FR3083390A1 - Procede de diagnostic d'un pont de puissance connecte a une machine electrique tournante - Google Patents

Procede de diagnostic d'un pont de puissance connecte a une machine electrique tournante Download PDF

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Abstract

L'invention concerne notamment un bras de commutation (10) comprenant un premier interrupteur (Q1) et un deuxième interrupteur (Q11) caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de diagnostic comprenant : - un premier circuit (110) conçu pour générer une première tension de détection (VC11_1) représentative de la tension entre la deuxième borne d'entrée de courant et la deuxième borne de sortie de courant ; - un deuxième circuit (330) conçu pour générer une deuxième tension de détection positive et une troisième tension de détection positive, la deuxième tension de détection positive étant constante et égale à une première valeur prédéterminée, la troisième tension de détection positive étant supérieure à la deuxième tension de détection positive lorsque la première tension de détection (VC11_1) dépasse une deuxième valeur prédéterminée ; - un comparateur de tension (X1) configuré pour comparer la deuxième tension de détection à la troisième tension de détection et pour générer une tension de diagnostic (ASC_HS) en fonction du résultat de la comparaison.

Description

Illllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll «Procédé de diagnostic d’un pont de puissance connecté à une machine électrique tournante»
Domaine technique
La présente invention s’inscrit dans le domaine des ponts de puissances comprenant au moins un bras de commutation et destinés à piloter ou être alimentés par une machine électrique tournante. A cet effet, l’invention concerne un dispositif de protection d’un composant de puissance d’un pont de puissance, ainsi qu’un pont de puissance et une telle machine électrique tournante.
État de la technique antérieure
Dans un véhicule automobile, un réseau de bord sert à alimenter différents équipements électriques équipant ledit véhicule automobile. Une alimentation électrique du réseau de bord est fournie par au moins une batterie qui peut être rechargée, lorsque le véhicule automobile est en mouvement, par une machine électrique tournante qui est reliée à un moteur thermique dudit véhicule automobile. La machine électrique tournante convertit alors une énergie mécanique de rotation du moteur thermique en une énergie électrique qui est fournie au réseau et/ou à l’au moins une batterie.
Par machine électrique tournante, on entend plus généralement toute machine électrique tournante, préférentiellement dont le stator est polyphasée, utilisée pour la production d’un courant continu alimentant le réseau de bord. A titre d’exemple non limitatif, il peut s’agir en particulier d’un alternateur ou d’un alterno-démarreur. Plus particulièrement encore, le contexte de la présente invention est celui des machines électriques tournantes à aimants permanents.
Selon un premier mode de fonctionnement, la machine électrique tournante est connectée à un pont de puissance comprenant des composants de puissance afin d’alimenter le réseau de bord en courant électrique continu. Selon un deuxième mode de fonctionnement, la machine électrique tournante est alimentée électriquement par le pont de puissance fonctionnant comme un onduleur.
En cas de défaillance du pont de puissance ou de l’un de ses composants de puissance, les courants électriques circulant dans ledit pont de puissance peuvent rapidement endommager ses composants de puissance. Afin d’éviter que les composants de puissance d’un bras de commutation donné du pont de puissance ne cassent et, consécutivement, de propager sur le réseau de bord des valeurs de courant électrique incompatibles avec les équipements électriques du véhicule automobile, il est nécessaire de détecter le plus rapidement possible des défaillances du pont de puissance ou de l’un de ses composants de puissance.
-2La présente invention a pour objet de proposer un nouveau dispositif de protection d’un composant de puissance afin de répondre au moins en grande partie aux problèmes précédents et de conduire en outre à d’autres avantages.
Exposé de l’invention
Selon un premier aspect de l’invention, on atteint au moins l’un des objectifs précités avec un dispositif de protection d’un composant de puissance comportant une borne d’entrée de courant, une borne de sortie de courant et une borne de commande, le dispositif de protection étant placé en dérivation, i.e. en parallèle entre la borne d’entrée de courant et la borne de sortie de courant du composant de puissance et le dispositif de protection est configuré pour détecter une durée durant laquelle un courant électrique variable traverse le composant de puissance entre la borne d’entrée de courant et la borne de sortie de courant.
Plus particulièrement, le dispositif de protection conforme au premier aspect de l’invention est configuré pour détecter une durée durant laquelle un courant électrique variable traverse ledit composant de puissance entre sa borne d’entrée de courant et sa borne de sortie de courant en particulier lorsque le composant de puissance est en train de commuter entre un état de commutation dit bloquant et un état de commutation dit passant. Dans son état de commutation passant, le composant de puissance est analogue à un interrupteur configuré dans un état fermé; et dans son état de commutation bloquant, le composant de puissance est analogue à un interrupteur configuré dans un état ouvert. Ainsi, le dispositif de protection conforme au premier aspect de l’invention est configuré pour détecter une durée durant laquelle un courant électrique variable traverse ledit composant de puissance entre sa borne d’entrée de courant et sa borne de sortie de courant par exemple lors du régime transitoire de basculement entre le mode de conduction bloquant vers le mode de conduction passant.
En effet, durant ce régime transitoire de basculement, le courant électrique traversant le composant de puissance est variable, et il varie, en première approximation, de manière linéairement croissante. Astucieusement, l’exploitation de cette variabilité du courant électrique traversant le composant de puissance permet de détecter un éventuel disfonctionnement dudit composant de puissance. Si le composant de puissance fonctionne normalement, alors ce régime transitoire de basculement ne dure que pendant une première durée de transition relativement courte comme décrite ultérieurement, et le courant électrique traversant le composant de puissance ne croit que jusqu’à une première valeur d’intensité relativement faible, comme décrit ultérieurement. En revanche, si le composant de puissance présente un dysfonctionnement, alors la durée de son régime transitoire de basculement se prolonge anormalement, et le courant électrique variable qui transite entre sa borne d’entrée de courant et sa borne de sortie de courant croît au-delà de la première valeur d’intensité précédente, jusqu’à atteindre une deuxième valeur d’intensité supérieure à la première valeur d’intensité. Cette deuxième valeur d’intensité est
-3obtenue pour une deuxième durée de transition supérieure à la première durée de transition. Ainsi, une mesure de la durée de transition durant laquelle le courant électrique variable traverse le composant de puissance entre ses bornes d’entrée de courant et de sortie de courant lorsque ledit composant de puissance est en train de commuter depuis son état de conduction bloquant vers son état de conduction passant permet de détecter un disfonctionnement dudit composant de puissance. Cette mesure set réalisée par le dispositif de protection conforme au premier aspect de l’invention.
Le dispositif de protection conforme au premier aspect de l’invention peut comprendre avantageusement au moins un des perfectionnements ci-dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison :
- le courant électrique variable est le courant traversant le composant de puissance lorsque le composant de puissance commute de son état bloquant dans son état passant.
- le dispositif de protection est configuré pour déterminer une différence de potentiel aux bornes d’inductances parasites du composant de puissance associé. . En effet, la différence de potentiel générée par les inductances parasites étant proportionnelle à une variation instantanée d’un courant électrique traversant lesdites inductances parasites, cette configuration avantageuse permet de détecter directement ladite variation de courant électrique. Consécutivement, une mesure de la différence de potentiel ainsi mesurée permet de d’être sensible à la durée pendant laquelle le courant électrique variable traverse le composant de puissance entre ses bornes d’entrée de courant et de sortie de courant. En d’autres termes, le dispositif de protection est placé en dérivation des inductances parasites du composant de puissance associé afin de détecter le courant électrique variable qui les traverse et - in fine - de détecter la durée durant laquelle ledit courant électrique variable traverse le composant de puissance. Cette mesure est utilisée comme un détecteur de disfonctionnement du composant de puissance par le dispositif de protection ;
_ le dispositif de protection conforme au premier aspect de l’invention comprend un premier circuit configuré pour générer une tension de détection proportionnelle à la durée durant laquelle le courant électrique variable traverse le composant de puissance, plus particulièrement entre sa borne d’entrée de courant et sa borne de sortie de courant ;
_ le premier circuit comprend une résistance de détection connectée en série en un premier point milieu avec une capacité de détection, lesdites résistance de détection et capacité de détection étant placées en parallèle entre la borne d’entrée de courant et la borne de sortie de courant du composant de puissance.. La tension de détection est ainsi générée au premier point milieu. La résistance de détection et la capacité de détection permettent de détecter les états de fonctionnement anormaux du composant de puissance auquel le dispositif de protection est associé. Plus particulièrement, l’établissement d’une différence de potentiel aux bornes des inductances parasites du composant de puissance - induit par
-4la variation du courant électrique traversant ledit composant de puissance - permet de charger la capacité de détection jusqu’à une valeur qui dépend de la durée d’établissement de ladite différence de potentiel. Ainsi, si le composant de puissance est traversé par un courant électrique pendant une première durée de transition, par exemple inférieure ou égale à 400ns, alors la capacité de détection est faiblement chargée, de sorte qu’elle ne présente pas à ses bornes une tension suffisante pour être représentative d’un disfonctionnement du composant de puissance, comme il sera décrit ultérieurement. A contrario, si le composant de puissance est traversé par un courant électrique pendant une deuxième durée de transition plus longue que la première durée de transition, par exemple supérieure ou égale à 1 ps, alors la capacité de détection est davantage chargée, de sorte qu’elle représente à ses bornes une tension suffisante pour être représentative du disfonctionnement dudit composant de puissance. La tension aux bornes de la capacité de détection correspond à la tension de détection générée par le premier circuit.
