FR3063849A1 - METHOD FOR CONTROLLING A SWITCHING ARM WITH AT LEAST TWO DOUBLE-GRID POWER TRANSISTORS AND CONTROL SYSTEM FOR CARRYING OUT SAID METHOD - Google Patents

METHOD FOR CONTROLLING A SWITCHING ARM WITH AT LEAST TWO DOUBLE-GRID POWER TRANSISTORS AND CONTROL SYSTEM FOR CARRYING OUT SAID METHOD Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de commande d'un bras de commutation qui comporte au moins un premier transistor (TH1) bidirectionnel à deux électrodes de grille et un deuxième transistor (TL1) bidirectionnel à deux électrodes de grille connectés en série à une source d'alimentation fournissant une tension (Ve) d'entrée alternative comprenant au moins une alternance de tension positive suivie d'une alternance de tension négative et commandés pour fournir une tension de sortie à une charge électrique (C) destinée à être traversée par un courant de charge (lc) et connectée en parallèle du deuxième transistor, ledit premier transistor (TH1) comprenant une première électrode de grille (G1h), une deuxième électrode de grille (G1l), et le deuxième transistor comprenant une première électrode de grille (G2h), une deuxième électrode de grille (G2I), chaque électrode de grille de chaque transistor pouvant être dans un premier état ou dans un deuxième état.The invention relates to a method for controlling a switching arm comprising at least a first bidirectional transistor (TH1) with two gate electrodes and a bidirectional second transistor (TL1) with two gate electrodes connected in series with a source of power supply supplying an alternating input voltage (Ve) comprising at least one positive voltage alternation followed by a negative voltage alternation and controlled to provide an output voltage at an electrical load (C) to be traversed by a current charge signal (lc) and connected in parallel with the second transistor, said first transistor (TH1) comprising a first gate electrode (G1h), a second gate electrode (G1l), and the second transistor comprising a first gate electrode (G2h) ), a second gate electrode (G2I), each gate electrode of each transistor being in a first state or in a second state.

Description

Titulaire(s) : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES Etablissement public, RENAULT S.A.S. Société par actions simplifiée.Holder (s): COMMISSION FOR ATOMIC ENERGY AND ALTERNATIVE ENERGY Public establishment, RENAULT S.A.S. Simplified joint-stock company.

Demande(s) d’extensionExtension request (s)

Mandataire(s) : INNOVATION COMPETENCE GROUP.Agent (s): INNOVATION COMPETENCE GROUP.

PROCEDE DE COMMANDE D'UN BRAS DE COMMUTATION A AU MOINS DEUX TRANSISTORS DE PUISSANCE A DOUBLE GRILLE ET SYSTEME DE COMMANDE DESTINE A METTRE EN OEUVRE LEDIT PROCEDE.METHOD FOR CONTROLLING A SWITCHING ARM WITH AT LEAST TWO DOUBLE-GRID POWER TRANSISTORS AND CONTROL SYSTEM FOR IMPLEMENTING SAID METHOD.

FR 3 063 849 - A1 (5/) L'invention concerne un procédé de commande d'un bras de commutation qui comporte au moins un premier transistor (TH1) bidirectionnel à deux électrodes de grille et un deuxième transistor (TL1) bidirectionnel à deux électrodes de grille connectés en série à une source d'alimentation fournissant une tension (Ve) d'entrée alternative comprenant au moins une alternance de tension positive suivie d'une alternance de tension négative et commandés pour fournir une tension de sortie à une charge électrique (C) destinée à être traversée par un courant de charge (le) et connectée en parallèle du deuxième transistor, ledit premier transistor (TH1) comprenant une première électrode de grille (G 1 h), une deuxième électrode de grille (G 11), et le deuxième transistor comprenant une première électrode de grille (G2h), une deuxième électrode de grille (G2I), chaque électrode de grille de chaque transistor pouvant être dans un premier état ou dans un deuxième état.FR 3 063 849 - A1 (5 /) The invention relates to a method for controlling a switching arm which comprises at least a first bidirectional transistor (TH1) with two gate electrodes and a second bidirectional transistor (TL1) with two gate electrodes connected in series to a power source providing an alternating input voltage (Ve) comprising at least one positive voltage alternation followed by a negative voltage alternation and controlled to supply an output voltage to an electric load (C) intended to be crossed by a load current (le) and connected in parallel to the second transistor, said first transistor (TH1) comprising a first gate electrode (G 1 h), a second gate electrode (G 11) , and the second transistor comprising a first gate electrode (G2h), a second gate electrode (G2I), each gate electrode of each transistor possibly being in a first state or d in a second state.

Figure FR3063849A1_D0001
Figure FR3063849A1_D0002

Procédé de commande d'un bras de commutation à au moins deux transistors de puissance à double grille et système de commande destiné à mettre en œuvre ledit procédéMethod for controlling a switching arm with at least two double gate power transistors and control system for implementing said method

Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention

La présente invention se rapporte un procédé de commande d'un bras de commutation à au moins deux transistors de puissance à double grille et au système de commande destiné à mettre en œuvre ledit procédé.The present invention relates to a method for controlling a switching arm with at least two double gate power transistors and to the control system intended to implement said method.

Etat de la techniqueState of the art

Le transistor de puissance en Nitrure de Gallium (GaN) est connu comme étant un composant qui présente certains avantages, notamment une faible résistance à l'état passant permettant d'occasionner peu de pertes et une capacité à fonctionner à des fréquences élevées.The Gallium Nitride (GaN) power transistor is known to be a component which has certain advantages, in particular a low resistance in the on state making it possible to cause few losses and an ability to operate at high frequencies.

Ce transistor présente une structure obtenue par la croissance par épitaxie de couches de GaN sur un substrat de silicium. Plus spécifiquement, les transistors à effet de champ à haute mobilité d’électrons HEMTs (ou High Electron Mobility Transistor dans la littérature anglo-saxonne), basés sur l’hétérojonction AIGaN/GaN, ont démontré d’excellentes performances.This transistor has a structure obtained by the epitaxy growth of GaN layers on a silicon substrate. More specifically, the HEMTs (or High Electron Mobility Transistor in the English literature) high-electron field effect transistors, based on the AIGaN / GaN heterojunction, have demonstrated excellent performance.

Récemment, il a été proposé de réaliser, sur une seule puce, un tel transistor bidirectionnel à deux grilles séparées. La demande de brevet WO2009/153965A1 décrit un tel composant et son emploi dans un variateur de vitesse pour la commande d'un moteur électrique.Recently, it has been proposed to produce, on a single chip, such a bidirectional transistor with two separate gates. Patent application WO2009 / 153965A1 describes such a component and its use in a variable speed drive for the control of an electric motor.

La figure 1 est un schéma représentant une coupe verticale d’un transistor HEMT AIGaN/GaN latéral à double grille et à drain commun. Ce composant est réalisé à partir d’un substrat 100 de silicium en guise de support, d’une couche canal 101 de GaN, et d’une couche barrière 102 de Nitrure de Gallium d’Aluminium AIGaN formant une hétérojonction avec la couche de GaN. Ces deux couches semi-conductrices ont des bandes interdites différentes qui forment un puits quantique à leur interface. Des électrons sont confinés dans ce puits quantique pour former un gaz bidimensionnel d’électrons (2DEG) qui constitue le canal situé à l’interface AIGaN/GaN du côté GaN. L’épitaxie ainsi obtenue accueille deux électrodes ohmiques S1 et S2 espacées latéralement. Deux électrodes de commande, communément appelées grilles, respectivement Gh et Gl, sont disposées entre les deux électrodes ohmiques S1 et S2. Suivant l’architecture à drain commun retenue, le courant et la tension sont donc gérés par un seul et même canal, ce qui optimise la résistance spécifique et le coût du composant.FIG. 1 is a diagram representing a vertical section of a HEMT AIGaN / GaN lateral transistor with double gate and common drain. This component is produced from a silicon substrate 100 as a support, a channel layer 101 of GaN, and a barrier layer 102 of Aluminum Gallium Nitride AIGaN forming a heterojunction with the GaN layer. . These two semiconductor layers have different forbidden bands which form a quantum well at their interface. Electrons are confined in this quantum well to form a two-dimensional electron gas (2DEG) which constitutes the channel located at the AIGaN / GaN interface on the GaN side. The epitaxy thus obtained receives two ohmic electrodes S1 and S2 spaced laterally. Two control electrodes, commonly called grids, respectively Gh and Gl, are arranged between the two ohmic electrodes S1 and S2. Depending on the common drain architecture chosen, current and voltage are therefore managed by a single channel, which optimizes the specific resistance and the cost of the component.

Même si l'emploi de tels transistors dans des convertisseurs de puissance tels que des variateurs de vitesse a déjà été évoqué dans l'état de la technique, aucune stratégie de commande d'un bras de commutation muni de plusieurs de ces transistors bidirectionnels à double grille n'a été décrite.Even if the use of such transistors in power converters such as variable speed drives has already been mentioned in the prior art, no strategy for controlling a switching arm provided with several of these double bidirectional transistors grid has been described.

Or, il s'avère qu'il existe un besoin de proposer une stratégie de commande adaptée à ce type de composant dans son emploi dans un bras de commutation, notamment pour :However, it turns out that there is a need to propose a control strategy adapted to this type of component in its use in a switching arm, in particular for:

Eviter toute mise en court-circuit de la source de tension, même lors d'un court instant ;Avoid short-circuiting the voltage source, even for a short time;

Permettre de toujours proposer un chemin pour que le courant dans la charge (souvent inductive) puisse se reboucler, même pour une courte durée ;Always provide a path so that the current in the load (often inductive) can loop back, even for a short time;

- Gérer l'inversion de polarité de la source de tension ;- Manage the polarity reversal of the voltage source;

Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de commande de transistors bidirectionnels à double grille associés en série dans un bras de commutation, qui permette de répondre aux objectifs fixés ci-dessus.The object of the invention is therefore to propose a method for controlling bidirectional double gate transistors associated in series in a switching arm, which makes it possible to meet the objectives set above.

