surintensité. Par raison de briè-

veté, la description qui suit concerne les transistors

bipolaires à grille isolée IGBT, mais il faut noter que le procédé et le circuit selon la présente invention

s'appliquent aussi de façon générale aux dispositifs à semi-

conducteur de puissance.

Les convertisseurs à transistors IGBT rencontrent un certain succès dans diverses applications de conversion

d'énergie. Dans une application, ces convertisseurs trans-

forment une tension continue de bus en signaux de sortie sous forme d'une tension alternative monophasée ou triphasée. Les transistors IGBT ont une capacité limitée de

surcharge ou une tolérance limitée aux défauts. En conse-

quence, il faut des circuits de détection et de protection à action rapide pour détecter un défaut éventuel, tel qu'un court-circuit, et interrompre le pilotage de la grille du dispositif de puissance en cas de défaut, d'une manière

suffisamment rapide pour empêcher la destruction du dispo-

sitif. Les défauts liés à des courants excessifs peuvent être classés essentiellement en défauts de court-circuit et en

défauts de surintensité.

Les défauts de court-circuit se produisent lorsque le dispositif de puissance qui transmet un courant est obligé de transmettre des intensités excessives de courant, habituellement par un trajet qui ne concerne pas la charge connectée au circuit de conversion de puissance. Etant donné l'intensité élevée, la tension aux bornes du dispositif s'élève à une valeur élevée qui dépend de la tension continue du bus, de l'impédance ou d'autres dispositifs du

trajet de défaut, ainsi que des caractéristiques intrin-

sèques du dispositif. La tension élevée aux bornes du dispositif provoque à son tour des pertes excessives de puissance dans le dispositif, qui provoquent une surchauffe et une destruction. En conséquence, il est nécessaire

d'interrompre rapidement le fonctionnement du circuit d'ali-

mentation lors de l'apparition d'un défaut de mise en court-

circuit afin qu'il évite la destruction.

La catégorie précitée des défauts de mise en court-

circuit peut elle-même être subdivisée en trois sous-

catégories. a) Court-circuit entre deux phases. Ce type de défaut se produit lorsqu'au moins deux sorties du convertisseur sont reliées. Le courant de court-circuit circule du bus positif vers le bus négatif du circuit par l'intermédiaire des dispositifs de puissance qui transmettent le courant de défaut. b) Court-circuit entre une phase et la masse. Ce type de défaut se produit lorsqu'une sortie au moins du convertisseur est relié à la masse. Le courant peut circuler soit du bus continu positif à la masse, soit du bus continu négatif à la masse, suivant le dispositif qui conduit le courant de court-circuit c) Défaut de surtension. Lorsque deux dispositifs d'une même branche du circuit convertisseur (par exemple des dispositifs connectés en série) sont mis simultanément à l'état conducteur ou lorsqu'un dispositif est mis à l'état conducteur afin qu'il transmette un courant dans un dispositif qui conduit ou qui est en court-circuit dans la même branche, un courant excessif circule du bus positif

vers le bus négatif dans les dispositifs de la même branche.

En fait, ce type de défaut est analogue à un défaut de court-circuit entre deux phases, et, comme on peut le montrer, il peut être détecté et traité de la même manière

qu'un défaut de mise en court-circuit de deux phases.

Les défauts de surintensité se produisent lorsque l'un ou plusieurs des dispositifs du convertisseur transmettent un courant inférieur au courant de court-circuit, mais supérieur à la capacité de transmission d'un courant continu du dispositif. Ce type de courant de défaut circule habituellement entre au moins deux sorties du convertisseur,

