FR2958491A1 - Inverter feeding device protecting method for induction cooking apparatus, involves forcing control signal to value to set switch in ON state when voltage value greater than maximum threshold value is detected between terminals of switch - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé de protection d'un dispositif d'alimentation à onduleur comportant un interrupteur, contre des surtensions dans l'alimentation. Elle concerne également un dispositif de protection adapté à mettre en oeuvre le procédé de protection, ainsi qu'un appareil de cuisson à induction adapté à intégrer un tel dispositif de protection. La présente invention concerne plus particulièrement le domaine des appareils de cuisson à induction dans lesquels chaque zone ou foyer de cuisson est piloté par un seul composant de puissance intégré dans un dispositif d'alimentation à onduleur. The present invention relates to a method for protecting an inverter supply device comprising a switch, against overvoltages in the power supply. It also relates to a protective device adapted to implement the protection method, and an induction cooking appliance adapted to incorporate such a protection device. The present invention relates more particularly to the field of induction cooking appliances in which each zone or cooking zone is controlled by a single integrated power component in an inverter supply device.
Un tel dispositif d'alimentation à onduleur est notamment décrit dans le document WO 2007/042315 dans lequel les moyens d'induction intégrés à un circuit résonant sont alimentés à partir d'un dispositif d'alimentation à onduleur comportant un interrupteur, du type d'un transistor commandé en tension, connu sous l'appellation IGBT (acronyme du terme anglais "Insulated Gate 8/polar Transistor"), monté en série avec le circuit résonant. Cet interrupteur est lui-même monté en parallèle avec une diode de roue libre. Un tel dispositif d'alimentation à onduleur fonctionne selon une fréquence de commutation de l'interrupteur. En modifiant la fréquence de commutation du dispositif d'alimentation à onduleur, il est possible d'ajuster la puissance instantanée délivrée par les moyens d'induction à un récipient de cuisson. Dans un tel appareil de cuisson à induction, la puissance instantanée induite dans un récipient est limitée par une puissance maximale continue et une puissance minimale continue liées au fonctionnement de l'interrupteur de puissance, du type IGBT. Such an inverter supply device is described in particular in document WO 2007/042315 in which the induction means integrated into a resonant circuit are fed from an inverter supply device comprising a switch, of the type d. a voltage-controlled transistor, known as IGBT (acronym for the term "Insulated Gate 8 / polar transistor"), connected in series with the resonant circuit. This switch is itself connected in parallel with a freewheeling diode. Such an inverter supply device operates at a switching frequency of the switch. By changing the switching frequency of the inverter supply device, it is possible to adjust the instantaneous power delivered by the induction means to a cooking vessel. In such an induction cooking appliance, the instantaneous power induced in a container is limited by a maximum continuous power and a minimum continuous power related to the operation of the power switch, of the IGBT type.
En particulier, la puissance maximale continue pouvant être induite dans un récipient donné est limitée par la tension maximale admissible entre les bornes de l'interrupteur. En effet, le dépassement de la tension maximale admissible entre les bornes de l'interrupteur conduit à la destruction de celui-ci. Il est donc nécessaire de surveiller la tension aux bornes de l'interrupteur afin que celle-ci ne dépasse pas une valeur seuil maximale. Les méthodes classiques utilisées pour cela consistent à mesurer la tension entre les bornes de l'interrupteur ou encore à mesurer le courant crête traversant l'interrupteur et la diode de roue libre. Ces mesures sont traitées par un système de contrôle, du type microprocesseur. Ainsi, en fonction de ces mesures, le système de contrôle permet que la puissance de consigne demandée par un utilisateur de l'appareil de cuisson ne puisse être atteinte que si la tension aux bornes de l'interrupteur ne dépasse pas la valeur seuil maximale. Néanmoins, en cas de surtension dans le dispositif d'alimentation, et notamment lorsque la puissance maximale continue est induite dans le récipient, de telles méthodes ne permettent pas d'agir rapidement et l'interrupteur risque d'être détruit. In particular, the maximum continuous power that can be induced in a given container is limited by the maximum allowable voltage between the terminals of the switch. Indeed, the exceeding of the maximum permissible voltage between the terminals of the switch leads to the destruction thereof. It is therefore necessary to monitor the voltage across the switch so that it does not exceed a maximum threshold value. The conventional methods used for this are to measure the voltage between the terminals of the switch or to measure the peak current flowing through the switch and the freewheeling diode. These measurements are processed by a control system, of the microprocessor type. Thus, depending on these measurements, the control system allows that the desired power demanded by a user of the cooking appliance can be reached only if the voltage across the switch does not exceed the maximum threshold value. However, in case of overvoltage in the supply device, and especially when the maximum continuous power is induced in the container, such methods do not allow to act quickly and the switch may be destroyed.
Une autre méthode de protection de l'interrupteur consiste à disposer une diode de type Transil en parallèle de l'interrupteur et de la diode de roue libre ou en parallèle de l'alimentation. La tension de seuil de la diode Transil est choisie pour que la diode conduise lorsque la tension aux bornes de l'interrupteur atteint la valeur seuil maximale. Another method of protecting the switch consists in arranging a Transil type diode in parallel with the switch and the freewheeling diode or in parallel with the supply. The threshold voltage of the Transil diode is chosen so that the diode conducts when the voltage across the switch reaches the maximum threshold value.
Néanmoins, ces méthodes ne sont pas satisfaisantes dès lors que dans certaines situations, notamment lorsque le système fonctionne à pleine puissance, c'est-à-dire lorsque la puissance maximale continue est induite dans le récipient (et par conséquent, la tension entre les bornes de l'interrupteur est proche de la valeur maximale admissible), la diode de type Transil n'est pas capable d'absorber la totalité de l'énergie générée par une surtension. Nevertheless, these methods are unsatisfactory since in certain situations, especially when the system is operating at full power, that is to say when the maximum continuous power is induced in the container (and therefore the voltage between the terminals of the switch is close to the maximum allowable value), the Transil type diode is not able to absorb all the energy generated by an overvoltage.