Exposé de l'inventionStatement of the invention

Ce but est atteint par un procédé de commande d'un bras de commutation qui comporte au moins un premier transistor bidirectionnel à deux électrodes de grille et un deuxième transistor bidirectionnel à deux électrodes de grille connectés en série à une source d'alimentation fournissant une tension d'entrée alternative comprenant au moins une alternance de tension positive suivie d'une alternance de tension négative et commandés pour fournir une tension de sortie à une charge électrique destinée à être traversée par un courant de charge et connectée en parallèle du deuxième transistor, ledit premier transistor comprenant une première électrode de grille, une deuxième électrode de grille, et le deuxième transistor comprenant une première électrode de grille, une deuxième électrode de grille, chaque électrode de grille de chaque transistor pouvant être dans un premier état ou dans un deuxième état, chaque transistor étant commandé de sorte que lorsque :This object is achieved by a method of controlling a switching arm which comprises at least a first bidirectional transistor with two gate electrodes and a second bidirectional transistor with two gate electrodes connected in series to a power source supplying a voltage. an input input comprising at least one alternating positive voltage followed by alternating negative voltage and controlled to supply an output voltage to an electric load intended to be crossed by a load current and connected in parallel with the second transistor, said second first transistor comprising a first gate electrode, a second gate electrode, and the second transistor comprising a first gate electrode, a second gate electrode, each gate electrode of each transistor may be in a first state or in a second state , each transistor being controlled so that when :

- Sa première électrode de grille est dans le premier état et sa deuxième électrode de grille dans le premier état, le transistor est à l'état ouvert,- Its first gate electrode is in the first state and its second gate electrode in the first state, the transistor is in the open state,

La première électrode de grille et la deuxième électrode de grille sont dans des états différents, le transistor est dans un mode de fonctionnement diode, le mode de fonctionnement diode étant diode inverse ou diode direct selon l'état de chaque électrode de grille,The first gate electrode and the second gate electrode are in different states, the transistor is in a diode operating mode, the diode operating mode being reverse diode or direct diode depending on the state of each gate electrode,

- Sa première électrode de grille est dans le deuxième état et sa deuxième électrode de grille est dans le deuxième état, le transistor est à l'état fermé, Pendant chaque alternance de tension positive ou négative, ledit procédé suit la séquence suivante :- Its first gate electrode is in the second state and its second gate electrode is in the second state, the transistor is in the closed state, During each alternation of positive or negative voltage, said method follows the following sequence:

o Lorsque le premier transistor est commuté de l'état fermé vers un mode de fonctionnement diode, le mode de fonctionnement diode est choisi pour assurer une mise en conduction naturelle du deuxième transistor selon un mode de fonctionnement diode de type roue libre ;o When the first transistor is switched from the closed state to a diode operating mode, the diode operating mode is chosen to ensure natural conduction of the second transistor according to a freewheeling diode operating mode;

o Lorsque le premier transistor est commuté dans le mode de fonctionnement diode, le deuxième transistor est dans un mode de fonctionnement diode choisi pour reboucler le courant de charge et assurer la continuité du courant de charge en roue libre ;o When the first transistor is switched to the diode operating mode, the second transistor is in a diode operating mode chosen to loop back the charging current and ensure the continuity of the charging current in freewheeling mode;

o Lorsque le deuxième transistor est commuté du mode de fonctionnement diode vers l'état fermé, le premier transistor est maintenu dans son mode de fonctionnement diode.o When the second transistor is switched from the diode operating mode to the closed state, the first transistor is maintained in its diode operating mode.

Selon une réalisation particulière, lorsque l'alternance de tension est positive, le premier transistor étant initialement à l'état fermé et le deuxième transistor initialement dans le mode de fonctionnement diode, le procédé consiste à suivre la séquence suivante :According to a particular embodiment, when the voltage alternation is positive, the first transistor being initially in the closed state and the second transistor initially in the diode operating mode, the method consists in following the following sequence:

o Commander le premier transistor dans le mode de fonctionnement diode, o Après un temps-mort, commander le deuxième transistor à l'état fermé, o Commander le deuxième transistor dans le mode de fonctionnement diode, o Après un temps-mort, commander le premier transistor à l'état fermé.o Order the first transistor in the diode operating mode, o After a dead time, order the second transistor in the closed state, o Order the second transistor in the diode operating mode, o After a dead time, order the first transistor in the closed state.

Selon cette réalisation, lorsque l'alternance de tension est négative, le premier transistor étant initialement à l'état fermé et le deuxième transistor initialement dans le mode de fonctionnement diode, le procédé consiste à suivre la séquence suivante :According to this embodiment, when the voltage alternation is negative, the first transistor being initially in the closed state and the second transistor initially in the diode operating mode, the method consists in following the following sequence:

o Commander le premier transistor dans le mode de fonctionnement diode, o Après un temps-mort, commander le deuxième transistor à l'état fermé, o Commander le deuxième transistor dans le mode de fonctionnement diode, o Après un temps-mort, commander le premier transistor à l'état fermé.o Order the first transistor in the diode operating mode, o After a dead time, order the second transistor in the closed state, o Order the second transistor in the diode operating mode, o After a dead time, order the first transistor in the closed state.

Selon une particularité, le procédé comporte une étape de détection de l'alternance de la tension d'entrée fournie par ladite source d'alimentation.According to one feature, the method comprises a step of detecting the alternation of the input voltage supplied by said power source.

L'invention concerne également un système de commande d'un bras de commutation qui comporte au moins un premier transistor bidirectionnel à double grille et un deuxième transistor bidirectionnel à deux électrodes de grille connectés en série à une source d'alimentation fournissant une tension d'entrée alternative comprenant au moins une alternance de tension positive suivie d'une alternance de tension négative et commandés pour fournir une tension de sortie à une charge électrique destinée à être traversée par un courant de charge et connectée en parallèle du deuxième transistor, ledit premier transistor comprenant une première électrode de grille, une deuxième électrode de grille, et le deuxième transistor comprenant une première électrode de grille, une deuxième électrode de grille, chaque électrode de grille de chaque transistor pouvant être dans un premier état ou dans un deuxième état, chaque transistor étant commandé de sorte que lorsque :The invention also relates to a control system for a switching arm which comprises at least a first bidirectional double gate transistor and a second bidirectional transistor with two gate electrodes connected in series to a power source supplying a voltage of alternating input comprising at least one alternating positive voltage followed by alternating negative voltage and controlled to supply an output voltage to an electric load intended to be crossed by a charging current and connected in parallel with the second transistor, said first transistor comprising a first gate electrode, a second gate electrode, and the second transistor comprising a first gate electrode, a second gate electrode, each gate electrode of each transistor may be in a first state or in a second state, each transistor being controlled so that when:

- Sa première électrode de grille est dans le premier état et sa deuxième électrode de grille est dans le premier état, le transistor est à l'état ouvert, La première électrode de grille et la deuxième électrode de grille sont dans des états différents, le transistor est dans un mode de fonctionnement diode, le mode de fonctionnement diode étant diode inverse ou diode direct selon l'état de chaque électrode de grille,- Its first gate electrode is in the first state and its second gate electrode is in the first state, the transistor is in the open state, The first gate electrode and the second gate electrode are in different states, the transistor is in a diode operating mode, the diode operating mode being reverse diode or direct diode depending on the state of each gate electrode,

- Sa première électrode de grille est dans le deuxième état et sa deuxième électrode de grille est dans le deuxième état, le transistor est à l'état fermé, Ledit système comprenant :- Its first gate electrode is in the second state and its second gate electrode is in the second state, the transistor is in the closed state, said system comprising:

Des moyens de traitement agencés pour exécuter des instructions pour appliquer au moins une séquence de commande déterminée ;Processing means arranged to execute instructions for applying at least one determined command sequence;

Des moyens d'acquisition de données utilisées comme entrées pour appliquer ladite séquence de commande ;Data acquisition means used as inputs for applying said command sequence;

Des moyens de commande recevant des commandes de la part des moyens de traitement et agencés pour appliquer des signaux de commande sur les grilles des transistors du bras de commutation selon la séquence de commande qui est appliquée ;Control means receiving commands from the processing means and arranged to apply control signals to the gates of the transistors of the switching arm according to the control sequence which is applied;

Pendant chaque alternance de tension positive ou négative, ledit système est apte à commander la séquence de commande suivante :During each alternation of positive or negative voltage, said system is capable of controlling the following command sequence:

o Lorsque le premier transistor est commuté de l'état fermé vers un mode de fonctionnement diode, le mode de fonctionnement diode est choisi pour assurer une mise en conduction naturelle du deuxième transistor selon un mode de fonctionnement diode de type roue libre ;o When the first transistor is switched from the closed state to a diode operating mode, the diode operating mode is chosen to ensure natural conduction of the second transistor according to a freewheeling diode operating mode;

o Lorsque le premier transistor est commuté dans le mode de fonctionnement diode, le deuxième transistor est dans un mode de fonctionnement diode choisi pour reboucler le courant de charge et assurer la continuité du courant de charge en roue libre ;o When the first transistor is switched to the diode operating mode, the second transistor is in a diode operating mode chosen to loop back the charging current and ensure the continuity of the charging current in freewheeling mode;

o Lorsque le deuxième transistor est commuté du mode de fonctionnement diode vers l'état fermé, le premier transistor est maintenu dans son mode de fonctionnement diode.o When the second transistor is switched from the diode operating mode to the closed state, the first transistor is maintained in its diode operating mode.

Selon une réalisation particulière, lorsque l'alternance de tension est positive, le premier transistor étant initialement à l'état fermé et le deuxième transistor initialement dans le mode de fonctionnement diode, ledit système est apte à mettre en oeuvre la séquence suivante :According to a particular embodiment, when the alternation of voltage is positive, the first transistor being initially in the closed state and the second transistor initially in the diode operating mode, said system is able to implement the following sequence:

o Commander le premier transistor dans le mode de fonctionnement diode, o Après un temps-mort, commander le deuxième transistor à l'état fermé, o Commander le deuxième transistor dans le mode de fonctionnement diode, o Après un temps-mort, commander le premier transistor à l'état fermé,o Order the first transistor in the diode operating mode, o After a dead time, order the second transistor in the closed state, o Order the second transistor in the diode operating mode, o After a dead time, order the first transistor in the closed state,

Selon cette réalisation particulière, lorsque l'alternance de tension est négative, le premier transistor étant initialement à l'état fermé et le deuxième transistor initialement dans le mode de fonctionnement diode, ledit système est apte à mettre en œuvre la séquence suivante :According to this particular embodiment, when the voltage alternation is negative, the first transistor being initially in the closed state and the second transistor initially in the diode operating mode, said system is capable of implementing the following sequence:

o Commander le premier transistor dans le mode de fonctionnement diode, o Après un temps-mort, commander le deuxième transistor à l'état fermé, o Commander le deuxième transistor dans le mode de fonctionnement diode, o Après un temps-mort, commander le premier transistor à l'état fermé.o Order the first transistor in the diode operating mode, o After a dead time, order the second transistor in the closed state, o Order the second transistor in the diode operating mode, o After a dead time, order the first transistor in the closed state.

Selon une particularité, le système comporte des moyens de mesure de la tension fournie par ladite source d'alimentation.According to one feature, the system includes means for measuring the voltage supplied by said power source.

L'invention concerne également un programme d’ordinateur comprenant des instructions logicielles destinés à être exécutés sur un ordinateur pour mettre en œuvre le procédé tel que défini ci-dessus.The invention also relates to a computer program comprising software instructions intended to be executed on a computer to implement the method as defined above.

L'invention concerne enfin un support de stockage lisible par un ordinateur comportant le programme d’ordinateur défini ci-dessus.Finally, the invention relates to a storage medium readable by a computer comprising the computer program defined above.

La présence de deux grilles permet au composant de bloquer une tension quel que soit son signe et de conduire du courant dans les deux sens. On verra que cette caractéristique permet de réaliser des fonctions de conversion directe d’une tension alternative vers une autre tension alternative (par exemple dans le cadre d’un variateur de vitesse à partir du réseau triphasé ou d’un chargeur isolé qui alimente le transformateur d’isolement directement à partir du réseau d’alimentation) avec une densité de puissance et un rendement nettement plus élevés qu’avec les topologies conventionnelles.The presence of two grids allows the component to block a voltage whatever its sign and to conduct current in both directions. It will be seen that this characteristic makes it possible to carry out functions for direct conversion from an alternating voltage to another alternating voltage (for example in the context of a variable speed drive from the three-phase network or of an isolated charger which supplies the transformer insulation directly from the supply network) with a significantly higher power density and efficiency than with conventional topologies.