la résistance de détection et la capacité de détection du premier circuit sont placées en parallèle des inductances parasites et du composant de puissance correspondant afin de mesurer une tension générée par un ensemble formé par le composant de puissance et sa ou ses inductances parasites. En d’autres termes, la résistance de détection et la capacité de détection du premier circuit sont placées en dérivation des bornes d’entrée de courant et de sortie de courant du composant de puissance correspondant ;
le dispositif de protection conforme au premier aspect de l’invention comprend un dispositif de seuillage permettant de déterminer un seuil de tension pour piloter le composant de puissance c'est-à-dire pour faire commuter le composant de puissance correspondant, afin de le mettre en sécurité et d’éviter qu’il ne soit endommagé. En particulier, le seuil de tension correspond à une valeur de tension au-delà de laquelle la tension aux bornes de la capacité de détection du premier circuit et chargée par le courant électrique variable traversant le composant de puissance et ses inductances parasites, c’està-dire la tension de détection telle que décrite précédemment, est suffisamment élevée pour être représentative du dysfonctionnent du composant de puissance ;
le dispositif de seuillage comprend une première résistance de seuillage connectée en série en un deuxième point milieu avec une deuxième résistance de seuillage, lesdites première et deuxième résistance de seuillage étant disposées en parallèle entre une borne d’entrée de courant et une borne de sortie de courant du composant de puissance, la tension audit deuxième point permettant de déterminer le seuil de tension. Le choix de la valeur des résistances de seuillage permet d’ajuster et de fixer le seuil de tension décrit précédemment ;
le seuil de tension est égal à la somme de la tension au deuxième point et de la tension aux bornes de la première diode ;
- le dispositif de protection conforme au premier aspect de l’invention comprend un circuit de contrôle du composant de puissance entre les bornes duquel le dispositif de protection est disposé en dérivation, ledit circuit de protection contrôlant le composant de puissance en fonction de la tension de détection générée par le premier circuit et du seuil de tension prédéterminé par le dispositif de seuillage. En d’autres termes, le circuit de contrôle permet de faire commuter ledit composant de puissance dans l’un ou l’autre de ses états de commutation décrits précédemment, lorsque la tension aux bornes de la capacité de détection du premier circuit, c’est-à-dire la tension de détection telle que décrite précédemment, est suffisamment élevée pour être représentative d’un dysfonctionnement dudit composant de puissance ;
- le circuit de contrôle comprend un commutateur de contrôle et un comparateur de tension configuré pour comparer la tension de détection générée par le premier circuit et le seuil de tension prédéterminé par le dispositif de seuillage, ledit commutateur de contrôle étant configuré pour faire commuter le composant de puissance correspondant dans un état de conduction bloquant lorsque ledit comparateur de tension détecte que ladite tension de détection est supérieure audit seuil de tension prédéterminé.
- le commutateur de contrôle comprend en outre un premier transistor dont la borne d’entrée de courant est connectée à la borne de commande du composant de puissance par l’intermédiaire d’une résistance et dont la borne de sortie de courant est connectée à la borne de sortie de courant du composant de puissance, ledit premier transistor étant dans un état de conduction passant lorsque ladite tension de détection est supérieure audit seuil de tension prédéterminé.
_ Le premier transistor est un transistor de type MOSFET.
_ Le premier transistor est un transistor de type MOSFET dopé N ;
- Le comparateur de tension comprend en outre :
o un deuxième transistor dont la borne de commande est connectée au deuxième point milieu, dont la borne d’entrée de courant est connectée au premier point milieu par l’intermédiaire d’une première diode et dont la borne de sortie de courant est reliée à la borne de commande du premier transistor, et o une résistance de polarisation reliée par une de ses bornes à la borne de commande du premier transistor et par l’autre de ses bornes à la borne de sortie de courant du composant de puissance.
- le deuxième transistor est un transistor bipolaire ;
- le deuxième transistor est un transistor bipolaire du type dopé P.
La durée pendant laquelle un courant électrique variable traverse le composant de puissance et au-delà de laquelle il existe un risque d’endommagement du composant de puissance dépendent
-6bien entendu des composants de puissance et/ou des applications considérées. Dès lors, la valeur seuil à partir de laquelle le dispositif de protection conforme au premier aspect de l’invention détermine que le composant de puissance associé dysfonctionne dépend aussi des composants de puissance et/ou des applications considérées. Enfin, le dimensionnement des différents composants électronique formant le dispositif de protection conforme au premier aspect de l’invention dépend aussi des composants de puissance et/ou des applications considérées. Les valeurs données dans la description qui suit ne sont données qu’à titre d’exemples non limitatifs et l’homme du métier pourrait bien entendu leur attribuer d’autres valeurs, collectivement ou sélectivement, afin d’adapter les exemples de réalisation donnés ci-après à d’autres situations.
Ainsi, à titre d’exemple non limitatif, pour une machine électrique tournante de type GMG (en anglais Gear Motor Generator) développant une puissance électrique de 15 kW, si, durant le régime transitoire de basculement du composant de puissance depuis son état bloquant vers son état passant, le courant électrique variable traversant ledit composant de puissance entre sa borne drain et sa borne source varie entre 0 et 400 A durant une durée inférieure ou égale à 400 ns, alors ledit composant de puissance est considéré comme fonctionnant normalement. En revanche, si durant le régime transitoire de basculement du composant de puissance depuis son état bloquant vers son état passant, la durée pendant laquelle le courant électrique variable traversant le composant de puissance entre sa borne drain et sa borne source est supérieure à 800 ns, voire à 1 ps, alors ledit courant électrique variable peut atteindre une intensité de l’ordre de 1000 à 2000 A : ce type de régime transitoire de basculement correspond à un dysfonctionnement du composant de puissance. Dans ce cas, le dispositif de protection conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements génère une tension de détection proportionnelle à cette durée d’établissement anormalement longue du courant électrique variable traversant le composant de puissance. Comme décrit précédemment, selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la tension de détection correspond plus particulièrement au chargement électrique de la capacité de détection du premier circuit, et plus particulièrement à la différence de potentiel aux bornes de ladite capacité de détection.
Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un bras de commutation d’un pont de puissance connecté électriquement à une machine électrique tournante par un réseau électrique, ladite bras de commutation du pont de puissance comprenant :
- une borne de masse destinée à être reliée à une masse du réseau électrique ;
- une borne d’alimentation destinée à être reliée à une borne positive du réseau électrique ;
- un premier et un deuxième composants de puissance fonctionnant comme des interrupteurs commandés et disposés en série l’un par rapport à l’autre et entre la borne de masse et la borne d’alimentation, un point intermédiaire situé entre le premier composant de puissance et le deuxième composant de puissance étant destiné à être connecté électriquement à une phase électrique de la machine électrique tournante ;
- 7 dans lequel ledit bras de commutation comprend au moins un dispositif de protection selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit au moins dispositif de protection étant disposé en dérivation des bornes d’entrée de courant et de sortie de courant d’un des composants de puissance dudit bras de commutation.
Le bras de commutation conforme au deuxième aspect de l’invention peut comprendre avantageusement au moins un des perfectionnements ci-dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison :
- le premier et le deuxième composant de puissance sont du type MOSFET (acronyme anglais pour « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor» et qui se traduit par transistor à effet de champ à structure métal-oxyde-semiconducteur). Eventuellement, le premier et le deuxième composant de puissance sont du type IGBT (acronyme anglais pour « Insulated Gate Bipolar Transistor» et qui se traduit par transistor bipolaire à grille isolée. Bien évidemment, le premier et le deuxième composant de puissance peuvent être de tout autre type compatible avec la présente invention ;
- le MOSFET formant le premier et/ou le deuxième composant de puissance est du type dopé N.
Selon un troisième aspect de l’invention, il est proposé un pont de puissance comprenant comprenant au moins un bras de commutation conforme au deuxième aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements..
Selon un quatrième aspect de l’invention, il est proposé une machine électrique tournante comprenant un rotor et un stator plusieurs phases électriques, la machine électrique tournante étant connectée électriquement à un pont de puissance conforme au troisième aspect de l’invention. La machine électrique tournante peut être du type synchrone ou asynchrone.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, la machine électrique tournante est du type d’une machine à aimants permanents.