Ainsi, la tension entre les bornes de l'interrupteur peut atteindre des valeurs supérieures à la valeur seuil maximale, ce qui entraine la destruction de l'interrupteur. La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients précités et de proposer un procédé de protection d'un dispositif d'alimentation à onduleur comportant un interrupteur, permettant d'éviter la destruction de l'interrupteur en cas de surtension dans l'alimentation. A cet effet, la présente invention concerne un procédé de protection d'un dispositif d'alimentation à onduleur contre des surtensions, le dispositif d'alimentation à onduleur étant associé à des moyens d'induction et comportant un interrupteur commandé par un signal de commande généré par des moyens de commande. Selon l'invention, le signal de commande est forcé à une valeur apte à mettre l'interrupteur en état passant lorsqu'une tension de valeur supérieure à une valeur seuil maximale est détectée entre les bornes dudit interrupteur. Grâce à ce procédé, la valeur de la tension entre les bornes de l'interrupteur est surveillée de façon à ce que lorsqu'elle dépasse la valeur seuil maximale, l'interrupteur est mis en état passant, ce qui provoque une réduction instantanée de la valeur de la tension entre les bornes de l'interrupteur. Thus, the voltage between the terminals of the switch can reach values higher than the maximum threshold value, which causes the destruction of the switch. The present invention aims to solve the aforementioned drawbacks and to provide a method of protecting an inverter supply device comprising a switch, to prevent the destruction of the switch in case of overvoltage in the power supply. For this purpose, the present invention relates to a method for protecting an inverter supply device against overvoltages, the inverter supply device being associated with induction means and comprising a switch controlled by a control signal. generated by control means. According to the invention, the control signal is forced to a value able to switch on the switch when a voltage greater than a maximum threshold value is detected between the terminals of said switch. Thanks to this method, the value of the voltage between the terminals of the switch is monitored so that when it exceeds the maximum threshold value, the switch is put in the on state, which causes an instantaneous reduction of the voltage. value of the voltage between the terminals of the switch.
Autrement dit, la valeur de la tension entre les bornes de l'interrupteur est surveillée de façon à ce qu'en cas de surtension dans l'alimentation, elle soit rapidement diminuée. Ainsi, lorsque la tension entre les bornes de l'interrupteur est proche de la valeur maximale admissible et qu'une surtension dans l'alimentation se produit, l'interrupteur est protégé et ne sera pas détruit. Avantageusement, lorsqu'une tension de valeur supérieure à la tension seuil maximale est détectée entre les bornes dudit interrupteur, le procédé de protection comprend en outre: - une étape de transmission auxdits moyens de commande d'une information représentative de la détection d'une tension entre les bornes de l'interrupteur d'une valeur supérieure à la valeur seuil maximale ; et - une étape de modification, par les moyens de commande, de la valeur d'au moins un paramètre du signal de commande, la valeur dudit au moins un paramètre modifié étant apte à établir la valeur de la tension entre les bornes de l'interrupteur à une valeur inférieure à la valeur seuil maximale. In other words, the value of the voltage between the terminals of the switch is monitored so that in case of overvoltage in the power supply, it is rapidly reduced. Thus, when the voltage between the terminals of the switch is close to the maximum allowable value and an overvoltage in the power supply occurs, the switch is protected and will not be destroyed. Advantageously, when a voltage greater than the maximum threshold voltage is detected between the terminals of said switch, the protection method further comprises: a step of transmitting to said control means information representative of the detection of a voltage between the terminals of the switch greater than the maximum threshold value; and a step of modifying, by the control means, the value of at least one parameter of the control signal, the value of said at least one modified parameter being able to establish the value of the voltage between the terminals of the switch to a value below the maximum threshold value.
Grâce à ce procédé, la modification du signal de commande de l'interrupteur par les moyens de commande permet de maintenir la valeur de la tension entre les bornes de l'interrupteur à une valeur inférieure à la valeur seuil maximale. Cette caractéristique est avantageuse notamment dans le cas où la surtension persiste dans le temps, en évitant ainsi de mettre l'interrupteur en état passant de manière réitérée dès lors qu'une tension entre les bornes de l'interrupteur de valeur supérieure à la valeur seuil maximale serait détectée de manière répétitive. Selon un mode de réalisation, l'étape de modification consiste à modifier la fréquence de commutation dudit signal de commande en l'établissant à une valeur apte à diminuer la valeur de la tension entre les bornes de l'interrupteur. Ainsi, la fréquence de commutation de l'interrupteur est modifiée, de façon à empêcher la valeur de la tension entre les bornes de l'interrupteur de dépasser la valeur seuil maximale en cas de surtension dans l'alimentation. Selon un autre mode de réalisation, l'étape de modification consiste à l'inhibition dudit signal de commande. Ainsi, l'interrupteur n'étant pas mis en fonctionnement, la tension entre ses bornes est réduite et ne dépasse pas la valeur seuil maximale. With this method, the modification of the control signal of the switch by the control means makes it possible to maintain the value of the voltage between the terminals of the switch to a value lower than the maximum threshold value. This characteristic is advantageous especially in the case where the overvoltage persists in time, thus avoiding putting the switch into a repetitively conducting state when a voltage between the terminals of the switch of value greater than the threshold value maximum would be detected repeatedly. According to one embodiment, the modification step consists in modifying the switching frequency of said control signal by establishing it at a value able to reduce the value of the voltage between the terminals of the switch. Thus, the switching frequency of the switch is changed, so as to prevent the value of the voltage between the terminals of the switch to exceed the maximum threshold value in case of overvoltage in the power supply. According to another embodiment, the modification step consists of the inhibition of said control signal. Thus, since the switch is not operated, the voltage between its terminals is reduced and does not exceed the maximum threshold value.