Brève description des figuresBrief description of the figures

D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels :Other characteristics and advantages will appear in the following detailed description given with reference to the appended drawings in which:

Les figure 1A et 1B représentent un transistor à effet de champ à haute mobilité électronique, à double grille et à drain commun, connu dans l'état de la technique, respectivement vu suivant une coupe schématique et vu sous la forme de son symbole électronique ;FIGS. 1A and 1B represent a field effect transistor with high electronic mobility, with double gate and with common drain, known in the state of the art, respectively seen according to a schematic section and seen in the form of its electronic symbol;

La figure 2 illustre les différents états pris par un transistor bidirectionnel à double grille tel que représenté sur la figure 1 ;Figure 2 illustrates the different states taken by a bidirectional double gate transistor as shown in Figure 1;

La figure 3 représente un schéma électronique d'un bras de commutation à deux transistors bidirectionnels à double grille en série tels que représentés sur la figure 1, connecté à une source d'alimentation et commandé pour alimenter une charge électrique ;FIG. 3 represents an electronic diagram of a switching arm with two bidirectional double gate transistors in series as shown in FIG. 1, connected to a power source and controlled to supply an electrical load;

Les figures 4A et 4B représentent des chronogrammes illustrant les séquences de commande appliquées au bras de commutation de la figure 3;FIGS. 4A and 4B represent timing diagrams illustrating the control sequences applied to the switching arm of FIG. 3;

Les figures 5A et 5B illustrent les différentes phases des séquences de commande représentées sur les figures 4A et 4B ;Figures 5A and 5B illustrate the different phases of the control sequences shown in Figures 4A and 4B;

La figure 6 représente des courbes illustrant les séquences de commande des figures 4A et 4B ;FIG. 6 represents curves illustrating the control sequences of FIGS. 4A and 4B;

La figure 7 représente la topologie d'un convertisseur à double pont Dual Active Bridge de type monophasé, à deux bras de commutation tels que celui de la figure 3 ;FIG. 7 represents the topology of a dual-bridge converter Dual Active Bridge of the single-phase type, with two switching arms such as that of FIG. 3;

La figure 8 représente la topologie d'un convertisseur à double pont 'Dual Active Bridge de type triphasé, à trois bras de commutation tels que celui de la figure 3 ;FIG. 8 represents the topology of a three-phase type Dual Active Bridge converter with three switching arms such as that of FIG. 3;

La figure 9 représente un chronogramme illustrant la séquence de commande appliquée à un pont de commutation du convertisseur de la figure 7 ;FIG. 9 represents a timing diagram illustrating the control sequence applied to a switching bridge of the converter of FIG. 7;

La figure 10 illustre les différentes phases de la séquence de commande représentée sur la figure 9 ;Figure 10 illustrates the different phases of the control sequence shown in Figure 9;

La figure 11 illustre le principe de l'aide au blocage d'un transistor employé dans un convertisseur de l'invention ;FIG. 11 illustrates the principle of aid for blocking a transistor used in a converter of the invention;

Description détaillée d'au moins un mode de réalisationDetailed description of at least one embodiment

Comme déjà décrit ci-dessus, un transistor à effet de champ à haute mobilité électronique (HEMT) en Nitrure de Gallium (ci-après GaN) sur substrat silicium à deux grilles séparées et à drain commun est représenté sur les figures 1A et 1 B. De manière générale mais non limitative et pour les besoins de l'invention, un tel transistor comporte les particularités suivantes :As already described above, a high electron mobility field effect transistor (HEMT) made of Gallium Nitride (hereinafter GaN) on silicon substrate with two separate gates and with common drain is represented in FIGS. 1A and 1B In general but not limiting and for the needs of the invention, such a transistor has the following particularities:

Un substrat en silicium ;A silicon substrate;

Une couche de GaN formée par épitaxie sur le substrat en silicium, au travers d’une couche tampon spécifique (AIN typiquement) afin d’assurer l’intégrité de la structure cristalline du GaN ;A GaN layer formed by epitaxy on the silicon substrate, through a specific buffer layer (typically AIN) in order to ensure the integrity of the crystal structure of GaN;

Une couche barrière formée par épitaxie sur la couche de GaN, de manière à former un canal de conduction à l'interface de la couche de GaN et la couche barrière ;A barrier layer formed by epitaxy on the GaN layer, so as to form a conduction channel at the interface of the GaN layer and the barrier layer;

Deux électrodes de source S1, S2 opposées ;Two opposite source electrodes S1, S2;

Deux électrodes de commande, appelées également électrodes de grille Gh, Gl, réalisées sur la couche barrière et formées entre les deux électrodes de source S1, S2 de manière à moduler la conductance dans le canal de conduction entre les deux électrodes de source S1, S2 ;Two control electrodes, also called gate electrodes Gh, Gl, produced on the barrier layer and formed between the two source electrodes S1, S2 so as to modulate the conductance in the conduction channel between the two source electrodes S1, S2 ;

La structure à drain commun n'augmente la taille du composant que d'une longueur grille-source par rapport à un transistor simple grille (environ 10% de surface active supplémentaire pour une tension de blocage de 600V, soit 2pm pour une longueur de 17 à 18pm classiquement).The common drain structure only increases the size of the component by a gate-source length compared to a single gate transistor (approximately 10% of additional active area for a blocking voltage of 600V, i.e. 2pm for a length of 17 at 6pm classically).

Dans un tel transistor, la première électrode de grille (Gh) et la deuxième électrode de grille (Gl) sont chacune susceptibles de prendre deux états distincts, dits premier état et deuxième état. De manière non limitative, le premier état est un état 0, c'est-à-dire que la grille est inactive et le deuxième état est un état 1, c'est-à-dire que la grille est active.In such a transistor, the first gate electrode (Gh) and the second gate electrode (Gl) are each capable of taking two distinct states, called first state and second state. In a nonlimiting manner, the first state is a state 0, that is to say that the grid is inactive and the second state is a state 1, that is to say that the grid is active.

L'invention est décrite ci-dessous avec des transistors de type normalement ouvert (normally off), c'est-à-dire à l'état ouvert en l'absence de tension de commande sur la grille mais il faut comprendre qu'elle pourrait s'appliquer avec des transistors de type normalement fermé (normally on), c'est-à-dire à l'état fermé en l'absence de tension de commande sur la grille.The invention is described below with transistors of the normally open type (normally off), that is to say in the open state in the absence of control voltage on the grid but it should be understood that it could be applied with transistors of the normally closed type (normally on), that is to say in the closed state in the absence of control voltage on the gate.

En référence à la figure 2, selon l'état pris par chacune de ses électrodes de grille Gh et Gl, le transistor pourra prendre les quatre états distincts ou modes de fonctionnements décrits ci-dessous :With reference to FIG. 2, depending on the state taken by each of its gate electrodes Gh and Gl, the transistor can take the four distinct states or operating modes described below:

Etat A : Première électrode de grille Gh à l'état 0 et deuxième électrode de grille Gl à l'état 0, le transistor est à l'état ouvert ;State A: First gate electrode Gh in state 0 and second gate electrode Gl in state 0, the transistor is in the open state;

Etat B : Première électrode de grille Gh à l'état 1 et deuxième électrode de grille Gl à l'état 0, le transistor est dans un mode de fonctionnement diode inverse ;State B: First gate electrode Gh in state 1 and second gate electrode Gl in state 0, the transistor is in a reverse diode operating mode;

Etat C : Première électrode de grille Gh à l'état 0 et deuxième électrode de grille Gl à l'état 1, le transistor est dans un mode de fonctionnement diode direct ;State C: First gate electrode Gh in state 0 and second gate electrode Gl in state 1, the transistor is in a direct diode operating mode;

Etat D : Première électrode de grille Gh à l'état 1 et deuxième électrode de grille Gl à l'état 1, le transistor est à l'état fermé ;State D: First gate electrode Gh in state 1 and second gate electrode Gl in state 1, the transistor is in the closed state;

Dans un tel composant à double-grille à base de GaN, le mode de fonctionnement diode est réalisé de manière automatique avec une remise en conduction naturelle du composant en mode inverse lorsqu’il est bloqué.In such a GaN-based double-gate component, the diode operating mode is performed automatically with natural conduction of the component in reverse mode when it is blocked.

Ces quatre états A, B, C, D permettent ainsi un fonctionnement dans les quatre quadrants, c'est-à-dire :These four states A, B, C, D thus allow operation in the four quadrants, that is to say:

- Tension à bloquer positive ou négative entre les électrodes S1 et S2 ;- Positive or negative voltage to block between electrodes S1 and S2;

- Circulation du courant dans les deux sens entre les électrodes S1 et S2 ;- Current flow in both directions between the electrodes S1 and S2;

- Choix du sens de roue libre selon le signe de la tension à bloquer entre les électrodes S1 et S2 ;- Choice of the freewheeling direction according to the sign of the voltage to be blocked between the electrodes S1 and S2;

En référence à la figure 3, l'invention s'applique notamment à un bras de commutation qui comporte deux transistors TH1, TL1 bidirectionnels à double grille tels que décrits ci-dessus, connectés en série à une source d'alimentation fournissant une tension d'entrée alternative Ve. Le premier transistor TH1 comporte une première électrode de grille G1 h et une deuxième électrode de grille G11 et le deuxième transistor TL1 comporte une première électrode de grille G2h et une deuxième électrode de grille G2I. Les deux transistors TH1, TL1 sont commandés pour convertir ladite tension d'entrée Ve en une tension de sortie Vc fournie à une charge électrique C, par exemple connectée en parallèle du deuxième transistor TL1. La source d'alimentation fournit une tension Ve alternative, avantageusement sinusoïdale, comportant une succession de motifs, chaque motif comprenant une alternance de tension positive suivie d'une alternance de tension négative. La tension Ve est par exemple la tension fournie par le réseau électrique à une fréquence de 50Hz ou 60Hz.With reference to FIG. 3, the invention applies in particular to a switching arm which comprises two bidirectional TH1, TL1 transistors with double gate as described above, connected in series to a power source supplying a voltage d alternative entry Ve. The first transistor TH1 has a first gate electrode G1 h and a second gate electrode G11 and the second transistor TL1 has a first gate electrode G2h and a second gate electrode G2I. The two transistors TH1, TL1 are controlled to convert said input voltage Ve into an output voltage Vc supplied to an electrical load C, for example connected in parallel to the second transistor TL1. The power source provides an alternating voltage, advantageously sinusoidal, comprising a succession of patterns, each pattern comprising alternating positive voltage followed by alternating negative voltage. The voltage Ve is for example the voltage supplied by the electrical network at a frequency of 50Hz or 60Hz.

En tenant compte des différents états décrits ci-dessus que peut prendre chaque transistor à double grille, l'invention vise à proposer un procédé de commande adapté à un tel bras de commutation qui permette de remplir certains objectifs, notamment :Taking into account the different states described above that each double gate transistor can take, the invention aims to propose a control method adapted to such a switching arm which makes it possible to fulfill certain objectives, in particular:

D'éviter toute mise en court-circuit de la source d'alimentation, même lors d'une courte durée ;Avoid short circuiting the power source, even for a short time;

De toujours proposer un chemin pour que le courant présent dans la charge (qui est souvent inductive) puisse se reboucler, même lors d'une courte durée ;Always offer a path so that the current present in the load (which is often inductive) can loop back, even for a short time;

De gérer l'inversion de polarité de la source d'alimentation ;Manage the reverse polarity of the power source;

Les figures 4A et 4B représentent deux chronogrammes illustrant le principe du procédé de commande de l'invention. Le premier chronogramme est appliqué lorsque la tension d'entrée fournie par la source d'alimentation est dans une alternance positive (Ve>0) et le deuxième chronogramme est appliqué lorsque la tension d'entrée fournie par la source d'alimentation est dans une alternance négative (Ve<0).FIGS. 4A and 4B represent two timing diagrams illustrating the principle of the control method of the invention. The first timing diagram is applied when the input voltage supplied by the power source is in positive alternation (Ve> 0) and the second timing diagram is applied when the input voltage supplied by the power source is in a positive negative alternation (Ve <0).