Selon un cinquième aspect de l’invention, il est proposé un bras de commutation comprenant :
- une borne de masse destinée à être reliée à une masse d’un réseau électrique ;
- une borne d’alimentation destinée à être reliée à une borne positive du réseau électrique ;
- un premier interrupteur comportant :
o une première borne d’entrée de courant, o une première borne de sortie de courant, et o une première borne de commande permettant de faire passer le premier interrupteur d'un état fermé à un état ouvert et vice-versa,
-8la première borne d’entrée étant connectée électriquement à la borne d’alimentation ;
_ un deuxième interrupteur comportant :
o une deuxième borne d’entrée de courant, o une deuxième borne de sortie de courant, et o une deuxième borne de commande permettant de faire passer le deuxième interrupteur d'un état fermé à un état ouvert et vice-versa, la deuxième borne de sortie de courant étant connectée électriquement à la borne de masse, la première borne de sortie de courant étant connecté à la deuxième borne d’entrée de courant en un point milieu, ledit point milieu étant destinée à être connectée électriquement à une phase électrique d’une machine électrique tournante, caractérisé en ce que le bras de commutation comprend en outre un dispositif de diagnostic du bras de commutation comprenant :
o un premier circuit conçu pour générer une première tension de détection représentative de la tension entre la deuxième borne d’entrée de courant et la deuxième borne de sortie de courant ;
o un deuxième circuit conçu pour générer une deuxième tension de détection positive et une troisième tension de détection positive, la deuxième tension de détection positive étant constante et égale à une première valeur prédéterminée, la troisième tension de détection positive étant supérieure à la deuxième tension de détection positive lorsque la première tension de détection dépasse une deuxième valeur prédéterminée ;
o un comparateur de tension configuré pour comparer la deuxième tension de détection à la troisième tension de détection et pour générer une tension de diagnostic en fonction du résultat de la comparaison.
De façon optionnelle, la troisième tension de détection positive est inférieure à la deuxième tension de détection positive lorsque la première tension de détection ne dépasse pas la deuxième valeur prédéterminée ;
De façon optionnelle, la deuxième valeur prédéterminée est supérieure à zéro ;
De façon optionnelle, la première valeur prédéterminée est supérieure à zéro ;
-9De façon optionnelle, la deuxième valeur prédéterminée est supérieure à la première valeur prédéterminée ;
De façon optionnelle, le premier circuit comprend une première résistance de détection et une première capacité de détection connectées en série en un point intermédiaire , l’association en série desdites première résistance de détection et première capacité de détection étant placée en parallèle entre la deuxième borne d’entrée et la deuxième borne de sortie, ladite première tension de détection étant générée audit point intermédiaire ;
De façon optionnelle, le deuxième circuit comprend une première résistance de seuillage, une première diode et une deuxième résistance de seuillage connectées en série, la cathode de la première diode étant connectée à une borne de la deuxième résistance de seuillage et l’anode de la première diode étant connectée à une borne de la première résistance de seuillage, l’association en série étant connectée en parallèle entre le point intermédiaire et la borne de masse, ladite troisième tension de détection étant générée à la cathode de la première diode ;
De façon optionnelle, le deuxième circuit comprend en outre une troisième résistance de seuillage dont une première borne est connectée à la cathode de la première diode et dont la seconde borne est destinée à être connectée à une source de tension auxiliaire ;
De façon optionnelle, le deuxième circuit comprend en outre une borne d’alimentation auxiliaire destinée à être connectée à une source d’alimentation auxiliaire, une quatrième résistance de détection et une cinquième résistance de seuillage connectées en série en un point milieu, l’association en série desdites quatrième et cinquième étant placée en parallèle entre la borne de masse et la borne d’alimentation auxiliaire ;
De façon optionnelle, un dispositif de protection est placé en dérivation entre la deuxième borne d’entrée de courant et la deuxième borne de sortie de courant, ledit dispositif de protection étant configuré pour détecter une durée durant laquelle un courant électrique variable traverse ledit deuxième interrupteur entre sa deuxième borne d’entrée de courant et sa deuxième borne de sortie de courant ;
Selon un sixième aspect de l’invention, il est proposé un pont de puissance comprenant au moins un bras de commutation selon le cinquième aspect de l’invention.
De façon optionnelle, le pont de puissance selon le sixième aspect de l’invention comprend en outre un deuxième bras de commutation comprenant :
_ un quatrième interrupteur comportant :
o une quatrième borne d’entrée de courant, o une quatrième borne de sortie de courant, et
- 10o une quatrième borne de commande permettant de faire passer le quatrième interrupteur d'un état fermé à un état ouvert et vice-versa, la quatrième borne d’entrée étant connectée électriquement à la borne d’alimentation ;
- un cinquième interrupteur comportant :
o une cinquième borne d’entrée de courant, o une cinquième borne de sortie de courant, et o une cinquième borne de commande permettant de faire passer le cinquième interrupteur d'un état fermé à un état ouvert et vice-versa, la cinquième borne de sortie de courant étant connectée électriquement à la borne de masse, la quatrième borne de sortie de courant étant connecté à la cinquième borne d’entrée de courant en un deuxième point milieu, ledit deuxième point milieu étant destinée à être connectée électriquement à une deuxième phase électrique de la machine électrique tournante;
le dispositif de diagnostic comprenant en outre :
• une sixième résistance de seuillage et une deuxième diode connectées en série, la cathode de la deuxième diode étant connectée à la cathode de la première diode et l’anode de la deuxième diode étant connectée à une des bornes de la sixième résistance de seuillage et • un quatrième circuit conçu pour générer une quatrième tension de détection représentative de la tension entre la cinquième borne d’entrée de courant et la cinquième borne de sortie de courant, la quatrième tension de détection étant appliquée sur la borne de la sixième résistance de seuillage qui n’est pas connectée à la deuxième diode.
De façon optionnelle, la sixième résistance de seuillage est égale à la première résistance de seuillage.
Selon un septième aspect de l’invention, il est proposé un procédé de diagnostic d’un pont de puissance conforme au sixième aspect de l’invention et connecté entre un réseau électrique et une machine électrique tournante, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend :
o une première étape de génération d’une première tension de détection représentative de la tension entre la deuxième borne d’entrée de courant et la deuxième borne de sortie de courant ;
- 11 o une deuxième étape de génération d’une deuxième tension de détection positive et d’une troisième tension de détection positive, la deuxième tension de détection étant constante et égale à une première valeur prédéterminée, la troisième tension de détection étant supérieure à la deuxième tension de détection lorsque la première tension de détection dépasse un premier seuil supérieur à zéro ;
o une troisième étape de comparaison de la deuxième tension de détection à la troisième tension de détection, et o une quatrième étape de génération d’une tension de détection de diagnostic en fonction du résultat de la comparaison précédente.
De façon optionnelle, le procédé de diagnostic comprend en outre une cinquième étape de génération d’une commande d’ouverture du deuxième interrupteur lorsque la troisième tension de détection est supérieure à la deuxième tension de détection.
De façon optionnelle, la commande d’ouverture est une commande d’ouverture de tous les interrupteurs du pont ayant une borne de sortie de courant connectée électriquement à la borne de masse et une borne d’entrée de courant connectée électriquement à une phase de la machine électrique tournante.
De façon optionnelle, le procédé de diagnostic comprend en outre une sixième étape de génération d’une commande de fermeture de tous interrupteurs du pont ayant une borne d’entrée de courant connectée électriquement à borne d’alimentation et une borne de sortie de courant connectée électriquement à une phase de la machine électrique tournante.
Des modes de réalisation variés de l’invention sont prévus, intégrant selon l’ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici.
Description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
- la FIGURE 1 illustre une vue schématique d’un réseau électrique comprenant une machine électrique tournante connectée électriquement à un pont de puissance conforme à l’invention ;
- la FIGURE 2 illustre une vue schématique du principe de détection des défaillances d’un bras de commutation d’un pont de puissance;
- la FIGURE 3 illustre un schéma de principe d’un premier exemple de réalisation d’un dispositif de protection associé à un composant de puissance du premier étage d’un bras de commutation du pont de puissance ;
- la FIGURE 4 illustre un schéma de principe d’un exemple de réalisation d’un dispositif de diagnostic associé à un deuxième étage d’un bras de commutation d’un pont de puissance ;
- la FIGURE 5 illustre un diagramme d’un procédé de diagnostic conforme au septième aspect de l’invention ;
Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Description détaillée de l’invention
En référence à la FIGURE 1, une machine électrique tournante 2 est connectée électriquement à un pont de puissance 1 configuré pour alimenter un réseau de bord B+ en courant continu à partir de la machine électrique tournante 2 ou pour alimenter la machine électrique tournante 2 à partir du réseau de bord B+.
La machine électrique tournante est par exemple de type GMG (en anglais « Gear Motor Generator ») développant une puissance électrique de 15 kW. Toutes les valeurs numériques mentionnées ci-après se rapportent à cet exemple de machine électrique particulière qui ne limite en rien la portée de l’invention.