Corrélativement, la présente invention concerne également un dispositif de protection d'un dispositif d'alimentation à onduleur associé à des moyens d'induction et comportant un interrupteur commandé par un signal de commande généré par des moyens de commande. Selon l'invention le dispositif de protection comporte des moyens adaptés à forcer la valeur du signal de commande à une valeur apte à mettre l'interrupteur en état passant lorsqu'une tension de valeur supérieure à une valeur seuil maximale est détectée entre les bornes de l'interrupteur. Correlatively, the present invention also relates to a device for protecting an inverter supply device associated with induction means and comprising a switch controlled by a control signal generated by control means. According to the invention, the protection device comprises means adapted to force the value of the control signal to a value able to put the switch in the on state when a voltage greater than a maximum threshold value is detected between the terminals of the control signal. the switch.
Ce dispositif de protection présente des avantages et caractéristiques analogues à ceux décrits précédemment en relation avec le procédé de protection qu'il met en oeuvre. Avantageusement, le dispositif de protection comporte en outre des moyens de transmission adaptés à transmettre aux moyens de commande une information représentative de la détection d'une tension entre les bornes de l'interrupteur d'une valeur supérieure à la valeur seuil maximale. En pratique, les moyens de commande sont adaptés à modifier des paramètres du signal de commande en fonction de l'information représentative de la détection d'une tension entre les bornes de l'interrupteur d'une valeur supérieure à la valeur seuil maximale. La présente invention concerne également un appareil de cuisson à induction comprenant un dispositif d'alimentation à onduleur associé à des moyens d'induction, et un dispositif de protection du dispositif d'alimentation à onduleur contre des surtensions conforme à l'invention. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs : - la figure 1 est une vue schématique d'un appareil de cuisson à induction adapté à mettre en oeuvre le procédé de protection d'un dispositif d'alimentation à onduleur contre des surtensions conforme à l'invention ; - la figure 2 est un schéma illustrant un dispositif d'alimentation à onduleur de moyens d'induction associés à un récipient ; - la figure 3 est une courbe illustrant les variations des paramètres 25 électriques dans le dispositif de la figure 2 ; - la figure 4 est un schéma simplifié illustrant un dispositif de protection d'un dispositif d'alimentation à onduleur selon un mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 5 est une courbe illustrant des variations de paramètres 30 électriques dans le dispositif de la figure 4. On va décrire tout d'abord en référence à la figure 1 un appareil de cuisson à induction adapté à mettre en oeuvre la présente invention. This protection device has advantages and features similar to those described above in relation to the protection method that it implements. Advantageously, the protection device further comprises transmission means adapted to transmit to the control means information representative of the detection of a voltage between the terminals of the switch of a value greater than the maximum threshold value. In practice, the control means are adapted to modify parameters of the control signal as a function of the information representative of the detection of a voltage between the terminals of the switch of a value greater than the maximum threshold value. The present invention also relates to an induction cooking appliance comprising an inverter supply device associated with induction means, and a device for protecting the inverter power supply device against overvoltages according to the invention. Other features and advantages of the invention will become apparent in the description below. In the accompanying drawings, given by way of nonlimiting examples: FIG. 1 is a schematic view of an induction cooking appliance adapted to implement the method of protecting an inverter supply device against overvoltages; according to the invention; FIG. 2 is a diagram illustrating an inverter supply device for induction means associated with a container; FIG. 3 is a graph illustrating the variations of the electrical parameters in the device of FIG. 2; FIG. 4 is a simplified diagram illustrating a device for protecting an inverter supply device according to one embodiment of the invention; and FIG. 5 is a curve illustrating variations of electrical parameters in the device of FIG. 4. An induction cooking apparatus suitable for implementing the present invention will firstly be described with reference to FIG. .
Dans cet exemple, cet appareil de cuisson peut être une table de cuisson à induction 10 comprenant au moins un foyer de cuisson associé à des moyens d'induction. Dans cet exemple, la table de cuisson 10 comporte quatre foyers de 5 cuisson F1, F2, F3, F4, chaque foyer de cuisson étant associé à des moyens d'induction comprenant une ou plusieurs bobines d'induction. Cette table de cuisson 10 comprend de manière classique une phase de puissance d'une alimentation électrique 11, typiquement une alimentation secteur. 10 A titre d'exemple, la table de cuisson 10 est alimentée en 32 A, pouvant fournir une puissance maximale de 7200 W à la table de cuisson 10, soit une puissance de 3600 W par phase. On notera que les moyens d'induction associés à chaque foyer de cuisson F1, F2, F3, F4 peuvent en pratique être réalisés à partir d'une ou 15 plusieurs bobines dans lesquelles circule le courant électrique, montées sur une phase de puissance. Une carte de contrôle et de commande de puissance 12 permet de supporter l'ensemble des moyens électroniques et informatiques nécessaires au contrôle de la table de cuisson 10. 20 En pratique, des liaisons électriques 13 sont prévues entre cette carte de contrôle et de commande de puissance 12 et chaque foyer de cuisson F1, F2, F3, F4. De manière classique, dans une telle table de cuisson 10, l'ensemble des moyens d'induction et la carte de contrôle et de commande 12 sont placés 25 sous une surface plane de cuisson, par exemple réalisée à partir d'une plaque en vitrocéramique. Les foyers de cuisson peuvent en outre être identifiés par une sérigraphie en vis-à-vis des bobines d'induction placées sous la surface de cuisson. 30 Bien entendu, bien qu'on ait illustré un exemple de réalisation de table de cuisson dans laquelle quatre zones de cuisson constituant des foyers de cuisson F1, F2, F3, F4 sont prédéfinies dans le plan de cuisson, la présente invention s'applique également à une table de cuisson ayant un nombre variable ou des formes différentes de foyer de cuisson, ou encore, présentant un plan de cuisson sans zones ou foyers de cuisson prédéfinis, ces derniers étant définis au cas par cas par la position du récipient en vis-à-vis d'un sous- ensemble de bobines d'induction disposées sous le plan de cuisson. Finalement, la table de cuisson 10 comporte également des moyens de commande et d'interface 14 avec l'utilisateur permettant notamment à l'utilisateur de commander en puissance et en durée le fonctionnement de chaque foyer F1, F2, F3, F4. In this example, this cooking appliance may be an induction hob 10 comprising at least one cooking zone associated with induction means. In this example, the hob 10 has four cooking hobs F1, F2, F3, F4, each cooking zone being associated with induction means comprising one or more induction coils. This hob 10 conventionally comprises a power phase of a power supply 11, typically a mains power supply. By way of example, the hob 10 is supplied with 32 A, able to provide a maximum power of 7200 W at the hob 10, ie a power of 3600 W per phase. Note that the induction means associated with each cooking hearth F1, F2, F3, F4 can in practice be made from one or more coils in which the electric current flows, mounted on a power phase. A control and power control card 12 makes it possible to support all the electronic and computer means necessary for controlling the hob 10. In practice, electrical connections 13 are provided between this control and control board. power 12 and each cooking focus F1, F2, F3, F4. Conventionally, in such a hob 10, the set of induction means and the control and control board 12 are placed under a flat cooking surface, for example made from a glass-ceramic plate. . The cooking hobs can also be identified by screen printing vis-à-vis the induction coils placed under the cooking surface. Of course, although an exemplary embodiment of a hob has been illustrated in which four cooking zones constituting cooking hobs F1, F2, F3, F4 are predefined in the hob, the present invention applies. also to a hob having a variable number or different forms of cooking hearth, or, having a hob without predefined zones or cooking hobs, the latter being defined case by case by the position of the container screwed with respect to a subset of induction coils arranged under the cooking plane. Finally, the hob 10 also comprises control and interface means 14 with the user, in particular enabling the user to control in power and in duration the operation of each focus F1, F2, F3, F4.
