FR3131132A1 - STARTING CONTROL DEVICE FOR A PEAK CURRENT CONTROL CONVERTER. - Google Patents
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Abstract
Dispositif de contrôle de démarrage pour un convertisseur contrôlé en courant crête, le dispositif étant configuré pour limiter le courant de démarrage et comprenant : un transistor à effet de champ à grille isolée (MOFSET) comprenant une source (S), un drain (D) et une grille (G) ;une résistance de mesure courant (Rshunt_2) connectée entre la source (S) et le drain (D) ; un condensateur de réglage disposé entre la grille (G) et la masse ; et une résistance de réglage (Rtime) connectée à la grille (G) et recevant une tension de commande (Cmde) synchronisée sur un signal (PWM) de modulation de largeur d'impulsion convertisseur contrôlé en courant crête. Figures pour l’abrégé : [Fig.2]A start control device for a peak current controlled converter, the device being configured to limit the start current and comprising: an insulated gate field effect transistor (MOFSET) comprising a source (S), a drain (D) and a gate (G); a current measurement resistor (Rshunt_2) connected between the source (S) and the drain (D); a trim capacitor disposed between the gate (G) and ground; and an adjustment resistor (Rtime) connected to the gate (G) and receiving a control voltage (Cmde) synchronized on a signal (PWM) of pulse width modulation converter controlled in peak current. Figures for the abstract: [Fig.2]
Description
L’invention concerne un dispositif de contrôle de démarrage pour un convertisseur contrôlé (par exemple alimentation à découpage) en courant crête (ou qui découlent du même principe, c’est-à-dire une mesure du courant qui sert d’onde modulante en lieu et place de signal triangulaire ou en dents de scie du traditionnel contrôle en tension) par un contrôleur du commerce sur lequel le réglage de la limitation de courant est externe.The invention relates to a starting control device for a converter controlled (for example switching power supply) in peak current (or which derive from the same principle, that is to say a measurement of the current which serves as a modulating wave in instead of the triangular or sawtooth signal of the traditional voltage control) by a commercial controller on which the current limit setting is external.
Le début de démarrage d’un convertisseur équipé d’un contrôleur du commerce est quasi-systématiquement non contrôlé, conséquence du temps d’initialisation de la fonction de démarrage doux ou "Soft-Start" en langue anglaise. Cette lacune engendre un courant d’appel non maîtrisé.The start of a converter equipped with a commercial controller is almost systematically uncontrolled, as a result of the initialization time of the soft start function or "Soft-Start" in English. This shortcoming generates an uncontrolled inrush current.
Il est connu des travaux traitant des convertisseurs à commande numérique qui, par nature, ne présentent pas ces caractéristiques de non maîtrise du courant dans la phase initiale de démarrage.Works dealing with digitally controlled converters are known which, by nature, do not have these characteristics of non-control of the current in the initial start-up phase.
Le convertisseur 2 est alimenté par une source 1, et alimente une charge 3.Converter 2 is supplied by a source 1, and supplies a load 3.
Le convertisseur 2 comprend un filtre d'entrée FE qui permet d’assurer les performances d’émission et de susceptibilité vis-à-vis de la source 1.Converter 2 includes an input filter FE which ensures emission and susceptibility performance with respect to source 1.
Le convertisseur 2 comprend un module interrupteur MI comprenant des interrupteurs de puissance pour assurer la conversion d’énergie (sur la base du principe des alimentations à découpage).The converter 2 comprises a switch module MI comprising power switches to ensure energy conversion (based on the principle of switched-mode power supplies).
Le convertisseur 2 comprend un module de boucle de tension BT et un module boucle de courant BC qui permettent de réaliser la comparaison puis la génération de la modulation de largeur d'impulsion par un module MLI.The converter 2 comprises a voltage loop module BT and a current loop module BC which make it possible to carry out the comparison then the generation of the pulse width modulation by a PWM module.
Le convertisseur 2 comprend un module de démarrage doux ou "soft-start" DD pour démarrer proprement, i.e. démarrer de façon monotone et en maîtrisant le courant d’appel.Converter 2 includes a soft start module or "soft-start" DD to start properly, i.e. start monotonously and controlling the inrush current.
Sur l'exemple de la
Le module interrupteur MI comprend un inverseur INV, et deux transistor à effet de champ à grille isolée M_T, M_B.The switch module MI comprises an inverter INV, and two insulated-gate field-effect transistors M_T, M_B.