dans la charge qui est connectée entre eux. Comme l'inten-

sité du courant est inférieure au courant de court-circuit, la tension aux bornes du dispositif dépend plus ou moins des caractéristiques propres du dispositif. Les pertes associées sont donc inférieures à celles qui existent lors des conditions de court-circuit. Ces types de défauts peuvent être tolérés pendant des temps relativement plus longs que les courants de court-circuit. Pour cette catégorie de défauts, il est souhaitable que la protection contre les surintensités possède des caractéristiques variant en proportion inverse du temps afin que les dispositifs ne s'arrêtent pas en cas de surcharges temporaires qui peuvent être tolérées en toute sécurité par les dispositifs de puissance. On sait détecter les défauts. de court-circuit et de surintensité par mise en oeuvre des deux solutions générales suivantes. Une première solution comprend la détection de la suppression de saturation. Pendant un court-circuit, la tension aux bornes du dispositif s'élève à une valeur élevée

qui est déterminée par la tension continue du bus du conver-

tisseur, l'impédance et la présence d'autres dispositifs dans le trajet de défaut, ainsi que les caractéristiques propres du dispositif. Cependant, la haute tension aux bornes du dispositif, lorsque celui-ci a été mis à l'état

conducteur, peut être interprétée comme un défaut de court-

circuit qui peut alors être renvoyé à un circuit de commande qui déclenche l'arrêt d'un ou plusieurs dispositifs de puissance à l'aide des signaux de commande passant entre les dispositifs de puissance et le circuit de commande. Le traitement de ces signaux à une interface n'est pas simple parce que la différence de potentiels entre les tensions de fonctionnement peut être de l'ordre de quelques centaines de volts. En conséquence, les signaux sont transmis au circuit de commande et à partir de celui-ci par une forme quelconque d'isolement galvanique, habituellement des coupleurs optiques. De manière connue, dans le convertisseur habituel, certains des dispositifs sont connectés au bus en courant continu du côté supérieur et les autres dispositifs au côté inférieur. Chaque dispositif du côté supérieur doit donc utiliser au moins un coupleur optique pour la transmission des signaux au circuit de commande et à partir de ce

dernier.

En outre, le schéma de détection de suppression de saturation ne peut pas lui-même détecter et assurer la protection contre les surintensités. En conséquence, la protection contre les surintensités est habituellement ajoutée avec une forme quelconque de détection de courant, par exemple par utilisation d'un shunt, d'un transformateur de courant à effet Hall, d'un élément de détection de

courant continu à haute fréquence ou analogue.

La seconde des deux solutions connues pour la détection

des courts-circuits met en oeuvre la détection du courant.

Suivant cette solution, le courant continu est détecté dans les bus en courant continu positif ou négatif ou dans les deux, avec une forme quelconque de détection de courant, telle qu'un shunt, des capteurs à effet Hall, etc. Parfois, un transformateur de courant (CT) est placé à la sortie afin qu'il assure une détection différentielle des défauts entre une phase et la masse. On connaît de nombreux schémas de détection de courant. L'un de ces schémas met en oeuvre un capteur de courant à la fois dans les bus continus positif et négatif. Il faut utiliser un capteur séparé de courant dans les bus positif et négatif et un circuit séparé de détection pour chaque capteur. Les circuits capteur et de détection travaillant dans le bus en courant continu du côté supérieur doivent utiliser un isolement galvanique d'un type quelconque pour la transmission de toutes les conditions aux

circuits de commande. Ces circuits peuvent avoir les confi-

gurations suivantes: (a) un shunt dans le bus positif, avec un coupleur optique, (b) un capteur de courant à effet Hall dans le bus positif, et (c) un transformateur de courant continu à haute fréquence (HFDCCT) dans le bus positif. Le signal isolé de sortie de défaut est transmis par le bus positif et le signal de sortie isolé ou non isolé d'un défaut du bus négatif est transmis au circuit de commande qui détecte les signaux de pilotage des grilles des dispositifs de puissance et interrompt leur alimentation en

cas de défaut.