En particulier, l'utilisateur peut par le biais des moyens de commande et d'interface 14 assigner une puissance de consigne à chaque foyer de cuisson recouvert d'un récipient. La structure d'une telle table de cuisson et le montage des moyens d'induction n'ont pas besoin d'être décrits plus en détails ici. In particular, the user can through the control and interface means 14 assign a set power to each cooking hearth covered with a container. The structure of such a hob and the mounting of the induction means do not need to be described in more detail here.
On a illustré à la figure 2 un exemple de réalisation d'un dispositif d'alimentation à onduleur adapté à alimenter un des foyers de cuisson F1, F2, F3, F4, étant entendu que chaque foyer de cuisson peut présenter le même schéma d'alimentation. Dans ce schéma, une inductance L représente à la fois l'inductance des moyens d'induction et celle du récipient à chauffer placé en vis-à-vis. Le système constitué par le récipient et les moyens d'induction du foyer peut ainsi être schématisé par une inductance L. Le circuit résonant comporte également un condensateur C monté en parallèle avec l'inductance L. FIG. 2 illustrates an exemplary embodiment of an inverter supply device adapted to feed one of the cooking heaters F1, F2, F3, F4, it being understood that each cooking zone may have the same diagram of food. In this diagram, an inductance L represents both the inductance of the induction means and that of the container to be heated placed vis-à-vis. The system constituted by the container and the induction means of the hearth can thus be schematized by an inductor L. The resonant circuit also comprises a capacitor C connected in parallel with the inductor L.
Le circuit résonant ainsi constitué est alimenté par un dispositif d'alimentation à onduleur comportant ici un unique interrupteur ou composant de puissance. Cet interrupteur est par exemple un interrupteur du type d'un transistor commandé en tension, appelé dans la suite de la description interrupteur IGBT (acronyme du terme anglais "Insulated Gate Bipolar Transistors"). The resonant circuit thus constituted is powered by an inverter supply device comprising here a single switch or power component. This switch is for example a switch of the type of a voltage-controlled transistor, hereinafter referred to as the IGBT switch (acronym for the term "Insulated Gate Bipolar Transistors").
Cet interrupteur IGBT est monté en série avec le circuit résonant L, C, et une diode de roue libre D est montée en parallèle avec l'interrupteur IGBT. Le montage d'un tel dispositif d'alimentation à onduleur, comportant l'interrupteur IGBT et la diode de roue libre D, et commandé selon une fréquence de commutation (ou période de commande) est utilisé communément dans le domaine des appareils de cuisson à induction et n'a pas besoin d'être décrit plus en détails ici. Le dispositif d'alimentation à onduleur est contrôlé par la fréquence de commutation. La puissance continue délivrée par les moyens d'induction au récipient est ajustée en modifiant la fréquence de commutation d'un signal de commande Vco,,, commandant l'interrupteur IGBT. La puissance continue induite dans le récipient peut varier dans une plage de fonctionnement. D'une part, la puissance minimale continue est limitée par le pic de courant généré dans l'interrupteur IGBT à sa mise en état passant. This IGBT switch is connected in series with the resonant circuit L, C, and a freewheeling diode D is connected in parallel with the IGBT switch. The mounting of such an inverter supply device, comprising the IGBT switch and the freewheeling diode D, and controlled according to a switching frequency (or control period) is commonly used in the field of cooking appliances. induction and does not need to be described in more detail here. The UPS power supply is controlled by the switching frequency. The continuous power delivered by the induction means to the container is adjusted by changing the switching frequency of a control signal Vco ,,, controlling the IGBT switch. The continuous power induced in the container may vary within a range of operation. On the one hand, the minimum continuous power is limited by the current peak generated in the IGBT switch when it is put into the on state.