Le réseau de bord B+ est connecté électriquement à au moins une batterie 4.
De manière avantageuse, le stator 21 de la machine électrique tournante 2 est polyphasée : le stator 21 comprend une pluralité d’enroulements électriques 211 à l’intérieur desquels circulent des courants électriques, chaque courant électrique circulant dans l’une des phases électriques Φ1Φ3. Dans l’exemple de réalisation illustré sur la FIGURE 1, le stator 21 de la machine électrique tournante 2 comprend trois phases électriques Φ1-Φ3, mais l’invention s’entend plus
- 13généralement pour une machine électrique dont le stator comprend au moins une phase électrique.
D’une manière générale, la machine électrique tournante 2 est avantageusement une machine électrique synchrone à aimants permanents 221, telle que représentée sur la FIGURE 1.
Dans le contexte d’intégration dans un véhicule automobile, la machine électrique tournante 2 est préférentiellement du type d’un alternateur ou d’un alterno-démarreur. Un rotor 22 de la machine électrique tournante 2 est avantageusement couplé mécaniquement à un moteur thermique du véhicule automobile. Le rotor 22 comprend avantageusement les aimants permanents 221 dans le cadre d’une machine synchrone.
La machine électrique tournante 2 est interfacée électriquement par le pont de puissance 1 au réseau de bord B+.
Le pont de puissance 1 comprend au moins un bras de commutation 10, et préférentiellement une pluralité de bras de commutation 10. Chaque bras de commutation 10 comprend un premier El et un deuxième E2 étage, chaque étage comprenant un interrupteur comportant une borne d’entrée de courant, une borne de sortie de courant ainsi qu’une borne de commande de l’interrupteur permettant de faire passer l’interrupteur d’un état fermé à un état ouvert, et vice-versa.
Le pont de puissance 1 est piloté par un module de commande - non représenté - qui configure sélectivement ou collectivement les bornes de commande des interrupteurs pour placer lesdits interrupteurs dans leur état ouvert ou fermé. Le module de commande permet ainsi de piloter le pont de puissance.
Les interrupteurs sont préférentiellement réalisés au moyen de composants de puissance Ql, Ql 1.
En d’autres termes chacun des composants de puissance (Ql, Ql 1) comporte :
o une première borne d’entrée de courant, o une première borne de sortie de courant, et o une première borne de commande permettant de faire passer le composant de puissance d'un état passant (interrupteur fermé) à un état bloquant (interrupteur ouvert) et vice-versa,
Pour chacun des bras de commutation 10 du pont de puissance, le premier composant de puissance Ql et le deuxième composant de puissance Ql 1 sont disposés en série l’un par rapport à l’autre, entre la borne de masse GND et la borne d’alimentation du réseau de bord B+, chaque point milieu lia-11c étant situé entre le premier composant de puissance Ql et le deuxième composant de puissance Ql 1.
- 14Le premier Ql et le deuxième Qll composant de puissance de chaque bras de commutation 10 sont reliés entre eux au niveau du pont milieu lia-11c situé entre leurs bornes de sortie de courant et d’entrée de courant respectives. Une borne d’entrée de courant D du premier composant de puissance Ql est destinée à être connectée au réseau de bord B+ ; et une borne de sortie de courant du deuxième composant de puissance Qll est destinée à être connectée à la masse du réseau électrique.
Le pont de puissance 1 est connecté électriquement à chacune des phases électriques Φ1, Φ2, Φ3 de la machine électrique tournante 2 afin d’alimenter en tension continue le réseau de bord B+ et/ou de charger l’au moins une batterie 4. D’une manière générale, le pont de puissance 1 est utilisé dans l’un ou l’autre des modes de fonctionnement de la machine électrique tournante 2 décrits précédemment.
Plus particulièrement, chaque bras de commutation 10 du pont de puissance 1 est connecté électriquement à l’une des phases électriques Φ1, Φ2, Φ3 de la machine électrique tournante 2. Plus particulièrement encore, chaque bras de commutation 10 du pont de puissance est connecté électriquement à l’une des phases électriques Φ1, Φ2, Φ3 de la machine électrique tournante 2 au niveau de son point milieu lia-11c situé entre le premier étage El et le deuxième étage E2 de chaque bras de commutation 10.
Par ailleurs, chaque premier composant de puissance Ql est connecté électriquement à un dispositif de protection 100 configuré pour mesurer une durée durant laquelle un courant électrique variable traverse ledit premier composant de puissance Ql entre sa borne d’entrée de courant D et sa borne de sortie de courant S, et éventuellement pour le piloter en fonction de ladite mesure réalisée. Plus particulièrement, chaque dispositif de protection 100 est placé en dérivation de la borne d’entrée de courant D et de la borne de sortie de courant S du premier composant de puissance Ql correspondant.
De manière comparable, chaque deuxième composant de puissance Ql 1 est connecté électriquement à un dispositif de protection 100 configuré pour mesurer une durée durant laquelle un courant électrique variable traverse ledit deuxième composant de puissance Ql 1 entre sa borne d’entrée de courant D et sa borne de sortie de courant S, et éventuellement pour le piloter en fonction de ladite mesure réalisée.
En outre chaque dispositif de protection 100 connectée à un deuxième composant de puissance Ql 1 est connecté à un unique deuxième circuit 330 d’un dispositif de diagnostic qui sera décrit ultérieurement en référence à la figure 4.
Ainsi le(s) dispositifs) de protection conforme(s) au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements prend(nent) la main sur le module de commande lorsqu’un dysfonctionnement est détecté sur au moins un desdits composants de puissance Ql, Ql 1.
- 15Conformément à l’invention, chaque dispositif de protection 100 est configuré pour détecter une différence de potentiel aux bornes des inductances parasites L1_D, L1_S, L2_D, L2_S visibles sur la FIGURE 2 et situées au niveau du drain et de la source au sein du composant de puissance Ql, Ql 1 associé.
Dans la suite de la description, chaque premier Ql et deuxième Ql 1 composant de puissance sont du type MOSFET dopé N. En d’autres termes, le drain, la source et la grille des transistors de type MOSFET dopé N correspondent respectivement à la borne d’entrée de courant, la borne de sortie de courant et la borne de commande des interrupteurs. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ce seul type de composant de puissance, et chaque premier Ql et deuxième Ql 1 composant de puissance peut être du type de n’importe quel transistor.
La FIGURE 2 illustre un bras de commutation 10 du pont de puissance, dans laquelle le premier MOSFET Ql du premier étage El est associé à un dispositif de protection 100 conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements, ledit dispositif de protection 100 étant placé en dérivation entre la borne drain D et la borne source S du MOSFET Ql.
Le premier MOSFET Ql et le deuxième MOSFET Qll de chaque bras de commutation 10 sont reliés entre eux au niveau du point intermédiaire 1 la-1 le situé entre la borne source S du premier MOSFET Ql et la borne drain D du deuxièmes MOSFET Q2. La borne drain D du MOSFET Ql est destinée à être connectée au réseau de bord B+ ; et la borne source S du MOSFET Ql 1 est destinée à être connectée à une borne de masse GND du réseau électrique.
De manière connue, chaque MOSFET Ql, Qll possède une inductance parasite de drain L1_D, L2_D au niveau de la borne drain D dudit MOSFET correspondant Ql, Ql 1 ; et chaque MOSFET Ql, Qll possède une inductance parasite de source L1_S, L2_S au niveau de la borne source S dudit MOSFET correspondant Ql, Qll. Par ailleurs, le bras de commutation 10 comprend aussi des inductances parasites L3 représentant les effets inductifs des conducteurs électriques du pont de puissance 1.
Pour un bras de commutation 10 du pont de puissance 1, on déduit une inductance totale Ltot équivalente :
Lfot — 7Ί- T L2 + 2 X L3
Avec
L1 = L1_D + L1_S
L2 = L2_D + L2_S
Et : Vdsi — Vtot x ---> Vds2 Ltot
y. L2+L3 = VT0T X — Ltot
- 16Comme décrit précédemment, l’invention conforme à son premier aspect vise à déterminer une durée durant laquelle un courant électrique variable transite entre la borne drain D et la borne source S du MOSFET Ql, Qll associé lorsque ce dernier est dans son régime transitoire de basculement depuis l’état de conduction bloquant vers l’état de conduction passant. De manière théorique, on définit une durée de conduction couplée Atcc comme étant la durée maximale admissible du régime transitoire de basculement du MOSFET Ql, Qll fonctionnant normalement. La durée de conduction couplée Atcc peut être définie comme :
Figure FR3083390A1_D0001
Où iœ est le courant de conduction couplée maximal circulant dans le premier MOSFET Ql et dans le deuxième MOSFET Ql 1, représentant ainsi le courant maximal admissible dans le bras de commutation 10 pour dissocier un fonctionnement normal dudit MOSFET Ql, Qll d’un dysfonctionnement dudit MOSFET Ql, Ql 1.