Les figures 5A et 5B représentent les différents états du bras de commutation, respectivement en suivant le chronogramme de la figure 4A et le chronogramme de la figure 4B. Sur les figures 5A et 5B, un transistor à l'état fermé est indiqué par une branche de circuit continue et un transistor dans un mode de fonctionnement diode, inverse ou direct, est représenté sous la forme d'une diode orientée dans le sens correspondant à son mode de fonctionnement et référencé avec le préfixe D (DH1 ou DL1).FIGS. 5A and 5B represent the different states of the switching arm, respectively by following the timing diagram of FIG. 4A and the timing diagram of FIG. 4B. In FIGS. 5A and 5B, a transistor in the closed state is indicated by a continuous circuit branch and a transistor in a diode operating mode, reverse or direct, is represented in the form of a diode oriented in the corresponding direction to its operating mode and referenced with the prefix D (DH1 or DL1).

Le procédé de commande est appliqué en suivant un signal d'horloge H permettant de séquencer les commandes appliquées sur les grilles des deux transistors du bras de commutation, que ce soit lorsque l'alternance de la tension d'entrée est positive ou négative. Le signal d'horloge H peut prendre deux états distincts 0 ou 1.The control method is applied by following a clock signal H enabling the commands applied to the gates of the two transistors of the switching arm to be sequenced, whether when the alternation of the input voltage is positive or negative. The clock signal H can take two distinct states 0 or 1.

Selon un aspect de l'invention, le procédé consiste notamment à faire en sorte que, lors de chaque alternance de la tension d'entrée, chaque transistor du bras de commutation présente l'une de ses deux grilles maintenues active et l'autre de ses deux grilles commutées dans l'un ou l'autre de ses deux états (actif ou inactif).According to one aspect of the invention, the method notably consists in ensuring that, during each alternation of the input voltage, each transistor of the switching arm has one of its two gates kept active and the other of its two grids switched to one or other of its two states (active or inactive).

Le procédé de l'invention est mis en œuvre par un système qui comporte notamment :The method of the invention is implemented by a system which comprises in particular:

- des moyens de traitement comprenant un microprocesseur et des moyens de mémorisation et agencés pour exécuter des instructions logicielles pour appliquer au moins une séquence de commande déterminée ; les instructions logicielles sont stockées dans lesdits moyens de mémorisation et font partie dudit système de commande ;- processing means comprising a microprocessor and storage means and arranged to execute software instructions to apply at least one determined command sequence; the software instructions are stored in said storage means and are part of said control system;

- des moyens d'acquisition de données, notamment de données de tension (la tension Ve par exemple) et/ou de courant, par exemple par mesure, utilisées comme entrées pour appliquer la séquence de commande ;- Data acquisition means, in particular voltage data (voltage Ve for example) and / or current, for example by measurement, used as inputs for applying the command sequence;

- des moyens de commande recevant des commandes de la part des moyens de traitement et agencés pour appliquer des signaux de commande sur les grilles des transistors du bras de commutation selon la séquence de commande qui est appliquée ; ces moyens de commande comportent notamment des unités de pilotage (driver) adaptées à la commande des grilles des transistors.- control means receiving commands from the processing means and arranged to apply control signals to the gates of the transistors of the switching arm according to the control sequence which is applied; these control means include in particular piloting units (driver) adapted to control the gates of the transistors.

De manière plus précise mais non limitative, en référence à la figure 4A et à la figure 5A, lorsque la tension d'entrée est dans une alternance positive, Ve>0, les moyens de traitement évoqués ci-dessus mettent en œuvre la séquence suivante :In a more precise but non-limiting manner, with reference to FIG. 4A and to FIG. 5A, when the input voltage is in a positive half-wave, Ve> 0, the processing means mentioned above implement the following sequence :

Les électrodes de grille G1 h et G2h sont maintenues actives, c'est-à-dire à l'état 1 pendant toute la durée de l'alternance. La commutation est alors appliquée sur les deux autres électrodes de grille, c'est-à-dire G1I et G2I.The gate electrodes G1 h and G2h are kept active, that is to say in state 1 throughout the duration of the alternation. Switching is then applied to the other two gate electrodes, i.e. G1I and G2I.

- À partir de tO, H=1 - L'électrode de grille G1I est initialement à l'état 1 et l'électrode de grille G2I est à l'état 0. Le premier transistor TH1 est ainsi dans l'état D, c'est-à-dire fermé et le deuxième transistor TL1 est dans l'état B, c'est-à-dire dans un mode de fonctionnement diode inverse. La tension de sortie Vc générée par le bras de commutation vaut donc Vc=Ve et le courant le augmente, permettant d'alimenter la charge électrique C.- From tO, H = 1 - The gate electrode G1I is initially in state 1 and the gate electrode G2I is in state 0. The first transistor TH1 is thus in state D, c is to say closed and the second transistor TL1 is in state B, that is to say in a reverse diode operating mode. The output voltage Vc generated by the switching arm is therefore Vc = Ve and the current increases, allowing the electrical load C.

- À partir de t1, H=0 - L'électrode de grille G11 passe à l'état 0 et l'électrode de grille G2I reste à l'état 0. Le premier transistor TH1 et le deuxième transistor TL1 sont chacun dans l'état B, c'est-à-dire dans le mode fonctionnement diode inverse. La tension de sortie s'annule, Vc=0. Le courant le décroît. Lorsque TH1 passe dans le fonctionnement diode inverse, le transistor TL1 se place naturellement en roue libre, permettant de reboucler le courant le.- From t1, H = 0 - The gate electrode G11 goes to state 0 and the gate electrode G2I stays in state 0. The first transistor TH1 and the second transistor TL1 are each in the state B, that is to say in the reverse diode operating mode. The output voltage is canceled, Vc = 0. The current decreases. When TH1 goes into reverse diode operation, the transistor TL1 naturally places itself in freewheeling, making it possible to loop the current le.

- À partir de t2, H=0 - Après un temps mort dT, l'électrode de grille G2I est commandé à l'état 1. L'électrode de grille G1I est toujours à l'état 0. Le premier transistor TH1 est donc toujours dans l'état B, c'est-à-dire dans le mode de fonctionnement diode inverse et le deuxième transistor TL1 est commuté dans l'état D, c'est-à-dire à l'état fermé. La tension Vc reste nulle, Vc=0 et le courant le continue de décroître.- From t2, H = 0 - After a dead time dT, the gate electrode G2I is controlled in state 1. The gate electrode G1I is always in state 0. The first transistor TH1 is therefore always in state B, that is to say in the reverse diode operating mode and the second transistor TL1 is switched to state D, that is to say in the closed state. The voltage Vc remains zero, Vc = 0 and the current continues to decrease.

- À partir de t3, H=1 - L'électrode de grille G2I passe à l'état 0. L'électrode de grille G1I reste inactive à l'état 0. Le premier transistor TH1 et le deuxième transistor TL1 sont donc à l'état B, c'est-à-dire en mode de fonctionnement diode inverse. Le transistor TL1 est ainsi remis en fonctionnement diode inverse pour préparer la prochaine commutation du transistor TH1.- From t3, H = 1 - The gate electrode G2I goes to state 0. The gate electrode G1I remains inactive at state 0. The first transistor TH1 and the second transistor TL1 are therefore at l state B, that is to say in reverse diode operating mode. The transistor TL1 is thus put back into reverse diode operation to prepare for the next switching of the transistor TH1.

- À partir de t4, H=1 - Après un temps mort dT, l'électrode de grille G1I est commandée à l'état 1. L'électrode de grille G2I est maintenue inactive à l'état 0. Le premier transistor TH11 est donc commuté dans l'état D, c'est-à-dire à l'état fermé et le deuxième transistor TL1 est dans l'état B, c'est-à-dire dans le mode de fonctionnement diode inverse.- From t4, H = 1 - After a dead time dT, the gate electrode G1I is controlled in state 1. The gate electrode G2I is kept inactive in state 0. The first transistor TH11 is therefore switched to state D, that is to say in the closed state and the second transistor TL1 is in state B, that is to say in the reverse diode operating mode.

En référence à la figure 4B et à la figure 5B, lorsque la tension d'entrée est dans une alternance négative, Ve<0, les moyens de traitement appliquent la séquence suivante :With reference to FIG. 4B and to FIG. 5B, when the input voltage is in negative alternation, Ve <0, the processing means apply the following sequence:

Les électrodes de grille G1I et G2I sont maintenues actives, c'est-à-dire à l'état 1 pendant toute la durée de l'alternance. La commutation est alors appliquée sur les deux autres électrodes de grille, c'est-à-dire G1h et G2h.The gate electrodes G1I and G2I are kept active, that is to say in state 1 throughout the duration of the alternation. Switching is then applied to the other two gate electrodes, i.e. G1h and G2h.

- À partir de tO, H=1 - L'électrode de grille G1h est initialement à l'état 1 et l'électrode de grille G2h est à l'état 0. Le premier transistor TH1 est ainsi dans l'état D, c'est-à-dire fermé et le deuxième transistor TL1 est dans l'état C, c'est-à-dire dans un mode de fonctionnement diode direct. La tension de sortie Vc générée par le bras de commutation vaut donc Vc=Ve et le courant le est négatif. La valeur absolue du courant le augmente.- From tO, H = 1 - The gate electrode G1h is initially in state 1 and the gate electrode G2h is in state 0. The first transistor TH1 is thus in state D, c is to say closed and the second transistor TL1 is in state C, that is to say in a direct diode operating mode. The output voltage Vc generated by the switching arm is therefore Vc = Ve and the current le is negative. The absolute value of the current increases it.

- À partir de t1, H=0 - L'électrode de grille G1 h passe à l'état 0 et l'électrode de grille G2h reste à l'état 0. Le premier transistor TH1 et le deuxième transistor TL1 sont chacun dans l'état C, c'est-à-dire dans le mode fonctionnement diode direct. La tension de sortie s'annule, Vc=0. La valeur absolue du courant le diminue. Lorsque TH1 passe dans le fonctionnement diode direct, le transistor TL1 se place naturellement en roue libre, permettant de reboucler le courant le.- From t1, H = 0 - The gate electrode G1 h goes to state 0 and the gate electrode G2h remains in state 0. The first transistor TH1 and the second transistor TL1 are each in l state C, that is to say in the direct diode operating mode. The output voltage is canceled, Vc = 0. The absolute value of the current decreases it. When TH1 goes into direct diode operation, the transistor TL1 naturally places itself in freewheeling, making it possible to loop the current le.

- À partir de t2, H=0 - Après un temps mort dT, l'électrode de grille G2h est commandé à l'état 1. L'électrode de grille G1h est toujours à l'état 0. Le premier transistor TH1 est donc toujours dans l'état C, c'est-à-dire dans le mode de fonctionnement diode direct et le deuxième transistor TL1 est commuté dans l'état D, c'est-à-dire à l'état fermé. La tension Vc reste nulle, Vc=0. La valeur absolue du courant le diminue.- From t2, H = 0 - After a dead time dT, the gate electrode G2h is controlled in state 1. The gate electrode G1h is always in state 0. The first transistor TH1 is therefore always in state C, that is to say in the direct diode operating mode and the second transistor TL1 is switched to state D, that is to say in the closed state. The voltage Vc remains zero, Vc = 0. The absolute value of the current decreases it.

- À partir de t3, H=1 - L'électrode de grille G2h passe à l'état 0. L'électrode de grille G1 h reste inactive à l'état 0. Le premier transistor TH1 et le deuxième transistor TL1 sont donc à l'état C, c'est-à-dire en mode de fonctionnement diode direct. Le transistor TL1 est donc remis en fonctionnement diode direct pour préparer la prochaine commutation du transistor TH1.- From t3, H = 1 - The gate electrode G2h goes to state 0. The gate electrode G1 h remains inactive at state 0. The first transistor TH1 and the second transistor TL1 are therefore at state C, that is to say in direct diode operating mode. The transistor TL1 is therefore put back into direct diode operation to prepare the next switching of the transistor TH1.

