FR3131478A1 - Dispositif de commutation avec circuit d’amorçage, engin de mobilite comportant un tel dispositif de commutation et procede correspondant - Google Patents

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FR3131478A1
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France
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auxiliary
capacitor
switching device
side switch
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FR2114437A
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Inventor
Norbert Messi Bene Eloundou
Srikrishna CHAITANYA
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Valeo eAutomotive France SAS
Original Assignee
Valeo Siemens eAutomotive France SAS
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Abstract

Le dispositif de commutation (100) comporte : - un bras de commutation (102) ; - un pilote (104) de l’interrupteur de côté haut (QHS) du bras de commutation (102) ; - un circuit (106) d’amorçage du pilote (104), conçu pour que : dans chacune de phases basses (PB), une source de tension continue (VC) alimente le pilote (104) et charge une capacité d’amorçage (CB), et, dans chacune de phases hautes (PH), la capacité d’amorçage (CB) alimente le pilote (104). Le circuit d’amorçage (106) est en outre conçu pour que la source de tension continue (VC) charge une capacité auxiliaire (CP) sur au moins une partie d’une des phases hautes (PH), puis que la capacité auxiliaire (CP) alimente le pilote (104) sur au moins une partie d’une des phases hautes (PH). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

DISPOSITIF DE COMMUTATION AVEC CIRCUIT D’AMORÇAGE, ENGIN DE MOBILITE COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF DE COMMUTATION ET PROCEDE CORRESPONDANT Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne un dispositif de commutation avec circuit d’amorçage, un engin de mobilité comportant un tel dispositif de commutation, et un procédé correspondant.
 Arrière-plan technologique
On connait de l’état de la technique un dispositif de commutation comportant :
  • un bras de commutation comportant un interrupteur de côté haut et un interrupteur de côté bas connectés l’un à l’autre en un point milieu pour alternativement, dans des phases basses, prendre une configuration basse dans laquelle l’interrupteur de côté haut est ouvert et l’interrupteur de côté bas est fermé, et, dans des phases hautes, prendre une configuration haute dans laquelle l’interrupteur de côté haut est fermé et l’interrupteur de côté bas est ouvert ;
  • un pilote de l’interrupteur de côté haut, présentant une borne d’alimentation et une borne de référence connectée au point milieu ;
  • un circuit d’amorçage du pilote, comportant une source de tension continue et une capacité d’amorçage connectée entre la borne d’alimentation et la borne de référence du pilote, le circuit d’amorçage étant conçu pour que :
    • dans la phase basse, la source de tension continue alimente le pilote et charge la capacité d’amorçage, et
    • dans la phase haute, la capacité d’amorçage alimente le pilote.
Lorsque le rapport cyclique est très faible de sorte que la phase basse est très courte par rapport à la phase haute, la capacité d’amorçage n’a pas le temps d’être suffisamment chargée pendant la phase basse pour alimenter le pilote pendant toute la phase haute, c’est-à-dire pour présenter une tension de niveau suffisante pour assurer l’alimentation électrique du pilote.
Ainsi, un tel système d’amorçage n’est pas utilisable dans les onduleurs et les dispositifs de correction du facteur de puissance, puisque le rapport cyclique de commutation entre la phase basse et la phase haute est, dans ces dispositifs, très faible à certains moments (phase basse absente ou bien presque absente).
Il peut ainsi être souhaité de prévoir un dispositif de commutation qui permette de s’affranchir d’au moins une partie des problèmes et contraintes précités.
Il est donc proposé un dispositif de commutation comportant :
  • un bras de commutation comportant un interrupteur de côté haut et un interrupteur de côté bas connectés l’un à l’autre en un point milieu pour alternativement, dans des phases basses, prendre une configuration basse dans laquelle l’interrupteur de côté haut est ouvert et l’interrupteur de côté bas est fermé, et, dans des phases hautes, prendre une configuration haute dans laquelle l’interrupteur de côté haut est fermé et l’interrupteur de côté bas est ouvert ;
  • un pilote de l’interrupteur de côté haut, présentant une borne d’alimentation et une borne de référence connectée au point milieu ;
  • un circuit d’amorçage du pilote, comportant une source de tension continue et une capacité d’amorçage connectée entre la borne d’alimentation et la borne de référence du pilote, le circuit d’amorçage étant conçu pour que :
    • dans la phase basse, la source de tension continue alimente le pilote et charge la capacité d’amorçage, et
    • dans la phase haute, la capacité d’amorçage alimente le pilote ;
caractérisé en ce que le circuit d’amorçage comporte en outre une capacité auxiliaire et est conçu pour que la source de tension continue charge la capacité auxiliaire sur au moins une partie d’une des phases hautes, puis que la capacité auxiliaire alimente le pilote sur au moins une partie d’une des phases hautes.