Le module MLI de génération de la modulation de largeur d'impulsion comprend un comparateur C et une bascule RS A2, et le module de démarrage doux DD comprend un interrupteur Sss, un condensateur Css et une source Source_I.The pulse-width modulation generation module PWM comprises a comparator C and an RS flip-flop A2, and the soft-start module DD comprises a switch Sss, a capacitor Css and a source Source_I.
Le module boucle de tension BT comprend une source Vref, un interrupteur Sref, deux impédances Z1 et Z2, et un correcteur PI, et le module boucle de courant BC comprend une résistance de shunt Rshunt ou résistance de mesure de courant et un gain GI.The voltage loop module BT includes a source Vref, a switch Sref, two impedances Z1 and Z2, and a corrector PI, and the current loop module BC includes a shunt resistor Rshunt or current measurement resistor and a gain GI.
Au démarrage, l’interrupteur Sss, du module de démarrage doux DD, est fermé. La tension de sortie du convertisseur 2 suit l'image de la tension du point Ref qui évolue selon une rampe produite par le couple Source_I et Css. Lorsque la rampe atteint une tension voisine de la tension de référence Vref correspondant à l'image du niveau de tension de sortie (après le filtre FS) du régime permanent du convertisseur 2, l’interrupteur Sss s’ouvre et l’interrupteur Sref se ferme. Le système passe en régime permanent, le signal PWM, correspondant au signal de modulation de largeur d'impulsion varie afin d’obtenir VFB=Vref, avec VFB représentant la tension en entrée du comparateur PI du module de boucle de tension BT.On starting, the Sss switch of the DD soft start module is closed. The output voltage of converter 2 follows the image of the voltage of point Ref which evolves according to a ramp produced by the pair Source_I and Css. When the ramp reaches a voltage close to the reference voltage Vref corresponding to the image of the output voltage level (after the filter FS) of the steady state of the converter 2, the switch Sss opens and the switch Sref closes. farm. The system switches to steady state, the PWM signal, corresponding to the pulse width modulation signal, varies in order to obtain VFB=Vref, with VFB representing the input voltage of the PI comparator of the LV voltage loop module.
Les contrôleurs analogiques actuels ne permettent pas de satisfaire pleinement le contrôle du courant de démarrage.Current analog controllers do not fully satisfy starting current control.
Quasi-systématiquement, pour les convertisseurs analogiques actuels du commerce, le début du démarrage n’est pas maîtrisé. Les conditions initiales du convertisseur ne sont pas satisfaisantes (effet intégrateur du correcteur).Ce temps d’initialisation engendre un appel de courant malgré le module de démarrage doux DD existant. Dans une moindre mesure, la transition entre le démarrage et le régime permanent peut engendrer un saut de courantAlmost systematically, for current analogue converters on the market, the start of starting is not controlled. The initial conditions of the converter are not satisfactory (integrating effect of the corrector). This initialization time generates a current inrush despite the existing DD soft start module. To a lesser extent, the transition between starting and steady state can cause a current jump
Un but de l'invention est de pallier les problèmes précédemment cités, et notamment de maîtriser le courant d'appel lors du démarrage d'un convertisseur contrôlé en mesure de courant servant d’onde modulante.An object of the invention is to overcome the problems mentioned above, and in particular to control the inrush current when starting a converter controlled by current measurement serving as a modulating wave.
Il est proposé, selon un aspect de l'invention, un dispositif de limitation de courant de démarrage pour convertisseur contrôlé en mesure de courant servant d’onde modulante par réglage externe de limitation de courant, le dispositif comprenant :
- un transistor à effet de champ à grille isolée comprenant une source, un drain et une grille ;
- une résistance de mesure de courant connectée entre la source et le drain ;
- un condensateur de réglage disposé entre la grille et la masse ; et
- une résistance de réglage connectée à la grille et recevant une tension de commande synchronisée sur un signal de modulation de largeur d'impulsion du convertisseur contrôlé en mesure de courant qui sert d’onde modulante.
- an insulated gate field effect transistor comprising a source, a drain and a gate;
- a current-measuring resistor connected between the source and the drain;
- a trim capacitor disposed between the gate and ground; And
- a trimming resistor connected to the gate and receiving a control voltage synchronized to a pulse width modulation signal from the current-controlled converter which serves as a modulating wave.