Cette puissance minimale continue correspond à la fréquence de commutation maximale. D'autre part, la puissance maximale continue est limitée par la tension maximale pouvant être admise aux bornes de l'interrupteur IGBT, en particulier, par la tension pouvant être admise entre le collecteur et l'émetteur de l'interrupteur IGBT. Lorsque la tension entre les bornes de l'interrupteur IGBT présente une valeur supérieure à la tension seuil maximale, l'interrupteur IGBT est détruit. Cette puissance maximale continue correspond à la fréquence de 25 commutation minimale. A titre d'exemple non limitatif, la tension maximale admissible aux bornes de l'interrupteur IGBT est de 1200V. Les moyens de commande du dispositif d'alimentation à onduleur peuvent être intégrés à la carte de contrôle et de commande de puissance 12 30 de la table de cuisson 10. Des moyens de puissance 15 classiques précédent l'interrupteur IGBT, afin d'adapter les paramètres du signal de commande Voo,,, à des valeurs adéquates pour la commande de l'interrupteur IGBT. Ces moyens de puissance 15, connus pour l'homme du métier ne seront pas décrits en détails ici. En référence à la figure 3, on va décrire le fonctionnement du dispositif d'alimentation à onduleur ayant un interrupteur IGBT unique. This minimum continuous power corresponds to the maximum switching frequency. On the other hand, the maximum continuous power is limited by the maximum voltage that can be admitted across the IGBT switch, in particular by the voltage that can be admitted between the collector and the emitter of the IGBT switch. When the voltage across the terminals of the IGBT switch has a value greater than the maximum threshold voltage, the IGBT switch is destroyed. This maximum continuous power corresponds to the minimum switching frequency. By way of non-limiting example, the maximum permissible voltage across the terminals of the IGBT switch is 1200V. The control means of the inverter supply device can be integrated with the control and power control board 12 of the hob 10. Conventional power means 15 preceding the IGBT switch, in order to adapt the parameters of the Voo control signal ,,, at suitable values for the control of the IGBT switch. These power means 15, known to those skilled in the art will not be described in detail here. With reference to FIG. 3, the operation of the inverter supply device having a single IGBT switch will be described.
A la figure 3, la tension VIGBT entre les bornes de l'interrupteur IGBT est illustrée en trait continu, le courant IIGBT circulant dans l'interrupteur IGBT et la diode de roue libre D en trait pointillé, et le signal de commande Vco,,, de l'interrupteur IGBT en trait mixte. Ici, le signal de commande Voo,,, est un signal carré, pouvant présenter deux niveaux de tension ou états possibles. Lorsque le signal de commande Voo,,, présente un premier niveau ou état haut, l'interrupteur IGBT est mis en état passant. Par conséquent la différence de potentiel entre ses bornes est nulle et un courant, circule soit dans l'interrupteur IGBT, soit dans la diode de roue libre D. In FIG. 3, the voltage VIGBT between the terminals of the IGBT switch is shown in solid lines, the current IIGBT flowing in the IGBT switch and the freewheeling diode D in dashed line, and the control signal Vco ,, , of the IGBT switch in dotted line. Here, the control signal Voo ,,, is a square signal, which can have two voltage levels or possible states. When the control signal Voo ,,, has a first level or high state, the IGBT switch is turned on. Consequently, the potential difference between its terminals is zero and a current flows either in the IGBT switch or in the freewheeling diode D.
Lorsque le signal de commande Voo,,, présente un second niveau ou état bas, l'interrupteur IGBT est mis en état bloqué. Par conséquent une différence de potentiel existe entre ses bornes et le courant circulant dans l'interrupteur IGBT est nulle. Comme bien illustré par la courbe en trait continu, la tension VIGBT aux bornes de l'interrupteur IGBT est proche de 1200 V, correspondant ici à une tension maximale admise aux bornes de l'interrupteur IGBT. On va décrire ensuite en référence à la figure 4 un schéma illustrant un dispositif de protection d'un dispositif d'alimentation à onduleur selon un mode de réalisation de l'invention. When the control signal Voo ,,, has a second level or low state, the IGBT switch is turned off. Therefore a potential difference exists between its terminals and the current flowing in the IGBT switch is zero. As well illustrated by the curve in solid line, the voltage VIGBT at the terminals of the IGBT switch is close to 1200 V, corresponding here to a maximum voltage allowed across the IGBT switch. A diagram illustrating a device for protecting an inverter supply device according to one embodiment of the invention will next be described with reference to FIG.
Le dispositif d'alimentation à onduleur est similaire à celui décrit en référence à la figure 2. Comme décrit ci-dessus, un tel dispositif d'alimentation à onduleur est adapté à alimenter un des foyers de cuisson F1, F2, F3, F4, étant entendu que chaque foyer de cuisson peut présenter le même schéma d'alimentation. The inverter supply device is similar to that described with reference to FIG. 2. As described above, such an inverter supply device is adapted to feed one of the cooking zones F1, F2, F3, F4, it being understood that each cooking stove may have the same feeding pattern.
Dans ce schéma, l'inductance L, le condensateur C et l'interrupteur de type IGBT et les moyens de puissance 15 sont similaires à ceux illustrés à la figure 2. In this diagram, the inductance L, the capacitor C and the IGBT type switch and the power means 15 are similar to those illustrated in FIG.
