FR3119280A1 - Circuit de commande de transistors de puissance d’un bras d’onduleur - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un circuit de commande (10) pour un premier interrupteur comprenant au moins un transistor (T1), le premier interrupteur étant agencé en série avec un deuxième interrupteur dans un bras d’onduleur d’un dispositif d’alimentation électrique destiné à alimenter une charge reliée au point milieu de l’agencement série du premier interrupteur et du deuxième interrupteur. Le circuit de commande (10) est configuré pour ajuster la tension grille-source de l’au moins un transistor du premier interrupteur selon un schéma de commande comprenant, lors d’une période de désactivation du premier interrupteur, l’augmentation de ladite tension grille-source dans une fenêtre temporelle incluant la désactivation du deuxième interrupteur et la diminution de ladite tension grille-source dans une fenêtre temporelle incluant l’activation du deuxième interrupteur. Figure pour l’abrégé : Figure 3

Description

Circuit de commande de transistors de puissance d’un bras d’onduleur
Le domaine de l’invention est celui des dispositifs d’alimentation de charges électriques, par exemple des équipements embarqués dans un aéronef. L’invention concerne plus particulièrement un circuit de commande pour un interrupteur d’un bras d’onduleur.
Un bras d’onduleur d’un dispositif d’alimentation d’une charge électrique est typiquement constitué d’un agencement série d’un premier interrupteur et d’un deuxième interrupteur dont le point milieu est reliée à la charge. Le premier interrupteur et le deuxième interrupteur forment ainsi un interrupteur côté haut du bras et un interrupteur côté bas du bras. Chaque interrupteur peut comprendre au moins un composant à semi-conducteur de puissance, par exemple un transistor à grand gap de type SiC ou GaN qui présente une tension seuil de grille plus faible que celle des composants à base de silicium.
Comme rapporté dans l’article de J. -S. N. TEU et T. -L. LE, "Reduction of the Crosstalk Conduction Effect of parallel GaN HEMTs in Half-Bridge," 2020 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), Detroit, MI, USA, 2020, pp. 3139-3144, doi: 10.1109/ECCE44975.2020.9235410, un tel bras d’onduleur est soumis à un phénomène de diaphonie (« crosstalk » en anglais) entre les interrupteurs côté haut et côté bas, phénomène qui est plus particulièrement marqué avec des composants à grand gap.
Si on regarde ce qui se passe au niveau d'un transistor de l'interrupteur côté haut et d'un transistor de l'interrupteur côté bas d'un bras d'onduleur : pendant la période d'amorçage du transistor côté bas, la capacité grille-drain du transistor côté haut est chargée, la variation de tension dV/dt élevée provoque un courant circulant à travers la boucle de grille entraînant une surtension positive sur la tension grille-source. Une fois la tension de seuil du transistor côté bas dépassée, ce transistor change d’état (il commute), et selon le signe de ce seuil, le composant semi-conducteur sera soit « amorcé » soit « bloqué ». Si la tension grille-source atteinte du fait de la surtension est supérieure à la tension de seuil du transistor côté haut, cela peut l'activer et conduire à un court-circuit du bras de l'onduleur, les deux interrupteurs côté haut et côté bas étant alors amorcés en même temps. Pendant la période de désactivation du transistor côté bas, la capacité grille-drain du composant côté haut est déchargée et le courant circulant à travers la boucle de grille produit une tension négative sur la grille. La tension négative peut être inférieure à la tension minimale autorisée pour la tension grille-source ce qui, de manière répétée, endommage et vieillit prématurément le composant.
On a représenté sur la figure 1 un exemple de ces phénomènes transitoires. La courbe supérieure représente la tension drain-source du transistor côté bas tandis que la courbe inférieure représente la tension grille-source du transistor côté bas Vgs L. On constate une surtension négative sur la tension grille-source du transistor côté bas Vgs Llors de la désactivation de l’interrupteur côté haut et une surtension positive sur la tension grille-source du transistor côté bas Vgs Llors de l’activation de l’interrupteur côté haut. La surtension négative est par exemple susceptible d’entraîner une tension grille-source de -9V là où la tension minimale autorisée est de l’ordre de -10V pour les composants à grand gap GaN par exemple. Cette tension minimale peut être dépassée lorsque plusieurs composants sont agencés en parallèle. La répétition d'un tel stress négatif endommage et vieillit prématurément les transistors. La surtension positive est quant à elle par exemple susceptible d’entraîner une tension grille-source de 1,7 V là où la tension de seuil d’un composant à base de GaN est comprise entre 1,2 et 1,5 V, d'où un risque de court-circuit du bras de l'onduleur par le passage du transistor côté haut à l'état passant.