Ainsi, il est possible de charger la capacité auxiliaire pendant la phase haute du bras de commutation et donc de stocker plus d’énergie que dans un circuit d’amorçage classique, cette énergie supplémentaire servant alors à ralentir la décharge de la capacité d’amorçage. Ainsi, la tension d’alimentation présentée par la capacité d’amorçage peut être maintenue à un niveau suffisant pour assurer l’alimentation électrique du pilote, même à faible rapport cyclique.
L’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, selon toute combinaison techniquement possible.
De façon optionnelle, la capacité auxiliaire alimente la capacité d’amorçage pendant l’alimentation du pilote.
De façon optionnelle également, la capacité auxiliaire recharge la capacité d’amorçage pendant l’alimentation du pilote.
De façon optionnelle également, le circuit d’amorçage est en outre conçu pour que la source de tension continue charge la capacité auxiliaire sur au moins une partie de la phase basse.
De façon optionnelle également, le circuit d’amorçage est conçu pour connecter la capacité auxiliaire en parallèle de la capacité d’amorçage pour permettre à la capacité auxiliaire d’alimenter la capacité d’amorçage, par exemple pour recharger la capacité d’amorçage.
De façon optionnelle également, le circuit d’amorçage comporte un premier interrupteur entre la source de tension continue et la capacité auxiliaire, et est conçu pour fermer ce premier interrupteur pour charger la capacité auxiliaire et ouvrir ce premier interrupteur pour permettre à la capacité auxiliaire d’alimenter la capacité d’amorçage, par exemple pour recharger la capacité d’amorçage.
De façon optionnelle, le premier interrupteur est entre la capacité auxiliaire et une masse électrique.
De façon optionnelle également, le circuit d’amorçage comporte un deuxième interrupteur entre la capacité auxiliaire et la capacité d’amorçage, et est conçu pour ouvrir ce deuxième interrupteur lorsque le premier interrupteur est fermé (c’est-à-dire lorsque le premier interrupteur passe à l’état fermé), et pour fermer ce deuxième interrupteur lorsque le premier interrupteur est ouvert (c’est-à-dire lorsque le premier interrupteur passe à l’état ouvert).
De façon optionnelle également, le deuxième interrupteur présente une borne de passage de courant connectée entre la capacité auxiliaire et le premier interrupteur, et une borne de commande, et est conçu pour être commandé par une tension de commande entre ces bornes, et le circuit auxiliaire comporte une résistance connectant la borne de commande du deuxième interrupteur à la source de tension continue.
De façon optionnelle également, le circuit d’amorçage comporte en outre une diode d’amorçage conçue pour empêcher du courant de s’écouler depuis la capacité d’amorçage vers la source de tension continue.
De façon optionnelle également, le circuit d’amorçage comporte en outre une première diode auxiliaire conçue pour empêcher du courant de s’écouler depuis la capacité auxiliaire vers la source de tension continue.
De façon optionnelle également, le dispositif de commutation comporte en outre une deuxième diode auxiliaire connectée entre le premier interrupteur et la capacité auxiliaire, bloquante en direction de la capacité auxiliaire.
Il est également proposé un engin de mobilité comportant un dispositif de commutation selon l’invention.