Des moyens de commande 16 contrôlent le fonctionnement du dispositif d'alimentation à onduleur et du dispositif de protection de celui-ci contre des surtensions dans l'alimentation. En particulier, les moyens de commande 16 génèrent le signal de commande Vco,,, commandant l'interrupteur IGBT. Ces moyens de commande 16 sont par exemple un microprocesseur. Le dispositif de protection comporte des moyens d'activation 20 adaptés à forcer la valeur du signal de commande Voo,,, à une valeur apte à mettre l'interrupteur IGBT en état passant lorsqu'une tension de valeur supérieure à la valeur seuil maximale est détectée entre les bornes de l'interrupteur IGBT. Dans cet exemple de réalisation, ces moyens d'activation 20 comportent une première diode de type Transil Dl et une première résistance R1. La première diode de type Transil Dl peut être remplacée par exemple par une diode de type Zener. La première diode de type Transil Dl est disposée entre le collecteur C et la grille G de l'interrupteur IGBT. La cathode de la première diode de type Transil Dl est connectée au collecteur C de l'interrupteur IGBT et l'anode aux moyens de puissance 15, qui sont disposés entre la première diode de type Transil Dl et la grille G de l'interrupteur IGBT. La valeur de la tension de seuil de la première diode de type Transil Dl est sensiblement égale à la valeur seuil maximale, admissible entre les bornes de l'interrupteur IGBT. Ici, l'anode de la première diode de type Transil Dl est connectée à la première résistance R1, qui est connectée à son tour au potentiel de référence, ici le potentiel nul. Dans cet exemple, la valeur de la tension de seuil de la première 30 diode de type Transil Dl est de 1200V. Control means 16 controls the operation of the inverter supply device and the device for protecting it against overvoltages in the power supply. In particular, the control means 16 generate the control signal Vco ,,, controlling the IGBT switch. These control means 16 are for example a microprocessor. The protection device comprises activation means 20 adapted to force the value of the control signal Voo ,,, to a value able to put the IGBT switch in the on state when a voltage of value greater than the maximum threshold value is detected between the terminals of the IGBT switch. In this embodiment, these activation means 20 comprise a first diode of the Transil D1 type and a first resistor R1. The first diode Transil type Dl can be replaced for example by a Zener type diode. The first diode type Transil Dl is disposed between the collector C and the gate G of the IGBT switch. The cathode of the first diode Transil type Dl is connected to the collector C of the IGBT switch and the anode to the power means 15, which are arranged between the first diode Transil type Dl and the gate G of the IGBT switch . The value of the threshold voltage of the first diode of the Transil D1 type is substantially equal to the maximum threshold value allowed between the terminals of the IGBT switch. Here, the anode of the first diode Transil type Dl is connected to the first resistor R1, which is connected in turn to the reference potential, here the potential zero. In this example, the threshold voltage value of the first Transil D1 type diode is 1200V.
Ces moyens d'activation 20 comportent ici en outre une deuxième diode D2 connectée en série avec la diode de type Transil D1 et étant disposée également entre le collecteur C et la grille G de l'interrupteur IGBT. L'anode de cette deuxième diode D2 est connectée entre l'anode de la première diode de type Transil D1 et la première résistance R1, et la cathode est connectée aux moyens de puissance 15. La deuxième diode D2 est ici une diode standard de type BAS16 qui a une tension de seuil de l'ordre de 0,6 V. Bien entendu, cette diode peut être de types différents, par exemple 10 une diode Schottky de type BAR42 avec une tension de seuil de l'ordre de 0,2 V. Le dispositif de protection comporte en outre des moyens de transmission 21 adaptés à transmettre aux moyens de commande 16 une information représentative de la détection d'une tension entre les bornes de 15 l'interrupteur IGBT d'une valeur supérieure à la valeur seuil maximale. Les moyens de transmission 21 comportent une connexion électrique entre les moyens d'activation 20 et les moyens de commande 16. Ici, le potentiel électrique entre la première diode de type Transil D1 et la deuxième diode D2 est pris et transmis aux moyens de commande 16. Ce 20 potentiel électrique représente la présence ou l'absence d'une tension entre les bornes de l'interrupteur IGBT d'une valeur supérieure à la valeur seuil maximale. Les moyens de commande 16 sont adaptés à modifier des paramètres du signal de commande Vco,,, en fonction de l'information 25 représentative de la détection d'une tension entre les bornes de l'interrupteur IGBT d'une valeur supérieure à la valeur seuil maximale, c'est-à-dire lorsqu'une surtension dans l'alimentation est détectée. L'anode de la deuxième diode D2 est connectée à l'anode d'une troisième diode D3. La cathode de la troisième diode D3 est connectée à une 30 seconde tension d'alimentation 17, ici de valeur égale à 5V. La troisième diode D3 permet, lors d'une surtension (la première diode de type Transil D1 devient passante et un courant circule dans la première résistance R1, ce qui a pour effet l'apparition d'une tension positive aux bornes de la première résistance R1), de limiter la tension aux bornes de la première résistance R1 à 5 V, et ainsi de protéger les moyens de puissance 15 et les moyens de commande 16. These activation means 20 here further comprise a second diode D2 connected in series with the Transil type diode D1 and being arranged also between the collector C and the gate G of the IGBT switch. The anode of this second diode D2 is connected between the anode of the first diode Transil type D1 and the first resistor R1, and the cathode is connected to the power means 15. The second diode D2 is here a standard diode type BAS16 which has a threshold voltage of the order of 0.6 V. Of course, this diode can be of different types, for example a Schottky diode of BAR42 type with a threshold voltage of the order of 0.2. V. The protection device further comprises transmission means 21 adapted to transmit to the control means 16 information representative of the detection of a voltage across the terminals of the IGBT switch of a value greater than the threshold value. Max. The transmission means 21 comprise an electrical connection between the activation means 20 and the control means 16. Here, the electrical potential between the first diode of the Transil type D1 and the second diode D2 is taken and transmitted to the control means 16. This electrical potential represents the presence or absence of a voltage across the terminals of the IGBT switch greater than the maximum threshold value. The control means 16 are adapted to modify parameters of the control signal Vco ,,, as a function of the information representative of the detection of a voltage between the terminals of the IGBT switch of a value greater than the value. maximum threshold, that is to say when a surge in the power supply is detected. The anode of the second diode D2 is connected to the anode of a third diode D3. The cathode of the third diode D3 is connected to a second supply voltage 17, here of value equal to 5V. The third diode D3 allows, during an overvoltage (the first diode type Transil D1 becomes conductive and a current flows in the first resistor R1, which has the effect of the appearance of a positive voltage across the first resistor R1), limiting the voltage across the first resistor R1 to 5 V, and thus protecting the power means 15 and the control means 16.