Selon un mode de réalisation, le dispositif est configuré pour fonctionner en deux phases:
- une première phase correspondant au démarrage du convertisseur, durant laquelle la résistance interne du transistor décroit linéairement jusqu'à une valeur de saturation ;
- une deuxième phase correspondant au fonctionnement du convertisseur durant laquelle le transistor est saturé.
- a first phase corresponding to the starting of the converter, during which the internal resistance of the transistor decreases linearly to a saturation value;
- a second phase corresponding to the operation of the converter during which the transistor is saturated.
Il est également proposé, selon un autre aspect de l'invention, un convertisseur contrôlé en mesure de courant servant d’onde modulante comprenant :
- un module filtre d'entrée ;
- un module interrupteur ;
- un module boucle de courant connectée à un dispositif selon l'une des revendications précédentes ;
- un module boucle de tension ;
- un module de modulation de largeur d'impulsion ;
- un module de démarrage doux ; et
- un module filtre de sortie.
- an input filter module;
- a switch module;
- a current loop module connected to a device according to one of the preceding claims;
- a voltage loop module;
- a pulse width modulation module;
- a soft start module; And
- an output filter module.
Par exemple, le convertisseur configuré pour être contrôlé en mode courant crête.For example, the converter configured to be controlled in peak current mode.
Il est également proposé, selon un autre aspect de l'invention, une alimentation à découpage comprenant un convertisseur tel que précédemment décrit.There is also proposed, according to another aspect of the invention, a switching power supply comprising a converter as previously described.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels les figures:The invention will be better understood on studying a few embodiments described by way of non-limiting examples and illustrated by the appended drawings in which the figures:
Sur l'ensemble des figures, les éléments ayant des références identiques sont similaires.In all of the figures, the elements having identical references are similar.
La
Le dispositif comprend un transistor à effet de champ à grille isolée MOFSET comprenant une source S, un drain D et une grille G ;
- une résistance de mesure de courant Rshunt_2 connectée entre la source S et le drain D ;
- un condensateur de réglage Ctime disposé entre la grille G et la masse ; et
- une résistance de réglage Rtime connectée à la grille G et recevant une tension de commande Cmde synchronisée sur un signal PWM de modulation de largeur d'impulsion du convertisseur contrôlé en mesure de courant qui sert d’onde modulante.
- a current measuring resistor Rshunt_2 connected between source S and drain D;
- an adjustment capacitor Ctime arranged between the gate G and ground; And
- an adjustment resistor Rtime connected to the gate G and receiving a control voltage Cmde synchronized on a pulse width modulation PWM signal from the converter controlled in current measurement which serves as a modulating wave.
Le principe repose sur le fonctionnement linéaire du MOSFET. On agit sur le gain de la mesure courant (résistance variable Rvariable2).The principle is based on the linear operation of the MOSFET. We act on the gain of the current measurement (variable resistor Rvariable2).
Durant une première phase, à t=0, le transistor à effet de champ à grille isolée MOFSET est commandé lentement et de façon synchrone au signal PWM (c’est la constante de temps du couple résistance/condensateur qui permet de régler plus ou moins lentement le temps de décroissance de la résistance Rvariable2 du transistor MOSFET et donc le temps du fonctionnement linéaire. Le choix du binôme Rtime/-Ctime permet de régler le temps que l’on souhaite pour limiter le courant de démarrage. Ce réglage permet de contrôler l’évolution du signal Vgs(tension de commande entre grille G et source S du transistor MOSFET). Sa résistance interne Rvariable2 décroît linéairement jusqu’à sa valeur de saturation (Rvariable2_sat << Rshunt_2).During a first phase, at t=0, the insulated-gate field-effect transistor MOFSET is controlled slowly and synchronously with the PWM signal (it is the time constant of the resistor/capacitor couple which makes it possible to adjust more or less the decrease time of the resistance Rvariable2 of the MOSFET transistor and therefore the time of linear operation. The choice of the binomial Rtime/-Ctime makes it possible to adjust the time that one wishes to limit the starting current. This adjustment makes it possible to control the evolution of the signal V gs (control voltage between gate G and source S of the MOSFET transistor) Its internal resistance Rvariable2 decreases linearly to its saturation value (Rvariable2_sat << Rshunt_2).