Il est également proposé un procédé d’alimentation d’un pilote d’un interrupteur de côté haut d’un bras de commutation, dans lequel le bras de commutation comporte en outre un interrupteur de côté bas, l’interrupteur de côté haut et l’interrupteur de côté bas étant connectés l’un à l’autre en un point milieu pour alternativement, dans une phase basse, prendre une configuration basse dans laquelle l’interrupteur de côté haut est ouvert et l’interrupteur de côté bas est fermé, et, dans une phase haute, prendre une configuration haute dans laquelle l’interrupteur de côté haut est fermé et l’interrupteur de côté bas est ouvert, le pilote présentant une borne d’alimentation et une borne de référence connectée au point milieu, le procédé comportant :
  • dans des phases basses, une alimentation électrique du pilote par une source de tension continue et une charge, par la source de tension continue, d’une capacité d’amorçage connectée entre la borne d’alimentation et la borne de référence ; et
  • dans des phases hautes, une alimentation électrique du pilote par la capacité d’amorçage ;
caractérisé en ce qu’il comporte en outre :
  • une charge d’une capacité auxiliaire par la source de tension continue sur au moins une partie d’une des phases hautes ; puis
  • une alimentation électrique du pilote par la capacité auxiliaire sur au moins une partie d’une des phases hautes.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
  • la est un schéma électrique d’un dispositif de commutation selon l’invention,
  • la est un schéma-bloc d’un procédé de commutation du dispositif de commutation de la ,
  • la est un ensemble de chronogrammes illustrant l’évolution au cours du temps de caractéristiques du dispositif de commutation lors du procédé de la ,
  • la est un schéma électrique du dispositif de commutation de la , dans une première configuration de fonctionnement,
  • la est un schéma électrique du dispositif de commutation selon l’invention, dans une deuxième configuration de fonctionnement,
  • la est un schéma électrique du dispositif de commutation selon l’invention, dans une troisième configuration,
  • la est un schéma électrique du dispositif de commutation selon l’invention, dans une quatrième configuration,
  • la est un schéma électrique du dispositif de commutation selon l’invention, dans une cinquième configuration, et
  • la est un chronogramme illustrant l’évolution d’une tension d’alimentation d’un pilote d’un interrupteur du dispositif de commutation.
 Description détaillée de l’invention
Dans la description qui va suivre, chaque interrupteur commandable est de préférence un interrupteur commandable à semi-conducteur, comme par exemple un interrupteur à transistor tel qu’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (de l’anglais « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme MOSFET) ou bien un transistor bipolaire à grille isolée (de l’anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor » également désigné par l’acronyme IGBT) ou bien transistors à effet de champ au Nitrure de gallium (également désigné par l’acronyme GaN FET).
En référence à la , un exemple d’un dispositif de commutation 100 selon l’invention va à présent être décrit.
Le dispositif de commutation 100 est par exemple présent dans un engin de mobilité comme par exemple un véhicule automobile, un vélo électrique, un drone, ou bien une trottinette électrique.
Le dispositif de commutation 100 comporte tout d’abord un bras de commutation 102.
Le bras de commutation 102 comporte un interrupteur de côté haut QHSet un interrupteur de côté bas QLSconnectés l’un à l’autre en un point milieu M. Ce point milieu M est généralement connecté à une charge (non représentée) pour fournir à cette dernière un courant I. La charge est par exemple une phase d’une machine électrique.
Le dispositif de commutation 100 comporte en outre une masse électrique GND, l’interrupteur de côté bas QLSétant connecté entre le point milieu M et la masse électrique GND.
L’interrupteur de côté haut QHSest destiné à être connecté entre le point milieu M et un potentiel positif par rapport à la masse électrique GND.
Par exemple, le dispositif de commutation 100 comporte en outre une source principale VDde tension continue à laquelle le bras de commutation 100 est connecté. Plus précisément, la source principale VDcomporte une borne positive et une borne négative connectée à la masse électrique GND. L’interrupteur de côté haut QHSest alors connecté entre le point milieu M et cette borne positive. La source principale VDest par exemple conçue pour fournir une tension continue supérieure à 100 V, de préférence supérieure à 300 V.
Le dispositif de commutation 100 est ainsi conçu pour alternativement prendre une configuration dite basse dans une phase dite basse PBet une configuration dite haute dans une phase dite haute PH. Les phases hautes PHet basses PBalternent les unes avec les autres, avec de préférence un temps mort à chaque changement de phase, l’interrupteur de côté haut QHSet l’interrupteur de côté bas QLSétant tous les deux ouverts pendant ce temps mort. Les phases hautes PHet basses PBalternent à une fréquence F par exemple fixe au cours du temps et selon un rapport cyclique variable au cours du temps. Le rapport cyclique est le ratio de la durée d’une phase par rapport à la durée de l’autre phase dans une même période 1/F. Dans la suite, le rapport cyclique sera pris comme le ratio de la durée de la phase basse par rapport à la phase haute. Un rapport cyclique faible indique alors une phase basse PBcourte.