En absence de surtension, la troisième diode D3 n'est pas passante, et la seconde tension d'alimentation 17 est déconnectée. Enfin, une deuxième résistance R2 est disposée entre les moyens de commande 16 et les moyens de puissance 15. En effet, lorsqu'une surtension est présente et que la deuxième 10 diode D2 est passante, le signal de commande Vcom est forcé à une valeur apte à mettre l'interrupteur IGBT en état passant. Cette valeur peut être différente de la valeur établie par les moyens de commande 16. Ainsi, l'utilisation de la seconde résistance R2permet d'éviter que la valeur du signal de commande Voom soit établie à des valeurs différentes 15 par les moyens de commande 16 et par les moyens d'activation 20 en même temps. On va décrire ensuite le fonctionnement du schéma du dispositif de protection décrit ci-dessus. Lorsqu'une surtension est présente dans l'alimentation, la tension 20 entre les bornes de l'interrupteur IGBT approche la valeur seuil maximale admissible (ici 1200 V). Lorsque la tension entre les bornes de l'interrupteur IGBT est inférieure à la valeur seuil maximale, la première diode de type Transil D1 est en état bloqué et la tension aux bornes de la résistance R1 est nulle. 25 La deuxième diode D2 est en état bloqué et par conséquent, l'interrupteur IGBT est commandé par le signal Voom généré par les moyens de commande 16 selon la situation de fonctionnement illustrée à la figure 2. Lorsque la tension entre les bornes de l'interrupteur IGBT atteint la valeur seuil maximale, la première diode de type Transil D1 est en état passant 30 et la tension aux bornes de la première résistance R1 est positive. La deuxième diode D2 est en état passant et la tension entre les bornes de la première résistance R1 présente une valeur sensiblement égale à 5V. In the absence of overvoltage, the third diode D3 is not conducting, and the second supply voltage 17 is disconnected. Finally, a second resistor R2 is disposed between the control means 16 and the power means 15. Indeed, when an overvoltage is present and the second diode D2 is on, the control signal Vcom is forced to a value able to put the IGBT switch in the on state. This value may be different from the value set by the control means 16. Thus, the use of the second resistor R2 makes it possible to prevent the value of the Voom control signal from being set to different values by the control means 16 and by the activation means 20 at the same time. The operation of the scheme of the protective device described above will be described next. When an overvoltage is present in the power supply, the voltage 20 between the terminals of the IGBT switch approaches the maximum allowable threshold value (here 1200 V). When the voltage between the terminals of the IGBT switch is less than the maximum threshold value, the first Transil type diode D1 is in the off state and the voltage across the resistor R1 is zero. The second diode D2 is in the off state and therefore the IGBT switch is controlled by the signal Voom generated by the control means 16 according to the operating situation illustrated in FIG. 2. When the voltage between the terminals of the IGBT switch reaches the maximum threshold value, the first diode Transil type D1 is in the on state and the voltage across the first resistor R1 is positive. The second diode D2 is in the on state and the voltage between the terminals of the first resistor R1 has a value substantially equal to 5V.
Bien entendu, cette valeur de 5V peut être différente et est fonction de la valeur de la seconde tension d'alimentation 17. Ainsi, le signal de commande Voom est forcé à une valeur de 5V correspondant au second niveau ou état haut. Par conséquent, l'interrupteur IGBT est mis en état passant, ce qui provoque une chute instantanée de la tension entre ses bornes, jusqu'à ce qu'elle présente une valeur inférieure à la valeur seuil maximale, ici 1200 V. Comme décrit ci-dessus, lorsque la tension entre les bornes de l'interrupteur IGBT revient à une valeur inférieure à la valeur seuil maximale, l'interrupteur IGBT est commandé par le signal Voom généré par les moyens de commande 16. On notera que lorsque le signal de commande Voom est forcé au second niveau ou état haut, l'interrupteur IGBT absorbe la totalité de l'énergie générée par la surtension. Lorsque la tension entre les bornes de l'interrupteur IGBT atteint la valeur seuil maximale, une étape de transmission aux moyens de commande 16 d'une information représentative de la détection d'une tension entre les bornes de l'interrupteur IGBT d'une valeur supérieure à la valeur seuil maximale, est mise en oeuvre. Dans cet exemple, la valeur de la tension aux bornes de la première résistance R1 (présentant une valeur sensiblement égale à 5V lorsque la tension entre les bornes de l'interrupteur IGBT atteint la valeur seuil maximale), est transmise aux moyens de commande 16. Les moyens de commande 16 sont ainsi informés de la présence d'une tension entre les bornes de l'interrupteur IGBT de valeur supérieure à la valeur seuil maximale, c'est-à-dire de la présence d'une surtension dans l'alimentation. Ensuite, les moyens de commande 16 mettent en oeuvre une étape de modification de la valeur d'au moins un paramètre du signal de commande Voom, la valeur de ce paramètre modifié étant apte à établir la valeur de la tension entre les bornes de l'interrupteur IGBT à une valeur inférieure à la valeur seuil maximale. Ainsi, les moyens de commande 16 agissent afin de faire descendre la valeur de la tension entre les bornes de l'interrupteur IGBT. Of course, this value of 5V may be different and depends on the value of the second supply voltage 17. Thus, the control signal Voom is forced to a value of 5V corresponding to the second level or high state. Therefore, the IGBT switch is turned on, which causes an instantaneous drop in voltage across its terminals, until it has a value less than the maximum threshold value, here 1200 V. As described here above, when the voltage between the terminals of the IGBT switch returns to a value lower than the maximum threshold value, the IGBT switch is controlled by the signal Voom generated by the control means 16. It will be noted that when the signal of Voom command is forced to the second level or high state, the IGBT switch absorbs all of the energy generated by the surge. When the voltage between the terminals of the IGBT switch reaches the maximum threshold value, a step of transmitting to the control means 16 information representative of the detection of a voltage across the terminals of the IGBT switch of a value above the maximum threshold value, is implemented. In this example, the value of the voltage across the first resistor R1 (having a value substantially equal to 5V when the voltage between the terminals of the IGBT switch reaches the maximum threshold value) is transmitted to the control means 16. The control means 16 are thus informed of the presence of a voltage between the terminals of the IGBT switch with a value greater than the maximum threshold value, that is to say the presence of a surge in the power supply. . Then, the control means 16 implement a step of modifying the value of at least one parameter of the Voom control signal, the value of this modified parameter being able to establish the value of the voltage between the terminals of the IGBT switch to a value below the maximum threshold value. Thus, the control means 16 act to lower the value of the voltage across the terminals of the IGBT switch.