Un autre schéma connu de détection de courant utilise un capteur unique de courant connecté afin qu'il assure une détection par addition. Ainsi, un seul capteur de courant est utilisé avec les bus positif et négatif qui jouent le rôle de deux primaires, d'une manière additive. Les courants provenant du bus positif et ceux qui proviennent du bus négatif passent tous dans le même capteur. Dans les conditions normales, de surcharge et de court-circuit entre phases, le signal de sortie du capteur est proportionnel à la somme des courants des bus positif et négatif, chacun avec un facteur d'échelle correspondant au nombre de spires respectives du primaire. Au cours des défauts d'une phase à la masse, le signal de sortie du capteur est proportionnel au courant de défaut avec un facteur d'échelle correspondant au nombre respectif de spires primaires du bus positif ou négatif. Le signal isolé de sortie du capteur est transmis au circuit de commande qui détecte et interrompt les signaux

de pilotage de grille en cas de détection de défaut.

Un autre schéma connu met en oeuvre un capteur proportionnel et un capteur différentiel de courant. Le capteur proportionnel (isolé ou non) est utilisé pour le contrôle du courant du bus positif ou négatif. Le capteur de

sortie est utilisé pour la détection des défauts de court-

circuit entre phases et/ou de surintensité. Le capteur isolé de courant différentiel est utilisé pour la mesure du courant différentiel dans les bus positif et négatif ou aux sorties du convertisseur. Le signal de sortie de ce capteur de courant différentiel est utilisé pour la détection des

défauts entre une phase et la masse.

Tous les schémas précités de la technique antérieure mettent en oeuvre une forme quelconque d'isolement, par exemple des coupleurs optiques, pour le couplage des signaux reflétant les conditions de défaut pour les circuits de commande. La présente invention a pour objet la mise à disposition d'un procédé et d'un circuit de protection des

dispositifs de puissance contre divers défauts de court-

circuit et de surintensité, ayant une construction très

simple et comprenant un très petit nombre d'éléments.

L'invention a aussi pour objet la mise à disposition d'un procédé et d'un circuit de protection des circuits de puissance, réduisant le nombre d'isolateurs galvaniques nécessaires pour la détection et la commande des dispositifs

de puissance.

L'invention a aussi pour objet la mise à disposition d'un circuit et d'un procédé assurant une protection locale des dispositifs de puissance du côté supérieur, et dans lequel les défauts du côté supérieur sont verrouillés lorsqu'ils sont détectés dans les dispositifs de puissance du côté inférieur afin que l'utilisation de signaux isolés de détection ou de rétroaction du côté supérieur au côté inférieur soit évitée, alors qu'elle est nécessaire dans d'autres procédés de protection contre des défauts des

dispositifs de puissance du côté supérieur.

L'invention a aussi pour objet la mise à disposition d'un procédé et d'un circuit de protection de dispositifs de puissance à semi-conducteur, qui sont peu coûteux et augmentent le rendement grâce à l'utilisation d'un seul

capteur de courant avec un élément résistif de détection.

La présente invention repose sur la reconnaissance du fait que le schémas de la technique antérieure détectent l'apparition des défauts et ainsi renvoient un signal reflétant le défaut à un circuit de commande qui provoque un arrêt. Un circuit plus efficace peut être obtenu lorsque les deux conditions suivantes sont prises en considération: 1) tous les défauts précités (sauf le défaut de mise d'une phase à la masse, du bus positif à la masse) peuvent être détectés sur le bus négatif, et 2) lorsque les dispositifs du côté supérieur sont ouverts par des circuits de protection locale, l'apparition d'un défaut entre une phase et la masse, du bus positif à la masse, se transfère au bus négatif auquel elle peut être détectée (grâce à l'inductance du courant de défaut) par la diode connectée en parallèle, aux bornes des dispositifs de puissance du côté inférieur. Au moment opportun, après la mise à l'état conducteur du dispositif de puissance du côté inférieur, le courant de défaut se transfère et se manifeste comme une condition de défaut entre le bus négatif et la

masse et cette condition peut alors être détectée.