- À partir de t4, H=1 - Après un temps mort dT, l'électrode de grille G1 h est commandée à l'état 1. L'électrode de grille G2h est maintenue inactive à l'état 0. Le premier transistor TH1 est donc commuté dans l'état D, c'est-àdire à l'état fermé et le deuxième transistor TL1 est dans l'état C, c'est-àdire dans le mode de fonctionnement diode direct. La valeur absolue du courant le augmente.- From t4, H = 1 - After a dead time dT, the gate electrode G1 h is controlled in state 1. The gate electrode G2h is kept inactive in state 0. The first transistor TH1 is therefore switched to state D, that is to say in the closed state and the second transistor TL1 is in state C, that is to say in the direct diode operating mode. The absolute value of the current increases it.

La durée de chaque temps mort dT est adaptée pour assurer que chaque nouvelle commutation d'un transistor vers l'état D se produise alors que l'autre transistor n'est plus dans cet état D, évitant toute mise en court-circuit de la source d'alimentation.The duration of each dead time dT is adapted to ensure that each new switching of a transistor to state D occurs while the other transistor is no longer in this state D, avoiding any short-circuiting of the power supply.

La durée du temps-mort est adaptée de manière à être suffisamment courte pour ne pas trop affecter le rendement mais suffisamment longue pour éviter tout courtcircuit de la source de tension.The duration of the dead time is adapted so as to be short enough so as not to affect the yield too much but long enough to avoid any short-circuiting of the voltage source.

De manière avantageuse et pour rendre la commande plus robuste, la séquence de commande peut intégrer, lors d'un changement d'alternance de la tension d'entrée Ve (d'une alternance positive vers une alternance négative ou d'une alternance négative vers une alternance positive), une commande à l'état inactif de toutes les grilles des transistors du bras de commutation. Pour l'alternance qui débute (négative ou positive), il s'agit alors de s'assurer que le courant le est bien nul avant d'appliquer la séquence de commande prévue pour cette alternance. Cela permet d'éviter de mettre la source d'alimentation fournissant la tension Ve en court-circuit et de tenir compte des erreurs possibles de mesure sur la tension Ve.Advantageously and to make the control more robust, the control sequence can integrate, during a change of alternation of the input voltage Ve (from a positive alternation to a negative alternation or from a negative alternation to positive alternation), a control in the inactive state of all the gates of the transistors of the switching arm. For the alternation which begins (negative or positive), it is then a question of ensuring that the current is indeed zero before applying the command sequence provided for this alternation. This makes it possible to avoid short-circuiting the power source supplying the voltage Ve and to take account of possible measurement errors on the voltage Ve.

Bien entendu, pour les besoins de la commande, le système pourra comporter des moyens de mesure de la tension d'entrée et des moyens de détection seront nécessaires pour connaître si la tension d'entrée est dans une alternance positive ou dans une alternance négative et ainsi appliquer la séquence de commande adaptée.Of course, for control purposes, the system may include means for measuring the input voltage and detection means will be necessary to know whether the input voltage is in positive alternation or in negative alternation and thus apply the appropriate command sequence.

La figure 6 illustre la variation de la tension de sortie Vc et du courant le selon l'état pris par les deux électrodes de grille G1I et G2I en découpage, les deux autres électrodes de grille G1h et G2h étant saturée, c'est-à-dire à l'état 1. Il s'agit donc de la stratégie de commande décrite ci-dessus lorsque Ve est supérieur à 0, en liaison avec les figures 4A et 5A.FIG. 6 illustrates the variation of the output voltage Vc and of the current le according to the state taken by the two gate electrodes G1I and G2I in switching mode, the other two gate electrodes G1h and G2h being saturated, that is to say say in state 1. It is therefore the control strategy described above when Ve is greater than 0, in connection with FIGS. 4A and 5A.

Le procédé de commande décrit ci-dessus en liaison avec les chronogrammes permet donc de répondre aux différents objectifs précités, c'est-à-dire :The control method described above in conjunction with the timing diagrams therefore makes it possible to meet the various aforementioned objectives, that is to say:

- Aucun risque de court-circuit : la durée de chaque temps mort dT est définie de manière à n'avoir jamais deux commutations simultanées, malgré les dispersions des caractéristiques des composants ;- No risk of short-circuit: the duration of each dead time dT is defined so as to never have two simultaneous switches, despite the dispersal of the characteristics of the components;

Le courant le dans la charge dispose toujours d'un chemin pour se reboucler, grâce à l'état B ou C pris par le transistor, avant la commutation suivante ;The current le in the load always has a path to loop back, thanks to the state B or C taken by the transistor, before the next switching;

Le procédé tient compte de la polarité de la tension d'entrée Ve, avec deux stratégies symétriques lorsque l'alternance de tension est positive ou négative ; Il suffit en effet d'inverser les commandes entre Gh et Gl d'un même transistor ;The method takes into account the polarity of the input voltage Ve, with two symmetrical strategies when the alternation of voltage is positive or negative; It suffices to reverse the commands between Gh and Gl of the same transistor;

La durée de fonctionnement en mode diode est interrompu pour saturer le transistor afin de réduire ses pertes en conduction ; seules les commutations se font en mode diode ;The operating time in diode mode is interrupted to saturate the transistor in order to reduce its conduction losses; only the switches are made in diode mode;

Le rendement du bras de commutation peut être facilement optimisé en limitant la durée du temps-mort dT au maximum ;The efficiency of the switching arm can be easily optimized by limiting the duration of the dead time dT to the maximum;

La stratégie de commande est compatible avec un fonctionnement en commutation au zéro de tension (Zéro voltage Switching - ZVS) sur charge résonante (voir ci-après) ;The control strategy is compatible with operation at zero voltage switching (ZVS) on resonant load (see below);

La stratégie ou séquence de commande du bras de commutation décrite cidessus est particulièrement avantageuse pour s'appliquer sur des convertisseurs comprenant plusieurs bras de commutation de ce type.The strategy or sequence of control of the switching arm described above is particularly advantageous for applying to converters comprising several switching arms of this type.

C'est le cas notamment pour des convertisseurs employés dans des applications de type chargeur de batterie (Batt) embarqué pour véhicule à traction électrique ou dans des applications qui nécessitent de fournir une alimentation continue et/ou à haute tension de sortie à partir du réseau électrique domestique monophasé ou triphasé et qui ne requièrent pas nécessairement d'échanges d'énergie électrique dans les deux sens. À titre d'exemple, c'est le cas notamment des autres applications suivantes :This is particularly the case for converters used in on-board battery charger (Batt) type applications for electric traction vehicles or in applications which require the supply of continuous and / or high voltage output from the network. single-phase or three-phase domestic electrics that do not necessarily require two-way electrical energy exchanges. For example, this is particularly the case for the following other applications:

- Alimentation de tubes à vide (rayons X, Micro-ondes) ;- Supply of vacuum tubes (X-rays, Microwaves);

- Alimentation de laser ;- Laser supply;

- Transmission d'énergie sans contact pas couplage inductif ;- Contactless energy transmission not inductive coupling;

- Systèmes d'alimentation secourus (UPS), notamment pour serveurs informatiques ;- Backup power systems (UPS), especially for computer servers;

De manière plus précise, dans une application de type chargeur de batterie embarqué pour véhicule à traction électrique, il s'avère que l'emploi de bras de commutation tels que décrits ci-dessus à base de transistors bidirectionnels à double grille, permet de répondre aux exigences fonctionnelles actuelles suivantes :More specifically, in an application of the on-board battery charger type for an electric traction vehicle, it turns out that the use of switching arms as described above based on bidirectional double gate transistors, makes it possible to respond to the following current functional requirements:

Réduire le volume, en augmentant la densité de puissance, grâce à l'élimination d'un étage de redressement en entrée ;Reduce the volume, increasing the power density, by eliminating an input rectification stage;

- Assurer un fonctionnement bidirectionnel, la batterie pouvant se décharger dans le réseau électrique (systèmes type Smart Grid) ;- Ensure bidirectional operation, the battery being able to discharge in the electrical network (Smart Grid type systems);

- Améliorer le rendement de conversion sur toute la plage de fonctionnement, ceci étant nécessaire pour le renvoi d'énergie vers le réseau ;- Improve the conversion efficiency over the entire operating range, this being necessary for the return of energy to the network;

Réduire le coût du chargeur, en minimisant la quantité de composants semiconducteurs et en augmentant la fréquence de commutation, permettant ainsi de réduire la taille des filtres et du transformateur ;Reduce the cost of the charger, by minimizing the quantity of semiconductor components and increasing the switching frequency, thus making it possible to reduce the size of the filters and of the transformer;

Réduire les perturbations électromagnétiques rayonnées et conduites sur le réseau électrique, de manière à être notamment compatible avec les réseaux électriques à neutre isolé.Reduce radiated and conducted electromagnetic disturbances on the electrical network, so as to be particularly compatible with isolated neutral electrical networks.

Dans une application d'un convertisseur de type chargeur tel que décrit cidessus, la réalisation d'un convertisseur doté de bras de commutation tels que décrits ci-dessus et commandés chacun selon la stratégie développée ci-dessus permet de mettre en œuvre une conversion directe AC/AC, c'est-à-dire de convertir directement la tension alternative fournie par une source d'alimentation électrique telle que par exemple le réseau électrique sans passer par un étage de redressement classique.In an application of a charger type converter as described above, the realization of a converter provided with switching arms as described above and each controlled according to the strategy developed above makes it possible to implement a direct conversion AC / AC, that is to say directly converting the alternating voltage supplied by an electrical power source such as for example the electrical network without going through a conventional rectification stage.

Sur la base de plusieurs bras de commutation en parallèle, dotés chacun d'au moins deux transistors bidirectionnels à double grille en série, plusieurs topologies de chargeur peuvent être envisagées.Based on several parallel switching arms, each provided with at least two bidirectional double gate transistors in series, several charger topologies can be envisaged.

La figure 7 présente une topologie de convertisseur monophasé employé dans un chargeur qui est particulièrement intéressante. La figure 8 présente la variante triphasée de cette topologie.Figure 7 presents a topology of single-phase converter used in a charger which is particularly interesting. Figure 8 shows the three-phase variant of this topology.

Le convertisseur présente ainsi une topologie à double pont isolé (appelé également DAB pour Dual Active Bridge) qui comporte les éléments suivants :The converter thus presents an isolated double bridge topology (also called DAB for Dual Active Bridge) which comprises the following elements:

Un transformateur 3 comprenant deux premières bornes entre lesquelles est connecté un enroulement primaire, et deux deuxièmes bornes entre lesquelles est connecté un enroulement secondaire.A transformer 3 comprising two first terminals between which is connected a primary winding, and two second terminals between which is connected a secondary winding.