On relèvera que ces phénomènes transitoires et leurs effets délétères sont exacerbés lorsque les interrupteurs sont formés de plusieurs transistors en parallèle.
Des solutions connues à ces phénomènes transitoires sont les suivantes.
Une première solution, proposée par exemple dans N. Idir, R. Bausiere, et J. J. Franchaud, « Active gate voltage control of turn-on di/dt and turn-off dv/dt in insulated gate transistors », IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 21, no 4, p. 849‑855, juill. 2006, doi: 10.1109/TPEL.2007.876895, consiste à augmenter la valeur de la résistance de grille placée entre la sortie du circuit de commande du transistor et la grille du transistor. Cette solution permet de réduire la vitesse de commutation exprimée en dV/dt et donc les surtensions non souhaitables sur la tension grille-source du transistor. Cependant, cette solution entraine une augmentation des pertes par commutation.
Une deuxième solution, proposée par exemple dans Z. Zhang, F. Wang, L. M. Tolbert, B. J. Blalock, et D. J. Costinett, « Active gate driver for fast switching and cross-talk suppression of SiC devices in a phase-leg configuration », in 2015 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2015, p. 774‑781, doi: 10.1109/APEC.2015.7104437, exploite un circuit de commande qui vient générer un troisième niveau de tension de commande permettant de limiter la surtension positive sur la tension de grille du transistor pendant le régime transitoire. Cette solution est limitée car elle n'adresse que le problème de surtension positive et ne permet donc qu’une résolution partielle du problème.
Une troisième solution, proposée par exemple dans E. Aeloiza, A. Kadavelugu, et R. Rodrigues, « Novel Bipolar Active Miller Clamp for Parallel SiC MOSFET Power Modules », in 2018 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2018, p. 401‑407, doi: 10.1109/ECCE.2018.8558216, consiste en l’ajout d’un circuit actif de clamp Miller composé d’un transistor, d’une résistance et d’un condensateur sur chaque transistor de l'interrupteur, permettant de réduire le niveau de la tension grille-source dans les phases transitoires. Ce circuit actif de clamp Miller n’est en pratique requis que sur l’un des interrupteurs du bras d’onduleur. Toutefois, il faut prévoir autant de circuits actifs de clamp que de transistors en parallèle formant l’interrupteur considéré.
L’invention a pour objectif de limiter, voire de supprimer, les effets de l’ensemble des phénomènes transitoires mentionnés précédemment sans requérir un circuit dédié à chaque transistor d’une pluralité de transistors agencés en parallèle pour former un interrupteur.
Elle propose à cet effet un circuit de commande pour un premier interrupteur comprenant au moins un transistor, le premier interrupteur étant agencé en série avec un deuxième interrupteur dans un bras d’onduleur d’un dispositif d’alimentation électrique destiné à alimenter une charge reliée au point milieu de l’agencement série du premier interrupteur et du deuxième interrupteur. Le circuit de commande est configuré pour ajuster la tension grille-source de l’au moins un transistor du premier interrupteur selon un schéma de commande comprenant, lors d’une période de désactivation du premier interrupteur, l’augmentation de ladite tension grille-source dans une fenêtre temporelle incluant la désactivation du deuxième interrupteur et la diminution de ladite tension grille-source dans une fenêtre temporelle incluant l’activation du deuxième interrupteur.
Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce circuit sont les suivants :
- il comprend trois premiers transistors sélectivement commandables pour appliquer l’une parmi trois tensions de grille à la grille de l’au moins un transistor et trois deuxièmes transistors sélectivement commandables pour appliquer l’une parmi trois tensions de source à la source de l’au moins un transistor ;
- les trois tensions de source comprennent une tension négative, une tension neutre et une première tension de régime transitoire et les trois tensions de grille comprennent une tension positive, la tension neutre et une deuxième tension de régime transitoire ;
- il comprend une unité de pilotage configurée pour commander les trois premiers transistors et les trois deuxièmes transistors de manière à ce que :
  • dans une période d’activation du premier interrupteur, la tension positive soit appliquée à la grille de l’au moins un transistor et la tension neutre soit appliquée à la source de l’au moins un transistor ;
  • dans la période de désactivation du premier interrupteur, en dehors de la fenêtre temporelle incluant la désactivation du deuxième interrupteur et de la fenêtre temporelle incluant l’activation du deuxième interrupteur, la tension neutre soit appliquée à la grille de l’au moins un transistor et la tension négative soit appliquée à la source de l’au moins un transistor ;
  • dans la fenêtre temporelle incluant la désactivation du deuxième interrupteur, la deuxième tension de régime transitoire soit appliquée à la grille de l’au moins un transistor et la tension neutre soit appliquée à la source de l’au moins un transistor ;
  • dans la fenêtre temporelle incluant l’activation du deuxième interrupteur, la deuxième tension de régime transitoire soit appliquée à la grille de l’au moins un transistor et la première tension de régime transitoire soit appliquée à la source de l’au moins un transistor ;
  • il comprend un bloc d’alimentation configuré pour délivrer la tension positive et la tension négative et, relié au bloc d’alimentation, un régulateur de tension configuré pour délivrer la première tension de régime transitoire et la deuxième tension de régime transitoire ;
  • le régulateur de tension est pilotable pour modifier l’une et/ou l’autre de la première tension de régime transitoire et la deuxième tension de régime transitoire ;
  • il est en outre configuré pour ajuster la tension grille-source de l’au moins un transistor du deuxième interrupteur selon un schéma de commande comprenant, lors d’une période de désactivation du deuxième interrupteur, l’augmentation de ladite tension grille-source dans une fenêtre temporelle incluant la désactivation du premier interrupteur et la diminution de ladite tension grille-source dans une fenêtre temporelle incluant l’activation du premier interrupteur.
D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
déjà discutée précédemment fournit un exemple des surtensions transitoires susceptibles d’apparaître du fait de la diaphonie entre les interrupteurs côté haut et côté bas d’un bras d’onduleur de l’état de l’art ;
est un schéma d’un bras d’onduleur équipé de circuits de commande selon l’invention ;
est un schéma d’un circuit de commande conforme à l’invention ;
représente des exemples de chronogrammes de la commande des différents transistors du circuit de commande de la ;
fournit un exemple des surtensions transitoires susceptibles d’apparaître du fait de la diaphonie entre les interrupteurs côté haut et côté bas d’un bras d’onduleur doté d’un circuit de commande selon l’invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION
La présente un bras d’onduleur d’un dispositif d’alimentation électrique destiné à alimenter une charge reliée au point milieu Pm d’un agencement série d’un premier interrupteur SW1 et d’un deuxième interrupteur SW2. Sur la , le premier interrupteur SW1 forme l’interrupteur côté bas du bras d’onduleur et le deuxième interrupteur SW2 forme l’interrupteur côté haut du bras d’onduleur.
Chacun de ces interrupteurs SW1, SW2 est piloté par un circuit de commande 10_1, 10_2 de type pilote de grille (« gate driver » en anglais). Chacun de ces circuits 10_1, 10_2 permet d’amplifier et d’adapter le niveau de tension de grille-source du ou des transistors composant l’interrupteur correspondant SW1, SW2 pour commander l’ouverture et la fermeture de l’interrupteur à fréquence donnée, au moyen d’une commande de tension de grille Comd_G1, Comd_G2 et d’une commande de tension de source Comd_S1, Comd_S2. Ensemble, ces circuits 10_1, 10_2 forment un circuit de commande des interrupteurs haut et bas du bras d’onduleur.
Les premier et deuxième interrupteurs SW1 et SW2 sont par exemple des interrupteurs à transistors semi-conducteurs grand gap à base de SiC ou de GaN. Pour les applications à haute puissance, les transistors en parallèle sont utilisés afin d’obtenir la puissance souhaitée.