Les objets et considérations précités ont permis la réalisation de l'invention qui met en oeuvre un capteur de courant dans le bus négatif, et uniquement une détection à suppression de saturation et un schéma d'interruption locale pour les transistors du côté supérieur. La transmission ou le couplage des signaux entre le côté supérieur et un

circuit de commande n'est pas nécessaire.

Ainsi, en cas de défaut de surintensité, de défaut de court-circuit entre phases ou de défaut entre une phase et la masse par l'intermédiaire du bus négatif, le capteur de courant du côté inférieur détecte le courant de défaut et le communique à un circuit de commande qui produit des signaux de commande qui provoquent l'arrêt des dispositifs de puissance à l'aide des signaux de grille. En cas de défaut de court-circuit entre phases, une procédure d'arrêt par détection de suppression de saturation du côté supérieur est réalisée en réaction à une vitesse légèrement inférieure à la vitesse de réaction à l'arrêt par détection de courant du côté inférieur. En conséquence, l'arrêt par détection du courant du côté inférieur agit en premier et provoque la

mise à un état actif d'une broche de défaut et le verrouil-

lage du défaut si bien que tous les signaux de pilotage de grille sont interrompus. Le circuit peut alors verrouiller la condition de défaut et interrompre la transmission des

signaux d'entrée vers tous les dispositifs.

Dans le cas d'un défaut de mise en court-circuit entre une phase et la masse par l'intermédiaire du bus positif, l'arrêt par détection de la suppression de saturation des dispositifs du côté supérieur arrête la transmission du signal de pilotage du dispositif particulier à transistor IGBT ayant une tension élevée, si bien que le dispositif du

S15 côté supérieur ne peut pas tomber en panne, cycle par cycle.

Le courant commute alors vers la diode du côté inférieur étant donné l'inductance du trajet de défaut. La détection du courant s'effectue du bus négatif à la masse. Lorsque l'inductance du trajet de défaut est suffisamment faible, le courant peut s'annuler avant que les transistors du côté inférieur ne passent à l'état conducteur. Le courant commute de la diode du côté inférieur au transistor du côté inférieur, et circule de la masse au bus négatif. Le circuit précité de détection de courant devient alors actif comme décrit précédemment par détection soit d'un courant qui circule du bus négatif vers la masse, vers la diode du côté inférieur, soit d'un courant circulant de la masse vers le

bus négatif, suivant le procédé de détection utilisé.

Dans tous les cas, le procédé selon l'invention ne nécessite pas de signaux isolés de défaut et de rétroaction couplés des dispositifs du côté supérieur à un circuit de commande pour assurer un fonctionnement efficace d'un circuit de protection. Néanmoins, il faut noter que, si l'on veut incorporer des circuits d'isolement pour une raison quelconque, on peut facilement ajouter un schéma isolé à

coupleurs optiques ou autres.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

seront mieux compris à la lecture de la description qui va

suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: les figures la, lb et lc représentent un même circuit convertisseur de la technique antérieure, dans le cas respectif d'un défaut de court-circuit entre phases, d'un défaut de court-circuit entre une phase et la masse et d'un défaut de surtension; la figure 2 représente un premier circuit de protection de la technique antérieure; la figure 3 représente un autre circuit de protection contre les courts-circuits de la technique antérieure; la figure 4 représente un autre circuit de protection de la technique antérieure; la figure 5 représente un autre circuit de protection de la technique antérieure mettant en oeuvre des capteurs proportionnel et différentiel de courant; la figure 6 est un schéma d'un circuit de protection d'un dispositif de puissance élevée selon la présente invention; et la figure 7 est un schéma d'un mode de réalisation de l'invention. Les figures la, lb et lc représentent un circuit convertisseur connu 10 qui fonctionne avec un bus positif 12 et un bus négatif 14 en courant continu. La différence de potentiels entre les bus 11 et 14 est élevée, parfois