Par la suite, la connaissance de la variation du courant électrique variable circulant entre les bornes drain D et source S du MOSFET Ql, Qll correspondant permet de déduire, pour une application donnée et/ou une puissance électrique donnée pour la machine électrique tournante 2, la durée de conduction couplée maximale admissible lors de la commutation dudit MOSFET Ql, Qll correspondant entre son état de conduction bloquant et son état de conduction passant. Par la suite, il est possible de déterminer les différents composants électroniques du dispositif de protection 100, et notamment la résistance de détection R8 et la capacité de détection Cl du premier circuit 110 tel qu’il sera décrit dans les paragraphes suivants.
Lorsque le MOSFET Ql, Qll est configuré dans son état de conduction passant, la différence de potentiel à ses bornes est sensiblement égale à la différence de potentiel prise aux bornes de ses inductances parasites (L1+L3 ou L2+L3). Comme — = ; alors on en déduit qu’un observateur dt Got de tension placé entre la borne drain D et la borne source S du MOSFET Ql, Qll permet de déterminer une durée durant laquelle le courant électrique variable circule entre la borne drain D et la borne source S dudit MOSFET Ql, Ql 1 correspondant lorsque ce dernier est dans son régime transitoire de basculement depuis son mode de conduction bloquant vers son mode de conduction passant.
Selon son premier aspect, l’invention vise ainsi à disposer chaque dispositif de protection 100 en dérivation (i.e. en parallèle) des bornes drain D et source S de l’un des MOSFETs Ql, Qll du pont de puissance 1 afin de mesurer la durée durant laquelle le courant électrique variable traverse ledit MOSFET Ql, Qll correspondant entre ladite borne drain D et ladite borne source S.
La FIGURE 3 illustre un exemple de réalisation d’un dispositif de protection 100 conforme au premier aspect de l’invention et mis en œuvre pour détecter la durée d’établissement d’un tel
- 17courant électrique variable entre les bornes drain D et source S d’un MOSFET Ql d’un premier étage El du pont de puissance 1. Bien entendu, les caractéristiques décrites ci-après s’appliquent mutatis mutandis à un dispositif de protection 100 associé à un MOSFET Qll d’un deuxième étage E2 du pont de puissance 1.
Le dispositif de protection 100 est connecté en dérivation, i.e. en parallèle, entre une borne drain D et la borne source S du MOSFET Ql. De plus, le dispositif de protection 100 est aussi relié électriquement à une borne grille G du MOSFET Ql
Le dispositif de protection 100 comprend un premier circuit 110 configuré pour générer une tension de détection proportionnelle à la durée durant laquelle le courant électrique variable traverse le MOSFET Ql entre sa borne drain D et sa borne source S. Le premier circuit 110 est placé en dérivation par rapport aux bornes drain D et source S du MOSFET Ql.
Le premier circuit 110 comprend une résistance de détection R8 montée en série avec une capacité de détection Cl. La résistance de détection R8 et la capacité de détection Cl sont placées en parallèle entre la borne drain D et la borne source S du MOSFET Ql. La résistance de détection R8 et la capacité de détection Cl forment ensembles un circuit qui permet de détecter un dysfonctionnement du MOSFET Ql. Plus particulièrement, l’établissement d’une différence de potentiel aux bornes des inductances parasites du MOSFET Ql - induit par la variation du courant électrique traversant ledit MOSFET Ql lorsque celui-ci est dans son régime transitoire de basculement depuis le mode de conduction bloquant vers le mode de conduction passant - permet de charger la capacité de détection Cl jusqu’à une valeur qui dépend de la durée pendant laquelle ladite différence de potentiel existe. Ainsi, dans le mode de réalisation de l’invention illustré sur la FIGURE 3, si le MOSFET Ql est traversé par un courant électrique variable pendant une durée de transition inférieure ou égale à 400ns, alors le courant électrique atteint une valeur d’environ 400A et la capacité de détection Cl présente à ses bornes une première tension représentative d’un régime transitoire de basculement normal du MOSFET Ql. A contrario, si le MOSFET Ql est traversé par un courant électrique variable pendant une durée de transition au moins égale à environ 1 ps, alors le courant électrique dépasse le seuil de 1000 ou 2000A et la capacité de détection Cl est chargée à une deuxième tension (supérieure à la première tension) représentative d’un régime transitoire anormal dudit MOSFET Ql.
Comme décrit précédemment, durant son régime transitoire de basculement, un courant électrique variable traverse le MOSFET Ql entre sa borne drain D et sa borne source S et la tension que ce courant génère aux bornes des inductances parasites du MOSFET Ql est utilisée pour charger la capacité de détection Cl du premier circuit 110.
En dehors des régimes transitoires de commutation du MOSFET Ql, la capacité de détection Cl est déchargée au travers d’une première diode de décharge D2 placée en dérivation de la résistance de détection R8 ou au travers d’une deuxième diode de décharge D7 et d’une résistance de décharge R4 placée en série de ladite diode de décharge D7, ledit ensemble en série de la
- 18deuxième diode D7 et de la résistance de décharge R4 étant connectée en parallèle de la capacité de détection Cl.
Des valeurs de la résistance de détection R8 et de la capacité de détection Cl sont notamment déterminées en fonction de la durée de conduction couplée Atcctelle que décrite en référence à la FIGURE 2.
Le premier point de mesure VC1_1 - VC1_3 situé entre la résistance de détection R8 et la capacité de détection Cl est particulièrement intéressant dans le contexte de l’invention car il correspond à la tension de détection générée par le premier circuit 110 et correspondant à la durée d’établissement du courant électrique variable entre les bornes drain D et source S du MOSFET Ql dans son régime transitoire de basculement.
La tension de détection prise aux bornes de la capacité de détection Cl peut être utilisée comme un signal de détection utilisé par exemple par un système de supervision du pont de puissance 1 ou pour avertir un utilisateur d’un disfonctionnement du pont de puissance.
Dans l’exemple illustré dans la FIGURE 3, le dispositif de protection 100 comprend aussi un dispositif de seuillage 120 et un circuit de contrôle 130.
Le dispositif de seuillage 120 est configuré pour déterminer un seuil de tension à partir duquel ledit dispositif de protection 100 peut éventuellement piloter le MOSFET Ql pour le mettre en sécurité par exemple. Le seuil de tension correspond à la valeur seuil au-delà de laquelle la tension de détection aux bornes de la capacité de détection Cl du premier circuit 110 et chargée par le courant électrique variable traversant le MOSFET Ql et ses inductances parasites durant le régime transitoire de basculement est suffisamment élevée pour être représentative du dysfonctionnement du MOSFET Ql.
Le dispositif de seuillage 120 comprend une première résistance de seuillage R2 montée en série avec une deuxième résistance de seuillage R3. Les première et deuxième résistances de seuillage R2, R3 sont disposées en parallèle entre la borne drain D et la borne source S du MOSFET Ql.
Des valeurs des première et deuxième résistances de seuillage R2, R3 sont déterminées notamment en fonction de la durée de conduction couplée Atcc telle que décrite en référence à la FIGURE 2.
Les valeurs des première et deuxième résistances de seuillage R2, R3 permettent de fixer une valeur du seuil de tension accessible sur une borne de seuillage 121 située entre les deux résistances de seuillage R2, R3.
Cette valeur de seuil permet notamment de fixer la valeur à partir de laquelle la charge accumulée dans la capacité de détection Cl est représentative d’un dysfonctionnement du MOSFET Ql durant son régime transitoire de basculement. En deçà de cette valeur seuil, la tension de
- 19détection générée par le premier circuit 110 est représentative d’un fonctionnement normal du MOSFET Ql durant son régime transitoire de basculement.
De manière avantageuse, et tel que décrit dans la figure 3, le dispositif de protection 100 peut aussi exploiter cette tension de détection pour piloter le MOSFET Ql en fonction de la valeur de ladite tension de détection.
A cet effet, le circuit de contrôle 130 comprend un commutateur de contrôle, ici un transistor MOSFET dopé N Q3 et un comparateur de tension configuré pour comparer la tension de détection générée par le premier circuit 110 et le seuil de tension prédéterminé par le dispositif de seuillage 120.
Le circuit de contrôle 130 est configuré pour contrôler le MOSFET Ql en fonction de la tension de détection générée par le premier circuit 110 et du seuil de tension prédéterminé par le dispositif de seuillage 120.
En d’autres termes, le circuit de contrôle 130 permet de faire commuter le MOSFET Ql dans son état bloquant, lorsque la tension de détection aux bornes de la capacité de détection Cl du premier circuit 110 est suffisamment élevée pour être représentative d’un dysfonctionnement dudit premier MOSFET Ql, du fait de la présence d’un courant électrique variable pendant une durée anormalement longue durant le régime transitoire de basculement dudit MOSFET Ql.