Un premier pont de commutation 20 AC/AC connecté à l'enroulement primaire du transformateur. Il comporte deux bras de commutation (en version monophasée) du type décrit ci-dessus et représenté sur la figure 3 et destinés à convertir la tension alternative Ve fournie en entrée par la source en une tension alternative ou inversement. Chaque bras de commutation comporte au moins deux transistors et un point milieu de connexion situé entre ses deux transistors. Le premier point milieu de connexion est connecté à une borne de l'enroulement primaire du transformateur et le deuxième point milieu de connexion est connecté à l'autre borne de l'enroulement primaire du transformateur. Entre les deux points de milieu de connexion est générée la tension V0.A first switching bridge 20 AC / AC connected to the primary winding of the transformer. It comprises two switching arms (in single-phase version) of the type described above and represented in FIG. 3 and intended to convert the alternating voltage Ve supplied at input by the source into an alternating voltage or vice versa. Each switching arm comprises at least two transistors and a connection midpoint located between its two transistors. The first connection midpoint is connected to one terminal of the transformer primary winding and the second connection midpoint is connected to the other terminal of the transformer primary winding. Between the two connection medium points, the voltage V0 is generated.

Un deuxième pont de commutation 21 de type AC/DC connecté à l'enroulement secondaire du transformateur 3. Il comporte deux lignes d'alimentation entre lesquelles est appliquée une tension continue et deux bras de commutation connectés entre les deux lignes d'alimentation et destinés à convertir une tension alternative en une tension continue ou inversement. Chaque bras de commutation comporte au moins deux interrupteurs et un point milieu de connexion situé entre ses deux interrupteurs. Le premier point milieu de connexion est connecté à une borne de l'enroulement secondaire du transformateur et le deuxième point milieu de connexion est connecté l'autre borne de l'enroulement secondaire S du transformateur.A second switching bridge 21 of AC / DC type connected to the secondary winding of the transformer 3. It comprises two supply lines between which a DC voltage is applied and two switching arms connected between the two supply lines and intended to convert an AC voltage into a DC voltage or vice versa. Each switching arm has at least two switches and a connection point between its two switches. The first connection midpoint is connected to one terminal of the secondary winding of the transformer and the second connection midpoint is connected to the other terminal of the secondary winding S of the transformer.

De manière optionnelle, un circuit résonant sur le lien dit AC du côté primaire, c'est-à-dire connecté entre la sortie du premier pont de commutation 20 et l'enroulement primaire du transformateur 3 et qui comporte un condensateur de résonance Cr en série avec une inductance Lr.Optionally, a resonant circuit on the so-called AC link on the primary side, that is to say connected between the output of the first switching bridge 20 and the primary winding of the transformer 3 and which includes a resonance capacitor Cr in series with inductance Lr.

- Avantageusement, un étage 4 de filtrage d'entrée en mode commun et différentiel positionné entre la source de tension alternative et le premier pont de commutation, comprenant classiquement des inductances et des condensateurs de filtrage.Advantageously, a common and differential mode input filtering stage 4 positioned between the alternating voltage source and the first switching bridge, conventionally comprising inductors and filtering capacitors.

- Avantageusement, un étage 5 de filtrage de sortie connecté entre le deuxième pont de commutation et la batterie Batt ou l'ensemble de batteries.Advantageously, an output filtering stage 5 connected between the second switching bridge and the Batt battery or the set of batteries.

Pour la commande des bras de commutation, le convertisseur comporte avantageusement un système de commande adapté qui inclut :For controlling the switching arms, the converter advantageously includes a suitable control system which includes:

- des moyens de traitement comprenant un microprocesseur et des moyens de mémorisation et agencés pour exécuter des instructions logicielles pour appliquer au moins une séquence de commande déterminée ; les instructions logicielles sont stockées dans lesdits moyens de mémorisation et font partie dudit système de commande ;- processing means comprising a microprocessor and storage means and arranged to execute software instructions to apply at least one determined command sequence; the software instructions are stored in said storage means and are part of said control system;

- des moyens d'acquisition de données, notamment de données de tension (la tension Ve par exemple) et/ou de courant, par exemple par mesure, utilisées comme entrées pour appliquer la séquence de commande ;- Data acquisition means, in particular voltage data (voltage Ve for example) and / or current, for example by measurement, used as inputs for applying the command sequence;

- des moyens de commande recevant des commandes de la part des moyens de traitement et agencés pour appliquer des signaux de commande sur les grilles des transistors de chaque bras de commutation du convertisseur selon la séquence de commande qui est appliquée ; ces moyens de commande comportent notamment des unités de pilotage (driver) adaptées à la commande des grilles des transistors.- control means receiving commands from the processing means and arranged to apply control signals to the gates of the transistors of each switching arm of the converter according to the control sequence which is applied; these control means include in particular piloting units (driver) adapted to control the gates of the transistors.

Pour réaliser la conversion directe AC/AC, le premier pont de commutation 20 comporte des transistors bidirectionnels à double grille, faisant l'objet de l'invention et référencés TH1, TL1 pour le premier bras de commutation et TH2, TL2 pour le deuxième bras de commutation. Dans le deuxième pont de commutation 21, les transistors peuvent être de tous types, par exemple des transistors unidirectionnels en tension et bidirectionnels en courant de type IGBT ou du type à effet de champ (FET). Dans ce dernier cas, il s'agira par exemple plus particulièrement de transistors de type MOSFET ou JFET. Il pourra par exemple s'agir de transistors MOSFET en carbure de silicium.To carry out the direct AC / AC conversion, the first switching bridge 20 comprises bidirectional double gate transistors, forming the subject of the invention and referenced TH1, TL1 for the first switching arm and TH2, TL2 for the second arm of commutation. In the second switching bridge 21, the transistors can be of all types, for example unidirectional voltage and bidirectional current transistors of the IGBT type or of the field effect type (FET). In the latter case, it will for example more particularly be MOSFET or JFET type transistors. It could for example be MOSFET transistors made of silicon carbide.

Selon la commande appliquée, le transfert de puissance pourra être réalisé de la source vers la charge ou de la charge vers la source.Depending on the command applied, power transfer can be carried out from the source to the load or from the load to the source.

En référence à la figure 8, dans sa variante triphasée, le premier pont de commutation comporte un bras de commutation supplémentaire, identique aux deux premiers et comportant les transistors TH3 et TL3. Dans cette variante, les trois phases d'entrée reliées à la source d'alimentation électrique sont connectées de manière distincte aux trois points milieux des trois bras de commutation et les trois bras de commutation sont connectés en parallèle de l'enroulement primaire P du transformateur 3.With reference to FIG. 8, in its three-phase variant, the first switching bridge comprises an additional switching arm, identical to the first two and comprising the transistors TH3 and TL3. In this variant, the three input phases connected to the electrical power source are connected separately to the three midpoints of the three switching arms and the three switching arms are connected in parallel with the primary winding P of the transformer. 3.

Selon une autre variante de réalisation non représentée, le circuit résonant pourra être réparti sur le primaire et sur le secondaire du transformateur. Cette configuration ne change pas le pilotage qui sera décrit ci-dessous.According to another variant embodiment, not shown, the resonant circuit may be distributed over the primary and over the secondary of the transformer. This configuration does not change the control which will be described below.

La stratégie de commande décrite ci-dessus pour le bras de commutation représenté sur la figure 3 s'applique ainsi de manière similaire aux bras de commutation d'un convertisseur tel que représenté sur les figures 7 ou 8.The control strategy described above for the switching arm shown in FIG. 3 thus applies similarly to the switching arms of a converter as shown in FIGS. 7 or 8.

Lorsque le convertisseur est de type monophasé comme représenté sur la figure 7, il s'agit simplement de réaliser une commande dite pleine onde, c'est-à-dire sur une diagonale entre les deux bras de commutation, de sorte que la commutation à l'état fermé du transistor TH1 du premier bras de commutation s'accompagne de la commutation à l'état fermé du transistor TL2 du deuxième bras de commutation et d'appliquer ensuite une commande de manière symétrique pour les transistors TH2 et TL1.When the converter is of the single-phase type as shown in FIG. 7, it is simply a question of carrying out a so-called full wave control, that is to say on a diagonal between the two switching arms, so that the switching at the closed state of the transistor TH1 of the first switching arm is accompanied by switching to the closed state of the transistor TL2 of the second switching arm and then applying a command symmetrically for the transistors TH2 and TL1.

Le circuit résonant, composé de l'inductance Lr et du condensateur Cr connectés en série, est avantageusement accordé à une fréquence inférieure à celle à laquelle commutent les transistors, ce qui permet d'assurer un fonctionnement en ZVS (Zéro Voltage Switching), c'est-à-dire un fonctionnement dans lequel les commutations sont réalisées à zéro de tension. On a ainsi un amorçage de chaque transistor à tension nulle lorsqu'il conduit en inverse (mode diode de roue libre), qui permet d'avoir une énergie à l'amorçage nulle (pas de perte par commutation lors du passage à l'état D qui a été défini ci-dessus).The resonant circuit, composed of the inductance Lr and the capacitor Cr connected in series, is advantageously tuned to a frequency lower than that at which the transistors switch, which ensures operation in ZVS (Zero Voltage Switching), c that is to say an operation in which the switching operations are carried out at zero voltage. There is thus an ignition of each transistor at zero voltage when it conducts in reverse (freewheeling diode mode), which makes it possible to have zero ignition energy (no loss by switching during the transition to the state D which has been defined above).

Les figures 9 et 10 illustrent les différentes étapes de fonctionnement du convertisseur de la figure 7 en fonctionnement dit ZVS. Sur la figure 10, un transistor à l'état fermé (état D) est indiqué par une branche de circuit continue et un transistor dans un mode de fonctionnement diode, inverse ou direct, est représenté sous la forme d'une diode orientée dans le sens correspondant à son mode de fonctionnement et référencé avec la lettre D (DH1, DL1, DH2, DL2)Figures 9 and 10 illustrate the different stages of operation of the converter of Figure 7 in so-called ZVS operation. In FIG. 10, a transistor in the closed state (state D) is indicated by a continuous circuit branch and a transistor in a diode operating mode, reverse or direct, is represented in the form of a diode oriented in the meaning corresponding to its operating mode and referenced with the letter D (DH1, DL1, DH2, DL2)

La tension Ve fournie par la source oscille entre E et -E. Lorsque la tension Ve est dans une alternance positive, la séquence est ainsi la suivante :The voltage Ve supplied by the source oscillates between E and -E. When the voltage Ve is in positive alternation, the sequence is as follows:

Entre X1 et X2, les transistors TH1 et TL2 sont à l'état D. La tension VO (obtenue en sortie du premier pont de commutation 20) vaut E et le courant I0 qui traverse le primaire du transformateur est positif donc circule dans les transistors TH1 et TL2. Les deux autres transistors TL1 et TH2 sont à l'état B, c'est-à-dire en mode diode inverse.Between X1 and X2, the transistors TH1 and TL2 are in state D. The voltage VO (obtained at the output of the first switching bridge 20) is equal to E and the current I0 which flows through the primary of the transformer is positive therefore flows in the transistors TH1 and TL2. The other two transistors TL1 and TH2 are in state B, that is to say in reverse diode mode.

- À X2, atteint au bout d'une demi-période, les transistors TH1 et TL2 sont commandés vers l'état B, c'est-à-dire en mode diode inverse.- At X2, reached after half a period, the transistors TH1 and TL2 are controlled towards state B, that is to say in reverse diode mode.

Entre X2 et X3, le courant I0 étant toujours positif, il circule par les diodes de roue libre des transistors TL1 et TH2. La tension V0 s'inverse et vaut alors -E. De ce fait, la tension vue par les transistors TH2 et TL1 est nulle. Durant cette phase de roue libre, les transistors TL1 et TH2 sont amorcés. Entre X3 et X4, le courant s'inverse alors naturellement (grâce au circuit résonant) et devient négatif. Il passe par les transistors TH2 et TL1, sans pertes par commutation car ces transistors ont déjà été amorcés pendant la phase précédente.Between X2 and X3, the current I0 being always positive, it flows through the freewheeling diodes of the transistors TL1 and TH2. The voltage V0 reverses and then equals -E. Therefore, the voltage seen by the transistors TH2 and TL1 is zero. During this freewheeling phase, the transistors TL1 and TH2 are switched on. Between X3 and X4, the current then naturally reverses (thanks to the resonant circuit) and becomes negative. It goes through the transistors TH2 and TL1, without switching losses because these transistors have already been switched on during the previous phase.