Dans la configuration basse, l’interrupteur de côté haut QHSest ouvert et l’interrupteur de côté bas QLSest fermé. Ainsi, le point milieu M est au potentiel nul, c’est-à-dire au potentiel de la masse électrique GND.
Dans la configuration haute, l’interrupteur de côté haut QHSest fermé et l’interrupteur de côté bas QLSest ouvert. Ainsi, le point milieu M est au potentiel positif, celui de la source principale VDdans l’exemple illustré.
Le point milieu M est par exemple connecté à une phase statorique d’une machine électrique (non représentée), par exemple une machine électrique de l’engin de mobilité, de sorte que la commutation de potentiel du point milieu permette le contrôle de cette machine électrique.
Le dispositif de commutation 100 comporte en outre un pilote 104 de l’interrupteur de côté haut QHS.
Le pilote 104 est par exemple connecté entre le point milieu M et une borne de commande de l’interrupteur de côté haut QHS.
Le pilote 104 présente une borne d’alimentation B+ et une borne de référence REF connectée au point milieu M. Le pilote 104 est ainsi conçu pour être alimenté électriquement par une tension d’alimentation VBappliquée entre sa borne d’alimentation B+ et sa borne de référence REF. Or, du fait de la commutation du potentiel du point milieu M, la borne de référence REF présente un potentiel changeant au cours du temps.
Pour fournir toujours la tension d’alimentation VBmalgré le potentiel changeant de la borne de référence REF, le dispositif de commutation 100 comporte un circuit d’amorçage 106 (de l’anglais « Bootstrap »).
Le circuit d’amorçage 106 comporte tout d’abord une source auxiliaire VCde tension continue présentant une borne positive connectée à la borne d’alimentation B+ du pilote 104 et une borne négative connectée à la masse électrique GND. La source auxiliaire VCest par exemple conçue pour fournir une tension continue de moins de 50 V, par exemple de moins de 20 V.
Le circuit d’amorçage 106 comporte en outre une capacité d’amorçage CBconnectée entre la borne d’alimentation B+ et la borne de référence REF du pilote 104.
Ainsi, dans la configuration basse du bras de commutation 102, la borne de référence REF du pilote 104 est connectée à la masse électrique GND par l’interrupteur de côté bas QLSfermé. Ainsi, la source auxiliaire VCest connectée entre la borne d’alimentation B+ et la borne de référence REF du pilote 104. La source auxiliaire VCalimente ainsi électriquement le pilote 104 et la capacité d’amorçage CB.
Dans la configuration haute du bras de commutation 102, la borne de référence REF du pilote 104 n’est plus connectée à la masse électrique GND, de sorte que la connexion de la borne de référence REF à la source auxiliaire VC par la masse électrique GND n’est plus assurée. La capacité d’amorçage CBest ainsi déconnectée de la source auxiliaire VCet alimente électriquement le pilote 104 en se déchargeant.
Pour éviter que la capacité d’amorçage CBne se décharge vers la source auxiliaire VClorsque le point milieu M est à un potentiel très élevé, en tout cas plus élevé que la tension de la source auxiliaire VC, le circuit d’amorçage 106 comporte de préférence une diode DBagencée de manière à empêcher une circulation de courant depuis la capacité d’amorçage CBvers la source auxiliaire VC.
Lorsque le rapport cyclique est très faible de sorte que la phase basse PBest très courte par rapport à la phase haute PH, la capacité d’amorçage CBn’a pas le temps d’être suffisamment chargée pendant la phase basse PBpour alimenter le pilote 104 pendant la phase haute PH.
Pour pallier ce problème, le circuit d’amorçage 106 comporte en outre un circuit auxiliaire 108.
Le circuit auxiliaire 108 comporte une capacité auxiliaire CPet est tout d’abord conçu pour connecter la source auxiliaire VCà la capacité auxiliaire CPde sorte que la source auxiliaire VCcharge la capacité auxiliaire CP, de préférence quelle que soit la configuration, haute ou basse, du bras de commutation 102.