Le comparateur de tension est constitué d’un transistor Q2.
Dans l’exemple illustré sur la FIGURE 3, le transistor Q2 du comparateur est du type d’un transistor bipolaire dont une borne émettrice E est connectée électriquement entre la résistance de détection R8 et la capacité de détection Cl du premier circuit 110 par l’intermédiaire de la diode D4, et dont une borne de base B est connectée électriquement entre les résistances de seuillage R2, R3 du dispositif de seuillage 120.
Le transistor Q2 du comparateur du circuit de contrôle 130 est préférentiellement du type d’un transistor bipolaire de type PNP.
Ce comparateur de tension est configuré pour comparer la tension de détection générée par le premier circuit 110 et le seuil de tension prédéterminé par le dispositif de seuillage 120. Plus particulièrement, le dispositif de seuillage 120 impose au niveau de la borne de base du transistor Q2 une tension égale au seuil de tension tandis que le premier circuit impose sur la borne émettrice E une tension égale, à la chute de tension aux bornes de la diode D4 près, à la tension de détection générée par le premier circuit 110. Si la tension de détection aux bornes de la capacité de détection Cl du premier circuit 110 est supérieure au seuil de tension, alors le transistor Q2 devient passant ce qui fait que le premier circuit de contrôle 130 met en sécurité le MOSFET Ql, en le reconfigurant dans son état de commutation bloquant.
-20Pour ce faire, le circuit de contrôle 130 comprend aussi un commutateur de contrôle, ici dans l’exemple décrit un transistor MOSFET dopé N Q3, afin de commander la commutation du MOSFET Ql en fonction de la comparaison réalisée par le comparateur de tension du circuit de contrôle 130. Plus particulièrement, le transistor Q3 du circuit de contrôle 130 est configuré pour abaisser la tension grille source du MOSFET Ql lorsque le résultat de la comparaison entre la tension de détection et la valeur seuil est représentative d’un dysfonctionnement du MOSFET Ql dans son régime transitoire de basculement.
Ainsi, une borne grille G du commutateur de contrôle Q3 est connectée électriquement à une borne collectrice C du transistor Q2, la borne grille G du commutateur de contrôle Q3 étant par ailleurs reliée à la borne source S dudit commutateur de contrôle Q3 par l’intermédiaire d’une résistance de polarisation R7. La borne source S du commutateur de contrôle est connectée électriquement à la borne source S du MOSFET Ql ; et une borne drain D du commutateur de contrôle Q3 est connectée électriquement à la borne grille G MOSFET Ql par l’intermédiaire d’une diode Dl et d’une résistance d’amortissement R6 permettant d’amortir des oscillations électriques lorsque le commutateur de contrôle Q3 est dans son état de conduction passant. La diode Dl permet par ailleurs d’éviter une contre réaction de la source du MOSFET Ql sur la grille du MOSFET Ql lors d’une commutation du MOSFET Ql.
Le commutateur de contrôle Q3 du premier circuit de contrôle 130 permet d’interpréter le résultat de la comparaison entre la tension de détection prise aux bornes de la capacité de détection Cl du premier circuit 110 et la valeur seuil déterminée par le dispositif de seuillage 120. Si la tension de détection aux bornes de la capacité de détection Cl est supérieure à la valeur seuil, alors le transistor Q2 du premier circuit de contrôle 130 est configuré dans son état de conduction passant. Consécutivement, le commutateur de contrôle Q3 est à son tour configuré dans son état de conduction passant ce qui ramène la tension à la borne grille G du MOSFET Ql à la tension de la source de ce MOSFET Ql afin de le mettre en sécurité, en le configurant dans son état de commutation bloquant.
Le premier dispositif de protection 100 comprend une résistance R5 placée en série avec la borne grille G du MOSFET Ql.
Dans l’exemple illustré sur la FIGURE 3, une résistance de polarisation R9 est par ailleurs située entre la borne grille G et la borne source S du MOSFET Ql.
Dans un mode de fonctionnement normal du MOSFET Ql, la capacité de détection Cl du premier circuit 110 est déchargée avant que le MOSFET Ql bascule de son état de conduction bloquant vers son état de conduction passant. Dans le cas d’un basculement défaillant du MOSFET Ql depuis son état de conduction bloquant vers son état de conduction passant, au cours duquel le courant électrique variable apparaissant entre sa borne drain D et sa borne source S croit durant une durée anormalement longue, alors la capacité de détection Cl du premier circuit 110, placé
-21 en dérivation de ladite borne drain D et de ladite borne source S se charge du fait de la présence de ce courant électrique variable. La durée du régime transitoire anormalement longue permet de charger la capacité de détection Cl du premier circuit jusqu’à un niveau supérieur à la valeur seuil définie par le premier dispositif de seuillage 120 et permettant d’identifier le dysfonctionnement du MOSFET Ql. Dans ce cas, la capacité de détection Cl permet de configurer le transistor Q2 du comparateur du circuit de contrôle 130 dans son état de conduction passant. Consécutivement, le commutateur de contrôle Q3 du premier circuit de contrôle 130 est à son tour polarisé dans son état de conduction passant afin de court-circuiter la borne grille G et la borne source S du MOSFET Ql afin de le configurer dans son état bloquant et de dissocier ainsi les deux étages El, E2 du bras de commutation 10 du pont de puissance 1 en ouvrant le premier étage El.
De façon générale, la durée pendant laquelle un courant électrique variable traverse un composant de puissance et au-delà de laquelle il existe un risque d’endommagement du composant de puissance dépendent bien entendu des composants de puissance et/ou des applications considérées. Dès lors, la valeur seuil à partir de laquelle le dispositif de protection conforme au premier aspect de l’invention détermine que le composant de puissance associé dysfonctionne dépend aussi des composants de puissance et/ou des applications considérées. Consécutivement, le dimensionnement des différents composants électronique formant le dispositif de protection conforme au premier aspect de l’invention, et tout particulièrement les valeurs de la résistance de détection R8, de la capacité de détection Cl de la première diode de décharge D2 des premières R2 et deuxièmes R3 résistances de seuillage ainsi que de la diode D4 dépendent des composants de puissance et/ou des applications considérées et/ou de la puissance électrique de la machine électrique tournante 2 à laquelle le pont de puissance 1 est associé. Les valeurs citées dans la description présentée ci-dessus ne sont données qu’à titre d’exemples non limitatifs et l’homme du métier pourrait bien entendu leur attribuer d’autres valeurs, collectivement ou sélectivement, afin d’adapter les exemples de réalisation décrits à d’autres situations, par exemple pour adapter la durée de détection à partir de laquelle le composant de puissance Ql, Qll est considéré comme ne fonctionnant plus normalement durant son régime transitoire de basculement.
En synthèse, l’invention concerne notamment un dispositif de protection 100 d’un composant de puissance Ql, Qll configuré pour détecter une durée d’établissement anormalement longue d’un courant électrique variable entre les bornes dudit composant de puissance Ql, Qll durant son régime transitoire de basculement. Le dispositif de protection 100 tire avantageusement partie des inductances parasites du composant de puissance Ql, Qll afin de charger une capacité de détection Cl, Cil à un niveau qui dépend de la durée durant laquelle ledit composant de puissance Ql, Qll est traversé par le courant électrique variable. Cette détection est ensuite utilisée pour éventuellement piloter le composant de puissance Ql, Qll afin de le mettre en sécurité. L’invention concerne aussi un pont de puissance 1 comprenant au moins un tel dispositif de protection 100 pour scruter les transistors qui le composent, et une machine électrique tournante 2 pilotée par un tel pont de puissance 1.
-22En référence à la figure 4, un premier bras de commutation et un deuxième bras de commutation d’un pont conforme au sixième aspect de l’invention va maintenant être décrit.
Le premier bras de commutation comprend un dispositif de diagnostic associé au MOSFET Ql 1.
Le dispositif de diagnostic est configuré pour détecter une défaillance d’un des MOSFETS du bras de commutation, par exemple une casse du MOSFET Ql en court circuit.
_ Le dispositif de diagnostic comprend : un premier circuit 110 conçu pour générer une première tension de détection VC11_1 représentative de la tension entre la deuxième borne d’entrée de courant et la deuxième borne de sortie de courant du MOSFET Ql 1 ;
- un deuxième circuit 330 conçu pour générer une deuxième tension de détection positive V2P et une troisième tension de détection positive V3P, la deuxième tension de détection V2P étant constante et égale à une première valeur prédéterminée VP1, la troisième tension de détection V3P étant supérieure à la deuxième tension de détection positive V2P lorsque la première tension de détection VC11_1 dépasse une deuxième valeur prédéterminée VP2.
- un comparateur de tension XI configuré pour comparer la deuxième tension de détection positive V2P à la troisième tension de détection positive V3P et pour générer une tension de diagnostic ASC_HS en fonction du résultat de la comparaison.