supérieure ou égale à 600 V en courant continu. Le conver-

tisseur 10 est alimenté par un réseau alternatif triphasé, de manière qu'une première phase soit appliquée à une entrée 16 entre l'anode d'une diode 22 et une cathode d'une diode 28, une seconde phase soit transmise à une borne d'entrée 18 entre l'anode et la cathode respective de diodes 24 et 30, et une troisième phase soit appliquée à une entrée 20 entre l'anode et la cathode respectives de diodes 26 et 32. Les anodes des diodes 22, 24 et 26 sont connectées en commun au bus positif 12 alors que les anodes des diodes 28, 30 et 32 du côté inférieur sont connectées au bus négatif 14. Un condensateur 34 d'intégration de tension (lissage) est placé

entre les bus 12 et 14.

De manière connue, les phases positives de l'énergie appliquée aux entrées 16, 18 et 20 sont redressées par les diodes 22, 24 et 26 et produisent une tension continue positive au bus 12 alors que les phases négatives sont redressées par les diodes 28, 30 et 32 et donnent une tension continue négative au bus 14. La différence de potentiels entre les bus 12 et 14 est utilisée comme source d'une tension continue d'entrée pour les dispositifs de puissance, tels que les transistors bipolaires à grille isolée 36 à 46 qui créent des signaux de sortie de tension triphasée d'énergie pulsée à haute fréquence, à des bornes de sortie U, V et W. Ces signaux de sortie sont obtenus par commande de la conduction et de l'arrêt de la conduction des dispositifs de puissance 36 à 46 à une fréquence élevée et de manière que les deux dispositifs associés à chaque sortie U, V et W, par exemple les dispositifs 36 et 46, soient mis à l'état conducteur de manière mutuelle exclusive, toujours de façon connue. Bien que cette caractéristique ne soit pas représentée, on sait que les dispositifs 36 à 46 sont commandés par application de signaux de commande à leurs électrodes de grille 36a, 38a, 40a, 42a, 44a et 46a. Le circuit convertisseur 10 de la figure 1 représente aussi des

diodes à semi-conducteur connues 36b à 46b qui sont asso-

ciées aux dispositifs de puissance 36 à 46 respectivement.

Le circuit convertisseur 10 des figures la, lb, lc peut

être détruit de manière catastrophique lorsqu'un court-

circuit se forme entre deux des sorties U, V, W, comme indiqué graphiquement par la ligne 50 entre les sorties U et V de la figure 1. Comme les deux dispositifs de puissance 36b et 44b sont mis à l'état conducteur pendant des périodes qui se recouvrent partiellement au cours du fonctionnement ordinaire du circuit convertisseur 10, le court- circuit 50 provoque la création d'un courant de court-circuit entre phases qui circule du bus positif 12 vers le bus négatif 14 par l'intermédiaire des transistors IGBT 36 et 44 comme

indiqué par la ligne 52 du trajet du courant.

La figure 2 représente un trajet de circulation d'un courant de défaut de court-circuit entre une phase et la masse. Ce type de défaut peut être observé lorsque la sortie U est mise au contact de la masse comme indiqué par la ligne 54, ou lorsque la sortie W est mise à la masse comme indiqué par la ligne 56. La ligne 58 du trajet de circulation du

courant de court-circuit représente un courant de court-

circuit entre une phase et la masse circulant lorsque le dispositif 42 est mis à l'état conducteur, alors qu'un courant de court-circuit entre une phase et la masse circule du bus positif 12 vers la masse lorsque le dispositif 40 est

mis à l'état conducteur comme indiqué par la ligne 60.

Un défaut de surtension est obtenu lorsque les deux

dispositifs d'une branche quelconque du circuit convertis-

seur 10, par exemple les dispositifs 36 et 42, sont mis simultanément à l'état conducteur. Le trajet de circulation

du courant de court-circuit est indiqué par la ligne 62.