En référence à la , l’invention porte sur un circuit de commande 10 pour un premier interrupteur, par exemple l’interrupteur SW1. Ce premier interrupteur comprend au moins un transistor qui comporte un drain D, une source S et une grille G. On prendra dans ce qui suit l’exemple d’un premier interrupteur composé de plusieurs transistors en parallèle, par exemple deux transistors T1, T2 agencés en parallèle, dont les drains, les sources et les grilles sont respectivement au même potentiel. Similairement, le deuxième interrupteur comprend au moins un transistor, par exemple plusieurs transistors en parallèle.
Selon l’invention, le circuit de commande 10 est non seulement en charge de commander l’ouverture et la fermeture du premier interrupteur SW1 à fréquence donnée mais est en outre configuré pour réduire les stress transitoires sur les grilles des transistors du premier interrupteur SW1, ce qui permet d’améliorer la fiabilité du dispositif d’alimentation électrique. Le circuit de commande 10 est plus particulièrement configuré pour permettre un ajustement de la tension grille-source des transistors du premier interrupteur de manière opportune au moyen d’une commande de tension de grille Comd_G et d’une commande de tension de source Comd_S.
Comme le phénomène de diaphonie apparait sur la tension grille-source des deux interrupteurs SW1 et SW2, un ajustement similaire est mis en œuvre pour réguler la tension grille-source de transistor dans le deuxième interrupteur SW2 afin d’y réduire les stress transitoires. Cette régulation est réalisée conformément à un schéma de commande sensiblement en opposition de phase à celui venant réguler la tension grille-source de transistor dans le premier interrupteur. Cette régulation, réalisée selon les mêmes principes, peut être mise en œuvre par un circuit de commande dédié identique au circuit 10 ou, de préférence, par le même circuit 10 chargé ainsi de réguler à la fois le premier et le deuxième interrupteur.
Plus précisément, le circuit de commande 10 est configuré pour ajuster la tension grille-source des transistors du premier interrupteur selon un schéma de commande comprenant, lors d’une période de désactivation du premier interrupteur, l’augmentation de ladite tension grille-source dans une fenêtre temporelle incluant la désactivation du deuxième interrupteur et la diminution de ladite tension grille-source dans une fenêtre temporelle incluant l’activation du deuxième interrupteur.
Similairement, le circuit de commande 10 peut être configuré pour ajuster la tension grille-source du ou des transistors du deuxième interrupteur selon un schéma de commande comprenant, lors d’une période de désactivation du deuxième interrupteur, l’augmentation de ladite tension grille-source dans une fenêtre temporelle incluant la désactivation du premier interrupteur et la diminution de ladite tension grille-source dans une fenêtre temporelle incluant l’activation du premier interrupteur.
La description qui suit prend l’exemple de l’ajustement de la tension grille-source de transistor dans le premier interrupteur SW1, étant rappelé que l’ajustement de la tension grille-source de transistor dans le deuxième interrupteur SW2 est réalisée selon les mêmes principes, de préférence par le même circuit 10.
En venant augmenter la tension grille-source de transistor dans le premier interrupteur SW1 dans la fenêtre temporelle incluant la désactivation du deuxième interrupteur SW2, l’excursion négative de la tension grille-source dans le premier interrupteur du fait de la surtension négative transitoire apparaissant à la désactivation du deuxième interrupteur est de moindre ampleur. Le circuit de commande 10 permet donc d’éviter que la tension grille-source dans le premier interrupteur passe sous la tension minimale autorisée. Le risque d’endommagement des transistors du premier interrupteur est ainsi réduit.
Par ailleurs, en venant diminuer la tension grille-source dans le premier interrupteur dans une fenêtre temporelle incluant l’activation du deuxième interrupteur, l’excursion positive de la tension grille-source dans le premier interrupteur du fait de la surtension positive transitoire apparaissant à l’activation du deuxième interrupteur est de moindre ampleur. Le circuit de commande 10 permet donc d’éviter que la tension grille-source dans le premier interrupteur dépasse la tension de seuil. Le risque d’apparition d’un courant de court-circuit est donc réduit.
Le circuit de commande 10 peut comprendre trois premiers transistors S1, S2 et S6 sélectivement commandables via des commandes respectives Comd_S1, Comd_S2 et Comd_S6 pour appliquer l’une parmi trois tensions de grille à la grille des transistors du premier interrupteur et trois deuxièmes transistors S3, S4 et S5 sélectivement commandables via des commandes respectives Comd_S3, Comd_S4 et Comd_S5 pour appliquer l’une parmi trois tensions de source à la source des transistors du premier interrupteur.