Dans l’exemple décrit ici, le comparateur de tension XI est alimenté par une source de tension continue P5. Le potentiel électrique de la source de tension P5 est par exemple égal à 5 V.
Le comparateur de tension XI comporte en outre une borne positive d’entrée recevant la troisième tension de détection positive V3P et une borne négative d’entrée recevant la deuxième tension de détection positive V2P. Le comparateur XI comporte également une borne de sortie dont le potentiel est positif lorsque la tension présente sur la borne positive d’entrée est supérieure à la tension présente sur la borne négative d’entrée du comparateur XI et dont le potentiel est nul dans le cas contraire
Dans l’exemple décrit à la figure 4, le premier circuit 110 comprend une première résistance de détection R8 et une première capacité de détection Cl connectées en série en un point intermédiaire, l’association en série desdites première résistance de détection R8 et première capacité de détection Cl étant placée en parallèle entre la deuxième borne d’entrée D2 et la deuxième borne de sortie S2, ladite première tension de détection VC11_1 étant générée audit point intermédiaire.
Cette première résistance de détection R8 et cette première capacité de détection Cl peuvent également faire partie d’un dispositif de protection 100 tel que décrit précédemment et placé en
-23dérivation entre la deuxième borne d’entrée de courant D2 et la deuxième borne de sortie de courant S2 du MOSFET Ql 1
En outre, le premier circuit 110 comprend :
• une première diode de décharge D2 connectée en parallèle de la résistance de détection R8, la cathode de la première diode de décharge étant connectée au point milieu lia, • une deuxième diode de décharge D7 en série avec une résistance de décharge R4, l’association en série de la résistance de décharge R4 et de la deuxième diode de décharge D7 étant connectée entre le point intermédiaire et la borne de masse GND.
Dans l’exemple décrit à la figure 4, le deuxième circuit comprend une première résistance de seuillage R31, une première diode D31 et une deuxième résistance de seuillage R34 connectées en série. La cathode de la première diode D31 est connectée à une borne de la deuxième résistance de seuillage R34 et l’anode de la première diode est connectée à une borne de la première résistance de seuillage R31, l’association en série étant connectée en parallèle entre le point intermédiaire où est générée la première tension de détection VC11_1 et la borne de masse GND. La troisième tension de détection est générée à la cathode de la première diode D31.
La première diode D31 permet astucieusement de ne pas ramener de tension négative sur la borne positive d’entrée du comparateur de tension XI.
Dans l’exemple décrit ici et de façon optionnelle, une capacité de filtrage C31 est située aux bornes de la deuxième résistance de seuillage R34.
Le deuxième circuit comprend en outre une troisième résistance de seuillage R35 dont une première borne est connectée à la cathode de la première diode D31 et dont la seconde borne est destinée à être connectée à la source de tension auxiliaire P5.
Le deuxième circuit comprend en outre une quatrième résistance de détection R37 et une cinquième résistance de seuillage R38 connectées en série en un point milieu, l’association en série desdites quatrième R37 et cinquième R38 résistance de seuillage étant placée en parallèle entre la borne de masse GND et une borne d’alimentation auxiliaire connectée à la source de tension auxiliaire P5.
Grâce au pont diviseur formé par la quatrième résistance de détection R37 et la cinquième résistance de seuillage R38, une deuxième tension de détection positive et constante, par exemple égale à VP1 = 2V dans l’exemple décrit, est présente sur la borne négative d’entrée du comparateur XI.
La valeur prédéterminée VP1 est déterminée par le dimensionnement de la quatrième résistance de détection R37, de la cinquième résistance de seuillage R38 et par la valeur de la tension délivrée par la source de tension auxiliaire P5.
-24Dans l’exemple décrit ici et de façon optionnelle, une capacité de filtrage C32 est située aux bornes de la cinquième résistance de seuillage R38.
Grâce au dispositif de diagnostic, il est possible de détecter une défaillance du MOSFETS Ql du premier bras de commutation.
Lorsque le MOSFET Ql est par exemple cassé et réalise un court circuit en étant fermé et lorsque le MOSFET Qll reçoit une commande de fermeture, la première tension de détection VC11_1 aux bornes de la première capacité de détection Cl augmente de façon sensible. En d’autres termes, une différence de potentielle importante, par exemple de 10V, entre le point milieu et le point intermédiaire s’établit.
Cette première tension de détection VC11_1 se retrouve sur une des bornes de la première résistance de seuillage R31. Dans cette configuration de tension, la première diode D31 est passante.
L’association du point diviseur constitué par la première résistance de seuillage R31 et la deuxième résistance de seuillage R34 et du couple constitué par la troisième résistance de seuillage R35 connectée à la source de tension auxiliaire P5 permet de ramener une troisième tension de détection positive V3P sur la borne d’entrée positive du comparateur XI. Cette troisième tension de détection positive V3P est au moins en première approximation linéairement reliée à la première tension de détection VC11_1.
En choisissant convenablement les résistances R31, 34 et R35 et la tension délivrée par la source de tension auxiliaire P5, il est possible de choisir une deuxième valeur prédéterminée VP2 telle que lorsque la première tension de détection VC11_1 dépasse la deuxième valeur prédéterminée VP2, la troisième tension de détection positive V3P reçue sur la borne positive du comparateur XI dépasse la deuxième tension de détection positive V2P reçue sur la borne négative du comparateur XI. En d’autres termes, la deuxième tension de détection positive V2P dépasse la première valeur prédéterminée VP1.
Ainsi, lorsque la première tension de détection VC11_1 aux bornes de la première capacité de détection Cl augmente suite par exemple à une casse du MOSFET Ql, la borne de sortie du comparateur de détection XI passe à une valeur de tension positive qui correspond à une tension de diagnostic ASC_HS.
Par ailleurs, dans l’exemple décrit à la figure 4, un MOSFET Qll d’un deuxième bras de commutation est également connecté à un quatrième circuit 410 en tout point identique au premier circuit 110. Les éléments équivalents de même dimensionnement des circuits 110 et 410 sont indiqués par les mêmes signes de référence sur la figure 4 En d’autres termes, le quatrième circuit 410 est conçu pour générer une quatrième tension de détection VC11_2 représentative de
-25la tension entre la borne d’entrée de courant et la borne de sortie de courant du MOSFET Ql 1 du deuxième bras.
Le deuxième circuit comprend en outre une sixième résistance de seuillage R32 et une deuxième diode D32 connectées en série. La cathode de la deuxième diode D32 est connectée à la cathode de la première diode D31 et l’anode de la deuxième diode D32 est connectée à une des bornes de la sixième résistance de seuillage R32.
Par ailleurs, la quatrième tension de détection VC11_2 est appliquée sur la borne de la sixième résistance de seuillage R32 qui n’est pas connectée à la deuxième diode D32.
Dans l’exemple décrit ici la valeur de la sixième résistance de seuillage R32 est égale à la valeur de la première résistance de seuillage R31.
Ainsi, lorsque la première tension de détection VC11_2 aux bornes de la capacité de détection Cl du quatrième circuit augmente suite par exemple à une casse du MOSFET Ql du deuxième bras, la borne de sortie du comparateur de détection XI passe à également à une valeur de tension positive qui correspond à une tension de diagnostic ASC_HS.
Cette tension de diagnostic ASC_HS peut être utilisée par le module de commande du pont pour générer une commande d’ouverture de tous les interrupteurs du pont ayant une borne de sortie de courant connectée électriquement à la borne de masse et une borne d’entrée de courant connectée électriquement à une phase de la machine électrique tournante.
Cette tension de diagnostic ASC_HS peut être utilisée également par le module de commande du pont pour générer une commande de fermeture de tous les interrupteurs du pont ayant une borne d’entrée de courant connectée électriquement à borne d’alimentation B+ et une borne de sortie de courant connectée électriquement à une phase de la machine électrique tournante.
En référence à la figure 5, un procédé de diagnostic mis en œuvre par un pont de puissance selon l’invention va à présent être décrit.
Au cours d’une première étape (El) une première tension de détection VC11_1 représentative de la tension entre la deuxième borne d’entrée de courant et la deuxième borne de sortie de courant est générée. Cette tension est générée aux bornes de la première capacité de détection Cl du premier circuit 110.
Au cours d’une deuxième étape (E2) une deuxième tension de détection positive V2P et une troisième tension de détection positive V3P sont générées par le deuxième circuit 330, la deuxième tension de détection positive étant constante et égale à une première valeur prédéterminée VP1, la troisième tension de détection positive étant supérieure à la deuxième tension de détection positive lorsque la première tension de détection dépasse une deuxième valeur prédéterminée VP2.
-26Au cours d’une troisième étape (E3), la deuxième tension de détection est comparée à la troisième tension de détection par le comparateur de tension XI.
Au cours d’une quatrième étape (E4), une tension de diagnostic ASC_HS dépendant du résultat de la comparaison précédente est générée sur la borne de sortie du comparateur XI.