Un premier circuit de protection de la technique anté-

rieure contre les conditions précitées de mise en court-

circuit et de surintensité, en plus des surtensions, est représenté sur la figure 2 qui représente les dispositifs de puissance 36 à 46 avec un circuit de protection qui comprend un détecteur 64 de suppression de saturation de pilotage des grilles respectives, ayant une sortie 66 de pilotage de la grille du dispositif respectif de puissance et des entrées 68 et 70 de détection des tensions aux bornes des jonctions collecteur-émetteur du dispositif de puissance. En cas de court- circuit, la tension collecteur-émetteur s'élève, et cette élévation de tension est détectée par un circuit de protection localisée 64 qui arrête la conduction de ce

transistor IGBT particulier et envoie un signal de rétro-

action par la section 76 de réception de rétroaction de suppression de saturation du circuit de commande par l'intermédiaire d'un isolateur 72 de rétroaction. Une section logique 78 d'arrêt du circuit de commande reçoit un signal d'arrêt du système par un circuit 74 après la section 76 de rétroaction de suppression de saturation et arrête les pilotages de grille Tl à T6 vers tous les transistors. Ces tensions détectées sont renvoyées par un isolateur 72 à rétroaction à un circuit de commande 74 dans lequel une

section 76 de rétroaction de saturation base-émetteur déter-

mine l'amplitude de la tension détectée et une section logique 78 d'arrêt crée des signaux de commande T1 à T6 des grilles des dispositifs de puissance. Dans un exemple, le

signal de commande Tl est représenté sous une forme trans-

mise par une ligne 80 et le circuit d'isolement 82 de signaux vers le circuit 64 de pilotage de grille. Ces signaux peuvent être utilisés pour l'arrêt du fonctionnement des dispositifs de puissance; par exemple, le dispositif de puissance 36 est mis à l'état non conducteur par un signal qui rend inactif la sortie 66 dispositif de pilotage de grille. Comme on peut le noter facilement, les blocs de circuit 64, 72 et 82 se répètent pour chacun des dispositifs de puissance 36 à 46. Le circuit de protection de la figure 2 comprend en outre un capteur 84 de courant qui est placé dans le bus négatif 14 pour la détection des conditions de surintensité, c'est-à-dire de courants dépassant le courant maximal prévu pour la consommation de la charge. Cette condition est communiquée par la ligne 85 au circuit 74 de commande qui provoque une réaction des circuits 64 et 82,

comme décrit précédemment.

Le circuit classique de la figure 3 comporte des capteurs 86 et 88 de courant qui détectent respectivement les courants des bus positif 12 et négatif 14, un isolateur de signaux associé au capteur 86 de courant et un circuit

éventuel d'isolement 91 destiné au capteur 88 de courant.

Comme indiqué précédemment, le circuit de commande 92 possède une section de pilotage de grille qui transmet des

signaux de commande (par l'intermédiaire d'éléments conve-

nables d'isolement) aux dispositifs de puissance 36 à 46.

Une troisième solution connue donnant la protection est représentée sur la figure 4 sous forme d'un capteur unique

de courant qui transmet un signal de sortie 102 repré-

sentant la somme des courants circulant dans le bus positif 12 et le bus négatif 14. Le signal de sortie du capteur est transmis au circuit 106 de commande par un circuit 104 d'isolement. Plusieurs signaux de commande 108 sont transmis avec isolement convenable aux dispositifs 36 à 46 comme

indiqué précédemment.

Contrairement à la figure 4, le circuit de protection de la technique antérieure représenté sur la figure 5 utilise un capteur 110 de courant qui effectue une détection différentielle du courant résultant, circulant dans les bus 12 et 14. Le signal de sortie du capteur est transmis par un circuit 112 d'isolement à un circuit de commande 114. Un autre capteur 116 de courant est connecté en série avec le bus négatif afin qu'il donne au circuit de commande 114 un signal de sortie 118 qui est proportionnel au courant du bus négatif 14. Par ailleurs, le circuit de commande 114 fonctionne de la même manière que les circuits de commande

décrits précédemment.