Selon un mode de réalisation, l'étape de modification consiste à modifier la fréquence de commutation du signal de commande Vcom en l'établissant à une valeur apte à faire descendre la valeur de la tension entre les bornes de l'interrupteur IGBT. According to one embodiment, the modification step consists in modifying the switching frequency of the Vcom control signal by establishing it at a value able to lower the value of the voltage between the terminals of the IGBT switch.
Dans cet exemple, les moyens de commande 16 augmentent la fréquence de commutation jusqu'à ce que la valeur de la tension entre les bornes de l'interrupteur IGBT soit inférieure à la valeur seuil maximale. Dans une autre alternative, les moyens de commande 16 modifient en plus de la fréquence de commutation du signal de commande Vcom, le rapport cyclique de conduction du signal de commande Vcom. Ainsi, l'interrupteur IGBT est commandé de façon optimale. Selon un autre mode de réalisation, l'étape de modification consiste à l'inhibition dudit signal de commande Vcom. Ainsi, l'interrupteur IGBT n'étant plus commandé, la tension entre les bornes de l'interrupteur IGBT diminue. In this example, the control means 16 increase the switching frequency until the value of the voltage between the terminals of the IGBT switch is less than the maximum threshold value. In another alternative, the control means 16 change in addition to the switching frequency of the control signal Vcom, the conduction duty cycle of the control signal Vcom. Thus, the IGBT switch is optimally controlled. According to another embodiment, the modification step consists of the inhibition of said Vcom control signal. Thus, the IGBT switch is no longer controlled, the voltage between the terminals of the IGBT switch decreases.
Le fonctionnement du dispositif de la figure 4 décrit ci-dessus est illustré à la figure 5. La tension VIGBT entre les bornes de l'interrupteur IGBT est illustrée en trait continu, le courant IIGBT circulant dans l'interrupteur IGBT et la diode de roue libre D en trait pointillé, et le signal de commande Vcom de l'interrupteur IGBT, ainsi que la tension VG sur la grille G de l'interrupteur IGBT en trait mixte. Les courbes illustrant le signal de commande Vcom de l'interrupteur IGBT et la tension VG sur la grille G de l'interrupteur IGBT sont superposées avant et après la détection de la surtension. Lorsque la surtension est détectée (moment référencé A sur la figure 5) par la première diode de type Transil Dl, le signal VG à la grille G de l'interrupteur IGBT est forcé à 5V, et par conséquent l'interrupteur IGBT est mis en état passant. Lorsque l'interrupteur IGBT est mis en état passant, un pic 30 de courant IIGBT dans l'interrupteur IGBT se produit et la tension VIGBT entre les bornes de l'interrupteur IGBT diminue instantanément à une valeur inférieure à la valeur seuil maximale. The operation of the device of FIG. 4 described above is illustrated in FIG. 5. The voltage VIGBT between the terminals of the IGBT switch is shown in solid lines, the current IIGBT flowing in the IGBT switch and the wheel diode free D dotted line, and the Vcom control signal of the IGBT switch, and the voltage VG on the gate G of the IGBT switch dotted line. The curves illustrating the Vcom control signal of the IGBT switch and the VG voltage on the gate G of the IGBT switch are superimposed before and after the detection of the overvoltage. When the overvoltage is detected (moment referenced A in FIG. 5) by the first diode of the Transil D1 type, the signal VG at gate G of the IGBT switch is forced to 5V, and consequently the IGBT switch is set to passing state. When the IGBT switch is turned on, a current spike IIGBT in the IGBT switch occurs and the voltage VIGBT across the terminals of the IGBT switch instantly decreases to a value below the maximum threshold value.
Ainsi, l'interrupteur IGBT est protégé instantanément de la surtension. Comme décrit ci-dessus en référence à la figure 4, lorsque le signal VG de la grille G de l'interrupteur est forcé à 5V, les moyens de commande 16 sont informés de la présence d'une surtension. Dans cet exemple, les moyens de commande 16 agissent en inhibant le signal de commande Vcom, c'est-à-dire en le bloquant à son premier niveau ou état bas. Ainsi, l'interrupteur IGBT n'est pas commandé, et par conséquent il n'existe pas de courant IIGBT dans l'interrupteur IGBT. Thus, the IGBT switch is instantly protected from overvoltage. As described above with reference to FIG. 4, when the VG signal of the gate G of the switch is forced to 5V, the control means 16 are informed of the presence of an overvoltage. In this example, the control means 16 act by inhibiting the control signal Vcom, that is to say by blocking it at its first level or low state. Thus, the IGBT switch is not controlled, and therefore there is no current IIGBT in the IGBT switch.
Ainsi, grâce à l'invention, la valeur de la tension entre les bornes de l'interrupteur est surveillée de façon à ce que lorsqu'elle dépasse la valeur seuil maximale, l'interrupteur est mis en état passant, ce qui provoque une réduction instantanée de la valeur de la tension entre les bornes de l'interrupteur. Par conséquent, l'interrupteur est protégé et ne sera pas détruit en cas de surtension dans l'alimentation. Par ailleurs, l'interrupteur est protégé dans le cas où la surtension persiste dans le temps où lorsque plusieurs surtensions consécutives sont présentes. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées à 20 l'exemple de réalisation décrit précédemment sans sortir du cadre de l'invention. Thus, thanks to the invention, the value of the voltage between the terminals of the switch is monitored so that when it exceeds the maximum threshold value, the switch is put in the on state, which causes a reduction. instantaneous value of the voltage between the terminals of the switch. Therefore, the switch is protected and will not be destroyed in case of power surge. Furthermore, the switch is protected in the case where the overvoltage persists in the time when when several consecutive overvoltages are present. Of course, many modifications can be made to the embodiment described above without departing from the scope of the invention.
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