Les transistors S1-S6 sont des transistors à faible courant dits de signal. Ils sont référencés à différents potentiels de tension. Ainsi les trois tensions de source comprennent une tension négative N à laquelle est référencé le transistor S3, une tension neutre Gnd à laquelle est référencé le transistor S4 et une première tension de régime transitoire MC1 à laquelle est référencé le transistor S5. Les trois tensions de grille comprennent quant à elles une tension positive P à laquelle est référencé le transistor S1, la tension neutre Gnd à laquelle est référencé le transistor S2 et une deuxième tension de régime transitoire MC2 à laquelle est référencé le transistor S6.
Le circuit de commande 10 comprend en outre une unité de pilotage 20 configurée pour commander les trois premiers transistors S1, S2 et S6 et les trois deuxièmes transistors S3, S4 et S5 en leur délivrant les commandes respectives Comd_S1, Comd_S2 et Comd_S6 d’une part et Comd_S3, Comd_S4 et Comd_S5 d’autre part.
La représente des chronogrammes de ces différentes commandes conformes à l'invention qui permettent de contrôler la tension grille-source VgsL des transistors du premier interrupteur (en traits pleins) et la tension grille-source VgsH des transistors du deuxième interrupteur (en traits pointillés) en fonction de la séquence d'activation/désactivation des premier et deuxième interrupteurs du bras d'onduleur. Il en ressort que l’unité de pilotage 20 commande les transistors S1-S6 du circuit de commande 10 de la comme suit.
Dans la période d’activation du premier interrupteur SW1, la tension positive P est appliquée à la grille des transistors du premier interrupteur et la tension neutre Gnd est appliquée à la source des transistors du premier interrupteur. Les transistors S1 et S4 sont pour cela passants, les autres étant bloqués, entre t4et t5.
Dans la période de désactivation du premier interrupteur SW1, en dehors de la fenêtre temporelle incluant la désactivation du deuxième interrupteur SW2 et de la fenêtre temporelle incluant l’activation du deuxième interrupteur, la tension neutre Gnd est appliquée à la grille des transistors du premier interrupteur et la tension négative N est appliquée à la source des transistors du premier interrupteur. Les transistors S2 et S3 sont pour cela passants, les autres étant bloqués, avant t1, entre t3et t4, entre t5et t6et après t8.
Dans la fenêtre temporelle incluant la désactivation du deuxième interrupteur, la deuxième tension de régime transitoire MC2 est appliquée à la grille des transistors du premier interrupteur et la tension neutre Gnd est appliquée à la source du premier interrupteur. Les transistors S4 et S6 sont pour cela passants, les autres étant bloqués, entre t1et t3. La tension grille-source des transistors du premier interrupteur est ainsi rehaussée entre t1et t3, permettant de limiter l’excursion en négatif de cette tension lorsque survient la surtension négative causée par la désactivation à l’instant t2du deuxième interrupteur. On choisit donc la tension MC2 supérieure à la tension négative N et de préférence telle que, la tension grille source dans le premier interrupteur étant portée à MC2-Gnd, la surtension négative transitoire ne conduit pas cette tension grille-source en dessous de la tension minimale autorisée. En pratique, la valeur de la deuxième tension de régime transitoire MC2 peut correspondre à celle de la tension neutre Gnd, ce choix étant avantageux car le niveau Gnd est déjà disponible et qu’il n’est donc pas nécessaire de générer un niveau de référence de tension spécifique pour le transistor S6.