Tous les schémas connus de circuit de protection comportent une forme quelconque d'isolement entre l'élément de détection et le circuit de commande, au moins de manière que le côté supérieur communique des informations relatives aux conditions de défaut et des signaux correspondant de commande. Au contraire, la présente invention, qui est illustrée sur la figure 6, met en oeuvre un circuit respectif 120, 122, 124 de protection à suppression de saturation et de pilotage des grilles, pour chacun des dispositifs 36, 38 et 40 du côté supérieur. Il n'est plus nécessaire d'utiliser des circuits d'isolement. Les dispositifs de puissance du côté inférieur 42, 44 et 46 ont seulement des circuits respectifs de pilotage de grille 126,

128 et 130.

Le circuit 132 de commande selon la présente invention transmet, de manière classique, des signaux de sortie de pilotage de grille T2, T4 et T6 destinés aux circuits de pilotage de grille 126, 128 et 130. Le circuit de protection ne nécessite pas de trajet de rétroaction de défaut entre les circuits 120, 122, 124 de protection à suppression de saturation et de pilotage de grille du côté supérieur et le circuit de commande 132. Néanmoins, le cas échéant, une telle communication peut être ajoutée comme indiqué en trait mixte, par l'intermédiaire de circuits d'isolement, entre les circuits de pilotage de grille du côté supérieur et les circuits de protection à suppression de saturation, vers la section logique d'arrêt ducircuit de commande 132. Le capteur de courant 134 détecte le courant circulant dans le bus négatif 14 et transmet un signal de sortie 136 au circuit de commande 132. Le circuit de protection selon la présente invention est efficace et nécessite moins de composants que les circuits classiques de protection. Il ne nécessite pas de circuit d'isolement des circuits de pilotage de grille du côté supérieur (bien qu'il puisse

effectivement en comprendre).

Comme décrit précédemment, le fonctionnement du circuit de la figure 6 dans les diverses conditions de défaut est le suivant. Dans le cas d'un défaut de surintensité, d'un défaut de court-circuit entre deux phases ou d'un défaut de

court-circuit entre une phase et la masse par l'inter-

médiaire du bus négatif, le capteur 134 détecte le courant de défaut et le circuit associé 132 de commande arrête les signaux de grille transmis à tous les dispositifs. Lors d'un défaut de court-circuit entre phases, le circuit 120, 122 et 124 de détection de suppression de saturation est destiné à arrêter les dispositifs de puissance 36, 38 et 40 du côté supérieur après un retard suffisamment grand pour qu'un capteur de courant 134 agisse le premier, et mette à un état actif la broche de défaut, la bascule se verrouillant pour arrêter tous les signaux d'entrée. De cette manière, le circuit peut conserver la condition de défaut et arrêter la

transmission des signaux d'entrée à tous les dispositifs.

(Si le côté supérieur réagissait en premier, le défaut continuerait à se manifester à chaque cycle successif

puisque le défaut ne serait jamais verrouillé).

S'il existe un court-circuit entre une phase et la masse par l'intermédiaire du bus positif, les circuits 120, 122 et 124 de détection de suppression de saturation arrête le fonctionnement du dispositif de puissance particulier du côté supérieur (IGBT) cycle par cycle, et empêche la défaillance de ce dispositif. Le courant commute alors vers la diode du côté inférieur à cause de l'inductance du trajet de défaut, le courant circulant du bus négatif 14 vers la masse. Par exemple, si le dispositif 36 présente une tension de suppression de saturation élevée, la surintensité commute vers la diode 42b du côté inférieur, qui se trouve dans la même branche du circuit de protection. Lorsque l'inductance du trajet de défaut est suffisamment faible, le courant peut devenir nul avant que le transistor du côté inférieur, par exemple le transistor 42, ne passe à l'état conducteur. Le courant commute de la diode du côté inférieur, par exemple la diode 42b, au dispositif de puissance du côté inférieur, par exemple 42, et circule de la masse vers le bus négatif 14. Le capteur 134 de détection de courant devient actif, comme indiqué précédemment, soit par détection du courant circulant du bus négatif vers la masse par l'intermédiaire de la diode du côté inférieur, soit par détection du courant circulant de la masse vers le bus. négatif 14, suivant le

procédé de détection utilisé.