Durant une deuxième phase, le transistor MOFSET est saturé, la résistance de dérivation Rshunt_2 est quasiment court-circuitée, et la mesure courant est régie par la résistance de shunt ou de mesure de courant Rshunt, du module boucle de courant BC, qui permet d’assurer les pleines performances du convertisseur.During a second phase, the MOFSET transistor is saturated, the shunt resistor Rshunt_2 is almost short-circuited, and the current measurement is governed by the shunt or current measurement resistor Rshunt, of the current loop module BC, which makes it possible to ensure the full performance of the converter.
Cette solution est indépendante des constantes de temps du montage car le signal de synchronisation est le signal de PWM.This solution is independent of the time constants of the circuit because the synchronization signal is the PWM signal.
La
La
La
En comparaison, la
La
Comme représenté sur la
Comme représenté en
- en phase 0 : retard (1.3ms dans cette exemple) dû à la tension de seuil VGS(th) du transistor MOSFET. Ce retard n’a pas d’incidence sur le fonctionnement.
- en phase 1 : fonctionnement en linéaire du transistor MOSFET. La résistance équivalente au niveau de Rshunt_2 décroît ce qui permet d’augmenter le réglage de la limitation de courant.
- en phases 2 et 3 : le transistor MOSFET est saturé. Le réglage de la limitation de courant devient fixe et permet de fournir le courant nécessaire à la charge (suite du démarrage et régime permanent).As depicted in
- in phase 0: delay (1.3ms in this example) due to the threshold voltage VGS(th) of the MOSFET transistor. This delay does not affect operation.
- in phase 1: linear operation of the MOSFET transistor. The equivalent resistance at Rshunt_2 decreases allowing the current limit setting to be increased.
- in phases 2 and 3: the MOSFET transistor is saturated. The current limit setting becomes fixed and is used to supply the current required for the load (following start-up and steady state).
La solution permet de surmonter le problème d’initialisation de la plupart des contrôleurs analogiques du commerce afin de contrôler sans compromis l’amplitude des courants dans le convertisseur et plus précisément le courant d’entrée sur lequel il y a des contraintes importantes.The solution makes it possible to overcome the initialization problem of most analog controllers on the market in order to control without compromise the amplitude of the currents in the converter and more precisely the input current on which there are significant constraints.
Claims (5)
- un transistor à effet de champ à grille isolée (MOFSET) comprenant une source (S), un drain (D) et une grille (G) ;
- une résistance de mesure de courant (Rshunt_2) connectée entre la source (S) et le drain (D) ;
- un condensateur de réglage (Ctime) disposé entre la grille (G) et la masse ; et
- une résistance de réglage (Rtime) connectée à la grille (G) et recevant une tension de commande (Cmde) synchronisée sur un signal (PWM) de modulation de largeur d'impulsion convertisseur contrôlé en mesure de courant qui sert d’onde modulante.
- an insulated gate field effect transistor (MOFSET) comprising a source (S), a drain (D) and a gate (G);
- a current measuring resistor (Rshunt_2) connected between the source (S) and the drain (D);
- a trim capacitor (Ctime) disposed between the gate (G) and ground; And
- an adjustment resistor (Rtime) connected to the gate (G) and receiving a control voltage (Cmde) synchronized on a pulse width modulation signal (PWM) converter controlled in current measurement which serves as a modulating wave.
- une première phase correspondant au démarrage du convertisseur, durant laquelle la résistance interne du transistor (MOFSET) décroit linéairement jusqu'à une valeur de saturation ;
- une deuxième phase correspondant au fonctionnement du convertisseur durant laquelle le transistor (MOFSET) est saturé.
- a first phase corresponding to the starting of the converter, during which the internal resistance of the transistor (MOFSET) decreases linearly to a saturation value;
- a second phase corresponding to the operation of the converter during which the transistor (MOFSET) is saturated.
- un module filtre d'entrée (FE) ;
- un module interrupteur (MI) ;
- un module boucle de courant (BC) connectée à un dispositif selon l'une des revendications précédentes ;
- un module boucle de tension (BT) ;
- un module de modulation de largeur d'impulsion (MLI) ;
- un module de démarrage doux (DD) ; et
- un module filtre de sortie (FS).
- an input filter module (FE);
- a switch module (MI);
- a current loop module (BC) connected to a device according to one of the preceding claims;
- a voltage loop module (BT);
- a pulse width modulation (PWM) module;
- a soft start (DD) module; And
- an output filter module (FS).
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