- À X4, au bout d'une demi-période, les transistors TH2 et TL1 sont commandés à l'état C, c'est-à-dire en mode diode direct.- At X4, after half a period, the transistors TH2 and TL1 are controlled in state C, that is to say in direct diode mode.

Entre X4 et X5, le courant I0 étant toujours négatif, il circule par les diodes de roue libre des transistors TH1 et TL2. Durant cette phase de roue libre, les transistors TH1 et TL2 sont de nouveau amorcés, pour revenir dans la phase initiale.Between X4 and X5, the current I0 being always negative, it flows through the freewheeling diodes of the transistors TH1 and TL2. During this freewheeling phase, the transistors TH1 and TL2 are again switched on, to return to the initial phase.

Il faut noter qu'étant donné que le courant dans la source change brutalement de signe (à la vitesse du di/dt dans les composants), un condensateur de filtrage (appelé classiquement DC-Link) est avantageusement positionné en entrée du premier pont de commutation, dans l'étage de filtrage 4.It should be noted that since the current in the source suddenly changes sign (at the speed of di / dt in the components), a filtering capacitor (conventionally called DC-Link) is advantageously positioned at the input of the first bridge of switching, in the filtering stage 4.

Lorsque la tension d'entrée Ve est dans une alternance négative, les différentes phases décrites ci-dessus sont mises en oeuvre de manière symétrique, comme pour la description faite ci-dessus de la séquence de commande du bras de commutation.When the input voltage Ve is in negative alternation, the various phases described above are implemented symmetrically, as for the description given above of the control sequence of the switching arm.

De manière avantageuse, comme déjà décrit ci-dessus pour la séquence de commande appliquée au bras de commutation, la séquence de commande appliquée au convertisseur peut intégrer, lors d'un changement d'alternance de la tension d'entrée Ve (d'une alternance positive vers une alternance négative ou d'une alternance négative vers une alternance positive), une commande à l'état inactif de toutes les grilles des transistors du bras de commutation. Pour l'alternance qui débute (négative ou positive), il s'agit alors de s'assurer que le courant au primaire est bien nul avant d'appliquer la séquence de commande prévue pour cette alternance. Cela permet d'éviter de mettre la source d'alimentation fournissant la tension Ve en court-circuit et de tenir compte des erreurs possibles de mesure sur la tension Ve.Advantageously, as already described above for the control sequence applied to the switching arm, the control sequence applied to the converter can integrate, during a change of alternation of the input voltage Ve (of a positive alternation towards a negative alternation or from a negative alternation towards a positive alternation), a control in the inactive state of all the gates of the transistors of the switching arm. For the alternation which begins (negative or positive), it is then a question of ensuring that the current in the primary is indeed zero before applying the command sequence provided for this alternation. This makes it possible to avoid short-circuiting the power source supplying the voltage Ve and to take account of possible measurement errors on the voltage Ve.

Le convertisseur à base de transistors bidirectionnels à double grille et la séquence de fonctionnement décrite ci-dessus présentent notamment les avantages suivants :The converter based on bidirectional double gate transistors and the operating sequence described above have the following advantages in particular:

Forte densité de puissance grâce à la suppression d’un étage de conversion et d’un stockage passif (typiquement la capacité DC en sortie d’un étage PFC) ;High power density thanks to the elimination of a conversion stage and passive storage (typically the DC capacity at the output of a PFC stage);

- Coût fortement réduit, de par l’utilisation d’un minimum de composants semiconducteurs (suppression d’un étage de conversion, et l’adjonction d’une 2ème grille sur un composant GaN n’entraine qu’une faible augmentation de la surface (i.e. du coût) du composant) d’une part, et de l’augmentation de la fréquence de commutation qui permet de réduire le volume (donc le coût) des composants passifs d’autre part.- Cost greatly reduced, through the use of a minimum of semiconductor components (removal of a conversion stage, and the addition of a 2nd grid on a GaN component results in only a small increase in the surface (ie the cost) of the component) on the one hand, and the increase in the switching frequency which makes it possible to reduce the volume (and therefore the cost) of the passive components on the other hand.

La commutation à résonance de type ZVS qui permet d’éviter un surcroît de pertes liées à la résistance dynamique des composants de type GaN, et donc d'assurer des pertes électroniques indépendantes de la fréquence de commutation. La fréquence de commutation résulte d’un optimum conditionné par les composants passifs indépendamment des semi-conducteurs.Resonant switching of the ZVS type which makes it possible to avoid an increase in losses linked to the dynamic resistance of the GaN type components, and therefore to ensure electronic losses independent of the switching frequency. The switching frequency results from an optimum conditioned by the passive components independently of the semiconductors.

L’utilisation de ponts de commutation complets (en Ή’) associé à la commutation douce de type ZVS permet un grand mutisme des perturbations de mode commun (ponts complets) et rayonnées (la commutation ZVS limite les fronts de tension (dV/dt) et de courant (di/dt) lors de commutations.The use of complete switching bridges (in Ή ') associated with soft switching of the ZVS type allows a great mutism of the common mode disturbances (full bridges) and radiated (ZVS switching limits the voltage fronts (dV / dt) and current (di / dt) during switching.

Par ailleurs, il est également possible d'obtenir les avantages suivants :In addition, it is also possible to obtain the following advantages:

Le transformateur, du fait de l’impédance du circuit résonant de type LC, est alimenté par un courant quasi-sinusoïdal dont le faible taux d’harmoniques minimise les pertes fer dans le noyau magnétique et les pertes joules par effet de peau dans les bobinages.The transformer, due to the impedance of the LC type resonant circuit, is supplied by a quasi-sinusoidal current whose low harmonic rate minimizes the iron losses in the magnetic core and the joules losses by skin effect in the windings .

Le bobinage primaire du transformateur implique nécessairement la présence d'une inductance magnétisante (non représentée sur les figures 7 et 8) qui assure une amplification, grâce au circuit LLC ainsi formé, de la tension du réseau sur le primaire du transformateur sur un spectre de fréquence donné et à faible charge électrique. Cette propriété permet de prélever du courant même lorsque la tension de la batterie à charger est supérieure à celle du réseau dans la limite de l’amplification permise par le circuit LLC.The primary winding of the transformer necessarily implies the presence of a magnetizing inductance (not shown in Figures 7 and 8) which ensures amplification, thanks to the LLC circuit thus formed, of the network voltage on the primary of the transformer over a spectrum of given frequency and at low electrical load. This property makes it possible to draw current even when the voltage of the battery to be charged is higher than that of the network within the limit of the amplification allowed by the LLC circuit.

- Le blocage du transistor peut être réalisé en détournant le courant à couper dans une capacité parallèle (Cap) entre chaque drain, comme représenté sur la figure 11. Cette capacité peut être la seule capacité de sortie du transistor comme un composant réel ajouté (l’amorçage se faisant à tension nulle, cette augmentation de capacité ne causera aucune perturbation). On aura ainsi une énergie au blocage extrêmement faible tout en contrôlant le front de tension à un niveau satisfaisant.- The transistor can be blocked by diverting the current to be cut into a parallel capacitance (Cap) between each drain, as shown in Figure 11. This capacitance can be the only output capacity of the transistor as an added real component (l priming is done at zero voltage, this increase in capacity will not cause any disturbance). There will thus be an extremely low blocking energy while controlling the voltage front at a satisfactory level.

- Dans le cas où la tension d’entrée est trop faible pour absorber un courant sur le réseau, le pont de commutation au secondaire du transformateur applique une tension en opposition de phase de façon à assurer le contrôle du courant prélevé au réseau.- In the event that the input voltage is too low to absorb a current on the network, the secondary switching bridge of the transformer applies a voltage in phase opposition so as to control the current drawn from the network.

Dans le cas où on souhaite décharger la batterie dans le réseau, le fonctionnement inverse est à appliquer. Le pont au secondaire du transformateur impose la tension au primaire du transformateur sur lequel est synchronisée la commande du pont de commutation au primaire avec un contrôle du courant injecté dans le réseau similaire à celui appliqué en charge : on pilote la variation de fréquence et la phase (en phase ou opposition) entre les deux ponts.If you wish to discharge the battery in the network, the reverse operation must be applied. The secondary bridge of the transformer imposes the voltage on the primary of the transformer on which the command of the switching bridge to the primary is synchronized with a control of the current injected into the network similar to that applied under load: the frequency variation and the phase are controlled (in phase or opposition) between the two bridges.

Les différents aspects du pilotage des grilles des transistors dans les bras de commutation présentent ainsi un certain nombre d'avantages qui ont été décrits cidessus, notamment :The different aspects of driving the transistor grids in the switching arms thus have a certain number of advantages which have been described above, in particular:

Eviter toute mise en court-circuit de la source de tension ;Avoid short-circuiting the voltage source;

Proposer toujours un chemin pour reboucler le courant de charge, chose essentielle lorsque la charge est inductive ;Always suggest a path to loop back the charging current, which is essential when the charge is inductive;

- Gérer l'inversion de polarité de la source de tension ;- Manage the polarity reversal of the voltage source;

Permettre une utilisation dans un convertisseur ayant une topologie telle que celles décrites ci-dessus, en permettant notamment un fonctionnement en ZVS ;Allow use in a converter having a topology such as those described above, in particular allowing operation in ZVS;