La figure 7 représente un schéma détaillé d'un mode de réalisation de l'invention qui a été réalisé en pratique, pour une application mettant en oeuvre un circuit recevant un courant monophasé à l'entrée. Un court-circuit entre la phase et la masse est obtenu par liaison de la sortie U au point médian de deux condensateurs connectés en série 152 et 154 qui ont été chargés à une tension continue de 600 V par l'intermédiaire d'un court-circuit 150. Le dispositif 156 forme le circuit de protection à suppression de saturation et de pilotage de grille correspondant au circuit 120 de la figure 6, couplé au dispositif de puissance 36 du côté supérieur. Le dispositif 156 peut être un circuit du commerce, fabriqué par International Rectifier Corporation, sous la référence "IR 2125". Le dispositif 156, en coopération avec un condensateur extérieur, donne le retard du côté supérieur indiqué précédemment. Un circuit 158 de pilotage de grille correspondant, par exemple sous forme du composant "IR 2117" de International Rectifier Corporation, forme le dispositif de pilotage de grille du dispositif 42 de puissance du côté inférieur. La référence 160 désigne le capteur 134 de courant de la figure 6. Il est destiné à détecter le courant du bus négatif

continu 14.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux circuits qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Circuit de protection de dispositifs de commutation de puissance élevée, caractérisé en ce qu'il comprend: un circuit redresseur destiné à recevoir un courant alternatif d'entrée d'un réseau et à le redresser pour former une tension continue d'entrée dans un bus en courant continu, au moins une paire de dispositifs de puissance (42 à 46) connectés en série, comprenant un premier et un second dispositif de puissance connectés entre un côté supérieur et un côté inférieur du bus continu, une commande d'activation des dispositifs de puissance de manière mutuellement exclusive pour la production d'une tension alternative de sortie à partir de la tension continue d'entrée, un circuit (120, 122, 124)) de détection de suppression de saturation et de pilotage de grille, un élément de circuit de détection de courant connecté

au côté inférieur du bus en courant continu pour la détec-

tion d'un courant circulant dans ce bus continu du côté inférieur, et un circuit de commande couplé à l'élément de circuit de détection de courant et destiné à détecter une surintensité, un courant de court- circuit ou une telle surintensité et un tel courant circulant dans le bus continu

du côté inférieur, et destiné à interrompre le fonction-

nement du dispositif de puissance du côté inférieur par l'intermédiaire du dispositif de pilotage de grille, le circuit (120, 122, 124) de détection de suppression

de saturation et de pilotage de grille assurant la protec-

tion d'un premier dispositif de puissance placé du côté

supérieur, cycle par cycle, contre une condition de surin-

tensité jusqu'à ce qu'un signal d'entrée du premier dispositif de puissance soit supprimé à la suite d'un signal

de commande provenant du circuit de commande.

2. Circuit de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif destiné à coupler au circuit une entrée reliée à un réseau triphasé d'alimentation, et comprenant des éléments redresseurs supplémentaires destinés à redresser toutes les phases du signal d'entrée du réseau pour la production de la tension continue d'entrée, et comprenant en outre une seconde et une

troisième paire de dispositifs de puissance.

3. Circuit de protection selon la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde paire de dispositifs de puissance (42 à 46) comprend un dispositif de puissance du côté supérieur et un dispositif de puissance du côté

inférieur, et chaque dispositif de puissance du côté supé-

rieur a un détecteur de suppression de saturation et un circuit de pilotage de grille respectif qui lui est associé, et chaque dispositif du côté inférieur a un circuit de

pilotage de grille qui lui est associé.