Dans la fenêtre temporelle incluant l’activation du deuxième interrupteur, la deuxième tension de régime transitoire MC2 est appliquée à la grille des transistors du premier interrupteur et la première tension de régime transitoire MC1 est appliquée à la source des transistors du premier interrupteur. Les transistors S5 et S6 sont pour cela commandés à l'état passant, les autres à l'état bloqué, entre t6et t8. La tension grille-source dans le premier interrupteur est ainsi abaissée entre t6et t8, venant limiter l’excursion en positif de cette tension lorsque survient la surtension positive causée par l’activation du deuxième interrupteur à l’instant t7. On choisit en pratique les tensions MC1 et MC2 telles que la différence MC2-MC1 soit inférieure à la tension négative N et de préférence telles que lorsque la tension grille source dans le premier interrupteur est portée à MC2-MC1, la surtension positive transitoire ne conduit pas cette tension grille-source au-dessus de la tension seuil Vth, tension de seuil qui dépend de la technologie des transistors utilisés pour réaliser l'interrupteur. Dans un exemple, la deuxième tension de régime transitoire MC2 correspond avantageusement à la tension neutre Gnd et l’amplitude de la première tension de régime transitoire MC1 est supérieure à celle de la tension négative N. La tension MC1 est limitée par la tension négative applicable sur la grille du transistor qui dépend de la technologie de transistor.
Comme représenté sur la , le circuit de commande 10 peut en outre comprendre un bloc d’alimentation 30 qui réalise typiquement une alimentation électrique isolée du circuit de commande. Le bloc d’alimentation est alimenté par une tension d’alimentation Valim et est configuré pour délivrer la tension positive P et la tension négative N. Le circuit de commande peut en outre comprendre un régulateur de tension 40 relié au bloc d’alimentation 30 et configuré pour délivrer la première tension de régime transitoire MC1 et la deuxième tension de régime transitoire MC2 à partir de la tension d’alimentation Valim. La première tension de régime transitoire MC1 et la deuxième tension de régime transitoire MC2 peuvent être ajustées ou modifiées en venant piloter le régulateur de tension 40 par un signal de commande Comd_reg délivré par l’unité de pilotage 20.
Le circuit de commande 10 selon l’invention est particulièrement simple de conception, ne nécessitant qu’une simple commande de six transistors de signal référencés à différents potentiels de tensions issus du bloc d’alimentation isolée Il est en outre peu coûteux en nombre de composants supplémentaires à intégrer, le même circuit commandant simultanément tous les transistors en parallèle de l'interrupteur concerné.
On a également pu vérifier l'efficacité d’un circuit de commande 10 selon l’invention, comme illustré sur la pour limiter les surtensions transitoires susceptibles d’apparaître du fait de la diaphonie entre les interrupteurs côté haut (tension grille-source VgsH) et côté bas (tension grille-source VgsL) d’un bras d’onduleur doté de 2 transistors GaN en parallèle par interrupteur. Dans cet exemple, la tension positive P est de 6V, la tension négative N est de -3 V, la première tension de régime transitoire MC1 est de 5 V, la deuxième tension de régime transitoire MC2 et la tension neutre sont de 0 V. Par comparaison avec la , on constate que la tension de pic en négatif est passée de -9V à -5V ce qui limite le stress sur la grille de commande. On constate par ailleurs que la tension de pic en positif est réduite à 0,6V alors qu’elle était de 1,7 V, soit supérieure à la tension de seuil, sur la , ce qui limite la diaphonie.
L’invention n’est pas limitée au circuit de commande précédemment décrit mais s’étend également au procédé de commande mis en œuvre par ce circuit ainsi qu’à un programme d’ordinateur comprenant des instructions pour la mise en œuvre de ce procédé. L’invention s’étend également à un dispositif d’alimentation destiné à alimenter une charge reliée au point milieu d’un agencement série d’un premier interrupteur et d’un deuxième interrupteur dans un bras d’onduleur, ledit dispositif comprenant le circuit de commande précédemment décrit. Dans ce dispositif d’alimentation électrique, en fonction du niveau de puissance de l'application, le premier interrupteur peut comprendre un transistor ou bien une pluralité de transistors en parallèle dont les tensions grille-source sont pilotées par le circuit de commande précédemment décrit. L’invention s’étend également à un aéronef équipé d’un tel dispositif d’alimentation.

Claims (13)

  1. Circuit de commande (10) pour un premier interrupteur (SW1) comprenant au moins un transistor (T1, T2), le premier interrupteur (SW1) étant agencé en série avec un deuxième interrupteur (SW2) dans un bras d’onduleur d’un dispositif d’alimentation électrique destiné à alimenter une charge reliée au point milieu de l’agencement série du premier interrupteur et du deuxième interrupteur,
    caractérisé en ce que le circuit de commande (10) est configuré pour ajuster la tension grille-source de l’au moins un transistor du premier interrupteur (SW1) selon un schéma de commande comprenant, lors d’une période de désactivation du premier interrupteur, l’augmentation de ladite tension grille-source dans une fenêtre temporelle incluant la désactivation du deuxième interrupteur et la diminution de ladite tension grille-source dans une fenêtre temporelle incluant l’activation du deuxième interrupteur.