Par ailleurs, il faut comprendre que les solutions de pilotage proposées cidessus pourront bien entendu s'adresser à des réalisations qui diffèrent entre elles par le nombre de transistors par bras de commutation, par le nombre de bras de commutation, quelle que soit la charge électrique connectée en aval.Furthermore, it should be understood that the control solutions proposed above can of course be addressed to embodiments which differ from one another by the number of transistors per switching arm, by the number of switching arms, regardless of the electrical charge connected downstream.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un bras de commutation qui comporte au moins un premier transistor (TH1 ) bidirectionnel à deux électrodes de grille et un deuxième transistor (TL1) bidirectionnel à deux électrodes de grille connectés en série à une source d'alimentation fournissant une tension (Ve) d'entrée alternative comprenant au moins une alternance de tension positive suivie d'une alternance de tension négative et commandés pour fournir une tension de sortie à une charge électrique (C) destinée à être traversée par un courant de charge (le) et connectée en parallèle du deuxième transistor, ledit premier transistor (TH1) comprenant une première électrode de grille (G1h), une deuxième électrode de grille (G11), et le deuxième transistor comprenant une première électrode de grille (G2h), une deuxième électrode de grille (G2I), chaque électrode de grille de chaque transistor pouvant être dans un premier état ou dans un deuxième état, chaque transistor étant commandé de sorte que lorsque :1. Method for controlling a switching arm which comprises at least a first bidirectional transistor (TH1) with two gate electrodes and a second bidirectional transistor (TL1) with two gate electrodes connected in series to a power source providing an alternating input voltage (Ve) comprising at least one positive voltage alternation followed by a negative voltage alternation and controlled to supply an output voltage to an electric charge (C) intended to be crossed by a charging current ( le) and connected in parallel with the second transistor, said first transistor (TH1) comprising a first gate electrode (G1h), a second gate electrode (G11), and the second transistor comprising a first gate electrode (G2h), a second gate electrode (G2I), each gate electrode of each transistor possibly being in a first state or in a second state, each transistor is nt ordered so that when: - Sa première électrode de grille (G1h, G2h) est dans le premier état et sa deuxième électrode de grille (G 11, G2I) dans le premier état, le transistor est à l'état ouvert,- Its first gate electrode (G1h, G2h) is in the first state and its second gate electrode (G 11, G2I) in the first state, the transistor is in the open state, La première électrode de grille (G1 h, G2h) et la deuxième électrode de grille (G11, G2I) sont dans des états différents, le transistor est dans un mode de fonctionnement diode, le mode de fonctionnement diode étant diode inverse ou diode direct selon l'état de chaque électrode de grille,The first gate electrode (G1 h, G2h) and the second gate electrode (G11, G2I) are in different states, the transistor is in a diode operating mode, the diode operating mode being reverse diode or direct diode according to the state of each grid electrode, - Sa première électrode de grille (G1 h, G2h) est dans le deuxième état et sa deuxième électrode de grille (G1I, G2I) est dans le deuxième état, le transistor est à l'état fermé,- Its first gate electrode (G1 h, G2h) is in the second state and its second gate electrode (G1I, G2I) is in the second state, the transistor is in the closed state, - Caractérisé en ce que, pendant chaque alternance de tension positive ou négative, ledit procédé suit la séquence suivante :- Characterized in that, during each alternation of positive or negative voltage, said process follows the following sequence: o Lorsque le premier transistor (TH1 ) est commuté de l'état fermé vers un mode de fonctionnement diode, le mode de fonctionnement diode est choisi pour assurer une mise en conduction naturelle du deuxième transistor (TL1) selon un mode de fonctionnement diode de type roue libre ;o When the first transistor (TH1) is switched from the closed state to a diode operating mode, the diode operating mode is chosen to ensure natural conduction of the second transistor (TL1) according to a diode operating mode of the type freewheel; o Lorsque le premier transistor (TH1) est commuté dans le mode de fonctionnement diode, le deuxième transistor (TL1) est dans un mode de fonctionnement diode choisi pour reboucler le courant de charge et assurer la continuité du courant de charge (le) en roue libre ;o When the first transistor (TH1) is switched to the diode operating mode, the second transistor (TL1) is in a diode operating mode chosen to loop back the load current and ensure the continuity of the load current (le) at the wheel free; o Lorsque le deuxième transistor (TL1) est commuté du mode de fonctionnement diode vers l'état fermé, le premier transistor (TH1) est maintenu dans son mode de fonctionnement diode.o When the second transistor (TL1) is switched from the diode operating mode to the closed state, the first transistor (TH1) is maintained in its diode operating mode. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque l'alternance de tension est positive, le premier transistor (TH1 ) étant initialement à l'état fermé et le deuxième transistor (TL1) initialement dans le mode de fonctionnement diode, il consiste à suivre la séquence suivante :2. Method according to claim 1, characterized in that, when the voltage alternation is positive, the first transistor (TH1) being initially in the closed state and the second transistor (TL1) initially in the diode operating mode, it consists of following the following sequence: o Commander le premier transistor dans le mode de fonctionnement diode, o Après un temps-mort, commander le deuxième transistor à l'état fermé, o Commander le deuxième transistor dans le mode de fonctionnement diode, o Après un temps-mort, commander le premier transistor à l'état fermé.o Order the first transistor in the diode operating mode, o After a dead time, order the second transistor in the closed state, o Order the second transistor in the diode operating mode, o After a dead time, order the first transistor in the closed state. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, lorsque l'alternance de tension est négative, le premier transistor (TH1) étant initialement à l'état fermé et le deuxième transistor (TL1) initialement dans le mode de fonctionnement diode, il consiste à suivre la séquence suivante :3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that, when the voltage alternation is negative, the first transistor (TH1) being initially in the closed state and the second transistor (TL1) initially in the operating mode diode, it consists of following the following sequence: o Commander le premier transistor dans le mode de fonctionnement diode, o Après un temps-mort, commander le deuxième transistor à l'état fermé, o Commander le deuxième transistor dans le mode de fonctionnement diode, o Après un temps-mort, commander le premier transistor à l'état fermé.o Order the first transistor in the diode operating mode, o After a dead time, order the second transistor in the closed state, o Order the second transistor in the diode operating mode, o After a dead time, order the first transistor in the closed state. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détection de l'alternance de la tension d'entrée (Ve) fournie par ladite source d'alimentation.4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a step of detecting the alternation of the input voltage (Ve) supplied by said power source. 5. Système de commande d'un bras de commutation qui comporte au moins un premier transistor (TH1) bidirectionnel à double grille et un deuxième transistor (TL1) bidirectionnel à deux électrodes de grille connectés en série à une source d'alimentation fournissant une tension d'entrée (Ve) alternative comprenant au moins une alternance de tension positive suivie d'une alternance de tension négative et commandés pour fournir une tension de sortie (Vc) à une charge électrique (C) destinée à être traversée par un courant de charge (le) et connectée en parallèle du deuxième transistor (TL1 ), ledit premier transistor (TH1 ) comprenant une première électrode de grille (G1 h), une deuxième électrode de grille (G 11), et le deuxième transistor (TL1) comprenant une première électrode de grille (G2h), une deuxième électrode de grille (G2I), chaque électrode de grille de chaque transistor pouvant être dans un premier état ou dans un deuxième état, chaque transistor étant commandé de sorte que lorsque :5. Control system for a switching arm which comprises at least a first bidirectional double gate transistor (TH1) and a second bidirectional transistor (TL1) with two gate electrodes connected in series to a power source supplying a voltage input input (Ve) comprising at least one alternating positive voltage followed by alternating negative voltage and controlled to supply an output voltage (Vc) to an electrical load (C) intended to be crossed by a load current (le) and connected in parallel with the second transistor (TL1), said first transistor (TH1) comprising a first gate electrode (G1 h), a second gate electrode (G 11), and the second transistor (TL1) comprising a first gate electrode (G2h), a second gate electrode (G2I), each gate electrode of each transistor may be in a first state or in a second state, each transistor r being ordered so that when: - Sa première électrode de grille (G1h, G2h) est dans le premier état et sa deuxième électrode de grille (G 11, G2I) est dans le premier état, le transistor est à l'état ouvert,- Its first gate electrode (G1h, G2h) is in the first state and its second gate electrode (G 11, G2I) is in the first state, the transistor is in the open state, La première électrode de grille (G1 h, G2h) et la deuxième électrode de grille (G11, G2I) sont dans des états différents, le transistor est dans un mode de fonctionnement diode, le mode de fonctionnement diode étant diode inverse ou diode direct selon l'état de chaque électrode de grille,The first gate electrode (G1 h, G2h) and the second gate electrode (G11, G2I) are in different states, the transistor is in a diode operating mode, the diode operating mode being reverse diode or direct diode according to the state of each grid electrode, - Sa première électrode de grille (G1 h, G2h) est dans le deuxième état et sa deuxième électrode de grille (G1I, G2I) est dans le deuxième état, le transistor est à l'état fermé,- Its first gate electrode (G1 h, G2h) is in the second state and its second gate electrode (G1I, G2I) is in the second state, the transistor is in the closed state, Ledit système comprenant :Said system comprising: Des moyens de traitement agencés pour exécuter des instructions pour appliquer au moins une séquence de commande déterminée ;Processing means arranged to execute instructions for applying at least one determined command sequence; Des moyens d'acquisition de données utilisées comme entrées pour appliquer ladite séquence de commande ;Data acquisition means used as inputs for applying said command sequence; Des moyens de commande recevant des commandes de la part des moyens de traitement et agencés pour appliquer des signaux de commande sur les grilles des transistors du bras de commutation selon la séquence de commande qui est appliquée ;Control means receiving commands from the processing means and arranged to apply control signals to the gates of the transistors of the switching arm according to the control sequence which is applied; Caractérisé en ce que, pendant chaque alternance de tension positive ou négative, ledit système est apte à commander la séquence de commande suivante :Characterized in that, during each alternation of positive or negative voltage, said system is capable of controlling the following command sequence: o Lorsque le premier transistor (TH1 ) est commuté de l'état fermé vers un mode de fonctionnement diode, le mode de fonctionnement diode est choisi pour assurer une mise en conduction naturelle du deuxième transistor (TL1) selon un mode de fonctionnement diode de type roue libre ;o When the first transistor (TH1) is switched from the closed state to a diode operating mode, the diode operating mode is chosen to ensure natural conduction of the second transistor (TL1) according to a diode operating mode of the type freewheel; o Lorsque le premier transistor (TH1) est commuté dans le mode de fonctionnement diode, le deuxième transistor (TL1) est dans un mode de fonctionnement diode choisi pour reboucler le courant de charge (le) et assurer la continuité du courant de charge (le) en roue libre ;o When the first transistor (TH1) is switched to the diode operating mode, the second transistor (TL1) is in a diode operating mode chosen to loop back the charging current (le) and ensure continuity of the charging current (le ) coasting; o Lorsque le deuxième transistor (TL1) est commuté du mode de fonctionnement diode vers l'état fermé, le premier transistor (TH1) est maintenu dans son mode de fonctionnement diode.o When the second transistor (TL1) is switched from the diode operating mode to the closed state, the first transistor (TH1) is maintained in its diode operating mode. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que, lorsque l'alternance de tension est positive, le premier transistor (TH1) étant initialement à l'état fermé et le deuxième transistor (TL1) initialement dans le mode de fonctionnement diode, ledit système est apte à mettre en œuvre la séquence suivante :6. System according to claim 5, characterized in that, when the voltage alternation is positive, the first transistor (TH1) being initially in the closed state and the second transistor (TL1) initially in the diode operating mode, said system is capable of implementing the following sequence: o Commander le premier transistor dans le mode de fonctionnement diode, o Après un temps-mort, commander le deuxième transistor à l'état fermé, o Commander le deuxième transistor dans le mode de fonctionnement diode, o Après un temps-mort, commander le premier transistor à l'état fermé,o Order the first transistor in the diode operating mode, o After a dead time, order the second transistor in the closed state, o Order the second transistor in the diode operating mode, o After a dead time, order the first transistor in the closed state, 7. Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que, lorsque l'alternance de tension est négative, le premier transistor (TH1) étant initialement à l'état fermé et le deuxième transistor (TL1) initialement dans le mode de fonctionnement diode, ledit système est apte à mettre en œuvre la séquence suivante :7. System according to claim 5 or 6, characterized in that, when the voltage alternation is negative, the first transistor (TH1) being initially in the closed state and the second transistor (TL1) initially in the operating mode diode, said system is capable of implementing the following sequence: o Commander le premier transistor dans le mode de fonctionnement diode, o Après un temps-mort, commander le deuxième transistor à l'état fermé, o Commander le deuxième transistor dans le mode de fonctionnement diode, o Après un temps-mort, commander le premier transistor à l'état fermé.o Order the first transistor in the diode operating mode, o After a dead time, order the second transistor in the closed state, o Order the second transistor in the diode operating mode, o After a dead time, order the first transistor in the closed state. 8. Système selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure de la tension fournie par ladite source d'alimentation.8. System according to one of claims 5 to 7, characterized in that it comprises means for measuring the voltage supplied by said power source. 9. Programme d’ordinateur comprenant des instructions logicielles destinés à être exécutés sur un ordinateur pour mettre en œuvre le procédé tel que défini dans l’une des revendications 1 à 4.9. Computer program comprising software instructions intended to be executed on a computer to implement the method as defined in one of claims 1 to 4. 10. Support de stockage lisible par un ordinateur comportant le programme d’ordinateur défini dans la revendication 9.10. Computer readable storage medium comprising the computer program defined in claim 9. 1/81/8
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