Au cours d’une cinquième étape (E5), le module de commande du pont détecte que la tension de diagnostic ASC_HS sur la borne de sortie du comparateur est positive et génère une commande d’ouverture CO de tous les interrupteurs du pont ayant une borne de sortie de courant connectée électriquement à la borne de masse et une borne d’entrée de courant connectée électriquement à une phase de la machine électrique tournante.
Au cours d’une sixième étape (E6), le module de commande du pont détecte que la tension de diagnostic ASC_HS sur la borne de sortie du comparateur est positive et génère une commande de fermeture CF de tous les interrupteurs du pont ayant une borne d’entrée de courant connectée électriquement à borne d’alimentation B+ et une borne de sortie de courant connectée électriquement à une phase de la machine électrique tournante.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux.

Claims (13)

  1. -27Revendications
    1. Bras de commutation comprenant :
    - une borne de masse (GND) destinée à être reliée à une masse d’un réseau électrique ;
    - une borne d’alimentation (B+) destinée à être reliée à une borne positive du réseau électrique ;
    - un premier interrupteur (Ql) comportant :
    o une première borne d’entrée de courant, o une première borne de sortie de courant, et o une première borne de commande permettant de faire passer le premier interrupteur d'un état fermé à un état ouvert et vice-versa, la première borne d’entrée étant connectée électriquement à la borne d’alimentation (B+) _ un deuxième interrupteur (Ql 1) comportant :
    o une deuxième borne d’entrée de courant (D2), o une deuxième borne de sortie de courant (S2), et o une deuxième borne de commande (G2) permettant de faire passer le deuxième interrupteur d'un état fermé à un état ouvert et vice-versa, la deuxième borne de sortie de courant (S2) étant connectée électriquement à la borne de masse, la première borne de sortie de courant étant connecté à la deuxième borne d’entrée de courant (D2) en un point milieu (lia), ledit point milieu étant destinée à être connectée électriquement à une phase électrique d’une machine électrique tournante (2), caractérisé en ce que le bras de commutation comprend en outre un dispositif de diagnostic du bras de commutation comprenant :
    o un premier circuit (110) conçu pour générer une première tension de détection (VC11_1) représentative de la tension entre la deuxième borne d’entrée de courant et la deuxième borne de sortie de courant ;
    o un deuxième circuit (330) conçu pour générer une deuxième tension de détection positive (V2P) et une troisième tension de détection positive (V3P), la deuxième
    -28tension de détection positive (V2P) étant constante et égale à une première valeur prédéterminée (VP1), la troisième tension de détection positive (V3P) étant supérieure à la deuxième tension de détection positive (V2P) lorsque la première tension de détection (VC11_1) dépasse une deuxième valeur prédéterminée (VP2) ;
    o un comparateur de tension (XI) configuré pour comparer la deuxième tension de détection à la troisième tension de détection et pour générer une tension de diagnostic (ASC_HS) en fonction du résultat de la comparaison.
  2. 2. Bras de commutation (10) selon la revendication précédente dans lequel ledit premier circuit comprend une première résistance de détection (R8) et une première capacité de détection (Cl) connectées en série en un point intermédiaire (111), l’association en série desdites première résistance de détection (R8) et première capacité de détection (Cl) étant placée en parallèle entre la deuxième borne d’entrée (D2) et la deuxième borne de sortie (S2), ladite première tension de détection étant générée audit point intermédiaire (111).
  3. 3. Bras de commutation (10) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le deuxième circuit comprend une première résistance de seuillage (R31), une première diode (D31) et une deuxième résistance de seuillage (R34) connectées en série, la cathode de la première diode (D31) étant connectée à une borne de la deuxième résistance de seuillage (R34) et l’anode de la première diode étant connectée à une borne de la première résistance de seuillage (R31), l’association en série étant connectée en parallèle entre le point intermédiaire (VC11_1) et la borne de masse (GND), ladite troisième tension de détection étant générée à la cathode de la première diode (D31),
  4. 4. Bras de commutation (10) selon l’une des revendications précédentes dans lequel le deuxième circuit comprend en outre une troisième résistance de seuillage(R35) dont une première borne est connectée à la cathode de la première diode (D31) et dont la seconde borne est destinée à être connectée à une source de tension auxiliaire (P5).
  5. 5. Bras de commutation (10) selon l’une des revendications précédentes dans lequel ledit deuxième circuit comprend en outre une borne d’alimentation auxiliaire destinée à être connectée à une source d’alimentation auxiliaire (P5), une quatrième résistance de détection (R37) et une cinquième résistance de seuillage (R38) connectées en série en un point milieu, l’association en série desdites quatrième (R37) et cinquième (R38) étant placée en parallèle entre la borne de masse (GND) et la borne d’alimentation auxiliaire.
  6. 6. Bras de commutation selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel un dispositif de protection (100) est placé en dérivation entre la deuxième borne d’entrée de courant (D2) et la deuxième borne de sortie de courant (S2), ledit dispositif de protection (100) étant configuré pour détecter une durée durant laquelle un courant électrique variable traverse ledit deuxième interrupteur (Ql 1) entre sa deuxième borne d’entrée de courant et sa deuxième borne de sortie de courant.
  7. 7. Pont de puissance (1) comprenant au moins un bras de commutation selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.
  8. 8. Pont de puissance (1) selon la revendication précédente comprenant en outre un deuxième bras de commutation comprenant :
    _ un quatrième interrupteur comportant :
    o une quatrième borne d’entrée de courant, o une quatrième borne de sortie de courant, et o une quatrième borne de commande permettant de faire passer le quatrième interrupteur d'un état fermé à un état ouvert et vice-versa, la quatrième borne d’entrée étant connectée électriquement à la borne d’alimentation (B+);
    - un cinquième interrupteur comportant :
    o une cinquième borne d’entrée de courant (D5), o une cinquième borne de sortie de courant (S5), et
    -30o une cinquième borne de commande (G5) permettant de faire passer le cinquième interrupteur d'un état fermé à un état ouvert et vice-versa, la cinquième borne de sortie de courant (S5) étant connectée électriquement à la borne de masse, la quatrième borne de sortie de courant étant connecté à la cinquième borne d’entrée de courant (D5) en un deuxième point milieu (11b), ledit deuxième point milieu étant destinée à être connectée électriquement à une deuxième phase électrique (Φ2) de la machine électrique tournante (2) ;
    le dispositif de diagnostic comprenant en outre • une sixième résistance de seuillage (R32) et une deuxième diode (D32) connectées en série, la cathode de la deuxième diode (D32) étant connectée à la cathode de la première diode (D31) et l’anode de la deuxième diode étant connectée à une des bornes de la sixième résistance de seuillage (R32) et • un quatrième circuit (410) conçu pour générer une quatrième tension de détection (VC11_2) représentative de la tension entre la cinquième borne d’entrée de courant et la cinquième borne de sortie de courant, la quatrième tension de détection (VC11_2) étant appliquée sur la borne de la sixième résistance de seuillage (R32) qui n’est pas connectée à la deuxième diode (D32)
  9. 9. Procédé de diagnostic d’un pont de puissance (1) selon l’une des revendications 7 à 8 connecté entre un réseau électrique et une machine électrique tournante (2), ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend :
    o une première étape de génération d’une première tension de détection représentative de la tension entre la deuxième borne d’entrée de courant et la deuxième borne de sortie de courant ;
    o une deuxième étape de génération d’une deuxième tension de détection positive et d’une troisième tension de détection positive, la deuxième tension de détection étant constante et égale à une première valeur prédéterminée, la troisième tension de détection étant supérieure à la deuxième tension de détection lorsque la première tension de détection dépasse une deuxième valeur prédéterminée ;
    o une troisième étape de comparaison de la deuxième tension de détection à la troisième tension de détection, et
    -31 o une quatrième étape de génération d’une tension de diagnostic (ASC_HS) en fonction du résultat de la comparaison précédente.
  10. 10. Procédé de diagnostic d’un pont de puissance (1) selon la revendication précédente comprenant en outre une cinquième étape de génération d’une commande d’ouverture du
    5 deuxième interrupteur lorsque la troisième tension de détection est supérieure à la deuxième tension de détection.
  11. 11. Procédé de diagnostic d’un pont de puissance (1) selon la revendication précédente dans lequel la commande d’ouvetureest une commande d’ouverture de tous les interrupteurs du pont ayant une borne de sortie de courant connectée électriquement à la borne de masse
    10 et une borne d’entrée de courant connectée électriquement à une phase de la machine électrique tournante.
  12. 12. Procédé de diagnostic d’un pont de puissance (1) selon l’une des revendications 9 à 11 comprenant en outre une sixième étape de génération d’une commande de fermeture de tous interrupteurs du pont ayant une borne d’entrée de courant connectée électriquement
  13. 15 à la borne d’alimentation (B+) et une borne de sortie de courant connectée électriquement à une phase de la machine électrique tournante.
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