  2. Circuit de commande selon la revendication 1, comprenant trois premiers transistors (S1, S2, S6) sélectivement commandables pour appliquer l’une parmi trois tensions de grille à la grille de l’au moins un transistor et trois deuxièmes transistors (S3, S4, S5) sélectivement commandables pour appliquer l’une parmi trois tensions de source à la source de l’au moins un transistor.
  3. Circuit de commande selon la revendication 2, dans lequel les trois tensions de source comprennent une tension négative (N), une tension neutre (Gnd) et une première tension de régime transitoire (MC1) et dans lequel les trois tensions de grille comprennent une tension positive (P), la tension neutre (Gnd) et une deuxième tension de régime transitoire (MC2).
  4. Circuit de commande selon la revendication 3, comprenant en outre une unité de pilotage (20) configurée pour commander les trois premiers transistors et les trois deuxièmes transistors de manière à ce que :
    - dans une période d’activation du premier interrupteur, la tension positive (P) soit appliquée à la grille de l’au moins un transistor et la tension neutre (Gnd) soit appliquée à la source de l’au moins un transistor ;
    - dans la période de désactivation du premier interrupteur, en dehors de la fenêtre temporelle incluant la désactivation du deuxième interrupteur et de la fenêtre temporelle incluant l’activation du deuxième interrupteur, la tension neutre (Gnd) soit appliquée à la grille de l’au moins un transistor et la tension négative (N) soit appliquée à la source de l’au moins un transistor ;
    - dans la fenêtre temporelle incluant la désactivation du deuxième interrupteur, la deuxième tension de régime transitoire (MC2) soit appliquée à la grille de l’au moins un transistor et la tension neutre (Gnd) soit appliquée à la source de l’au moins un transistor ;
    - dans la fenêtre temporelle incluant l’activation du deuxième interrupteur, la deuxième tension de régime transitoire (MC2) soit appliquée à la grille de l’au moins un transistor et la première tension de régime transitoire (MC1) soit appliquée à la source de l’au moins un transistor.
  5. Circuit de commande selon l’une des revendications 3 et 4, comprenant un bloc d’alimentation (30) configuré pour délivrer la tension positive (P) et la tension négative (N) et, relié au bloc d’alimentation, un régulateur de tension (40) configuré pour délivrer la première tension de régime transitoire (MC1) et la deuxième tension de régime transitoire (MC2).
  6. Circuit de commande selon la revendication 5, dans lequel le régulateur de tension est pilotable pour modifier l’une et/ou l’autre de la première tension de régime transitoire (MC1) et la deuxième tension de régime transitoire (MC2).
  7. Circuit de commande selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il est en outre configuré pour ajuster la tension grille-source de l’au moins un transistor du deuxième interrupteur (SW2) selon un schéma de commande comprenant, lors d’une période de désactivation du deuxième interrupteur, l’augmentation de ladite tension grille-source dans une fenêtre temporelle incluant la désactivation du premier interrupteur et la diminution de ladite tension grille-source dans une fenêtre temporelle incluant l’activation du premier interrupteur.
  8. Dispositif d’alimentation électrique destiné à alimenter une charge reliée au point milieu d’un agencement série d’un premier interrupteur et d’un deuxième interrupteur dans un bras d’onduleur, caractérisé en ce qu’il comprend un circuit de commande (10) du premier interrupteur selon l’une des revendications 1 à 7.
  9. Dispositif d’alimentation électrique selon la revendication 8, dans lequel le premier interrupteur comprend une pluralité de transistors en parallèle (T1, T2).
  10. Dispositif d’alimentation à électrique selon la revendication 8, dans lequel les premier et deuxième interrupteurs sont à base de transistors à grand gap, de type SiC ou GaN.
  11. Aéronef comprenant une charge et un dispositif d’alimentation électrique selon l’une des revendications 8 à 10 pour alimenter la charge.
  12. Procédé de commande d’un premier interrupteur (SW1) comprenant au moins un transistor (T1, T2), le premier interrupteur (SW1) étant agencé en série avec un deuxième interrupteur (SW2) dans un bras d’onduleur d’un dispositif d’alimentation électrique destiné à alimenter une charge reliée au point milieu de l’agencement série du premier interrupteur et du deuxième interrupteur,
    caractérisé en ce qu’il comprend un ajustement la tension grille-source de l’au moins un transistor du premier interrupteur (SW1) selon un schéma de commande comportant, lors d’une période de désactivation du premier interrupteur, l’augmentation de ladite tension grille-source dans une fenêtre temporelle incluant la désactivation du deuxième interrupteur et la diminution de ladite tension grille-source dans une fenêtre temporelle incluant l’activation du deuxième interrupteur.
  13. Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé selon la revendication 12.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060087300A1 (en) * 2004-10-25 2006-04-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
US10218258B1 (en) * 2018-01-09 2019-02-26 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Apparatus and method for driving a power stage
US20200321959A1 (en) * 2017-04-21 2020-10-08 Ford Global Technologies, Llc Minimizing ringing in wide band gap semiconductor devices

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6841971B1 (en) * 2002-05-29 2005-01-11 Alpha Technologies, Inc. Charge balancing systems and methods
US7990070B2 (en) * 2009-06-05 2011-08-02 Louis Robert Nerone LED power source and DC-DC converter
WO2011026047A1 (fr) * 2009-08-28 2011-03-03 Green Plug Alimentation électrique à haute et basse puissance, avec fonctions d'économie d'énergie en veille
TW201424222A (zh) * 2012-12-14 2014-06-16 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 供電控制裝置
WO2015000156A1 (fr) * 2013-07-04 2015-01-08 Nokia Corporation Appareil et procédé dans un appareil
JP2016046958A (ja) * 2014-08-25 2016-04-04 株式会社安川電機 マトリクスコンバータ、マトリクスコンバータの制御装置およびマトリクスコンバータの制御方法
EP3316463A1 (fr) * 2016-10-27 2018-05-02 Siemens Aktiengesellschaft Modification d'un état de commutation d'un demi-pont de commutation
FR3079089B1 (fr) * 2018-03-16 2021-04-09 Safran Electrical & Power Procede de commande d'un onduleur
US11545811B2 (en) * 2019-10-02 2023-01-03 Analog Devices International Unlimited Company Laser driver designs to reduce or eliminate fault laser firing

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060087300A1 (en) * 2004-10-25 2006-04-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
US20200321959A1 (en) * 2017-04-21 2020-10-08 Ford Global Technologies, Llc Minimizing ringing in wide band gap semiconductor devices
US10218258B1 (en) * 2018-01-09 2019-02-26 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Apparatus and method for driving a power stage

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
E. AELOIZAA. KADAVELUGUR. RODRIGUES: "Novel Bipolar Active Miller Clamp for Parallel SiC MOSFET Power Modules", 2018 IEEE ENERGY CONVERSION CONGRESS AND EXPOSITION (ECCE, 2018, pages 401 - 407, XP033464258, DOI: 10.1109/ECCE.2018.8558216
J. -S. N. TEUT. -L. LE: "Reduction of the Crosstalk Conduction Effect of parallel GaN HEMTs in Half-Bridge", 2020 IEEE ENERGY CONVERSION CONGRESS AND EXPOSITION (ECCE, 2020, pages 3139 - 3144, XP033850538, DOI: 10.1109/ECCE44975.2020.9235410
N. IDIRR. BAUSIEREJ. J. FRANCHAUD: "Active gate voltage control of turn-on di/dt and turn-off dv/dt in insulated gate transistors", IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, vol. 21, no. 4, July 2006 (2006-07-01), pages 849 - 855, XP011642761, DOI: 10.1109/TPEL.2007.876895
Z. ZHANGF. WANGL. M. TOLBERTB. J. BLALOCKD. J. COSTINETT: "Active gate driver for fast switching and cross-talk suppression of SiC devices in a phase-leg configuration", 2015 IEEE APPLIED POWER ELECTRONICS CONFÉRENCE AND EXPOSITION (APEC, 2015, pages 774 - 781, XP032775372, DOI: 10.1109/APEC.2015.7104437

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