Pour cela, la capacité auxiliaire CPest par exemple connectée à la borne positive de la source auxiliaire VC. En outre, le circuit auxiliaire 108 comporte par exemple un interrupteur Q entre la capacité auxiliaire et la masse électrique GND. Ainsi, lorsque l’interrupteur Q est fermé, la capacité auxiliaire CPest connectée entre la borne positive de la source auxiliaire VCet la masse électrique GND et peut ainsi être chargée par la source auxiliaire VC.
Le circuit auxiliaire 108 est en outre conçu pour connecter la capacité auxiliaire CPen parallèle de la capacité d’amorçage CBpour que la capacité auxiliaire CPalimente le pilote 104 et la capacité d’amorçage CB.
Pour cela, le circuit auxiliaire 108 comporte en outre par exemple un interrupteur Q’ entre la capacité auxiliaire CPet la borne de référence REF du pilote 104. Ainsi, lorsque l’interrupteur Q’ est fermé, la capacité auxiliaire CPest connectée en parallèle de la capacité d’amorçage CBet lorsque l’interrupteur Q’ est ouvert, la capacité auxiliaire CPest déconnectée de la capacité d’amorçage CBet du pilote 104.
De préférence, le circuit auxiliaire 108 est conçu ouvrir l’interrupteur Q’ lorsque l’interrupteur Q est fermé et inversement. Ainsi, la capacité d’amorçage CBest sélectivement connectée à la source auxiliaire VCpour être chargée, et connectée à la capacité d’amorçage CB, mais pas les deux en même temps.
Par exemple, l’interrupteur Q’ présente une borne de passage de courant (sa source dans le cas d’un MOSFET) connectée entre la capacité auxiliaire CPet l’interrupteur Q, et une borne de commande (la grille dans le cas d’un MOSFET), et il est conçu pour être commandé par la tension de commande VGSentre ces bornes.
Par ailleurs, le circuit auxiliaire 108 comporte par exemple une résistance RPentre la borne de commande du deuxième interrupteur Q’ et la source de tension continue VC, de préférence le point milieu entre la diode DP1et la capacité auxiliaire CP. Ainsi, lorsque l’interrupteur Q est fermé, la borne de commande et la borne de passage de courant de l’interrupteur Q’ sont toutes les deux connectées à la masse GND par l’interrupteur Q, de sorte que la tension de commande VGSest sensiblement nulle. L’interrupteur Q’ est donc ouvert. Lorsque l’interrupteur Q est ouvert, la borne de commande est connectée à la résistance RP, mais l’interrupteur Q’ est conçu pour que sensiblement aucun courant n’entre dans la borne de commande, de sorte que sensiblement aucun courant de traverse la résistance RP. Ainsi, la résistance RPprésente une tension sensiblement nulle, de sorte que la borne de commande est sensiblement au potentiel de la source de tension VC. En revanche, la borne de passage de courant de l’interrupteur Q’ est connectée à la capacité auxiliaire CPqui présente la tension VP. Ainsi, la borne de passage de courant est sensiblement au potentiel de la source de tension VCmoins la tension VP. Ainsi, la tension de commande VGSest sensiblement égale à la tension VPqui est assez élevée pour fermer l’interrupteur Q’.
Pour limiter la décharge de la capacité auxiliaire CPdans la résistance RP, cette dernière est choisie de préférence de haute valeur.
Par ailleurs, le circuit auxiliaire 108 comporte de préférence une diode DP2connectée entre l’interrupteur Q et la capacité auxiliaire CP, bloquante de l’interrupteur Q vers la capacité auxiliaire CP. Dans ce cas, la borne de passage de courant de l’interrupteur Q’ est par exemple connectée entre la capacité auxiliaire CPet la diode DP2, tandis que la borne de commande de l’interrupteur Q’ est par exemple connectée entre la diode DP2et l’interrupteur Q.
Le circuit auxiliaire 108 comporte en outre un dispositif 110 de commande des interrupteurs Q, Q’. Par exemple, le dispositif de commande 110 est conçu pour commander uniquement l’interrupteur Q, l’autre interrupteur Q’ commutant en fonction de la commutation de l’interrupteur Q comme expliqué précédemment. Le dispositif de commande est par exemple conçu pour faire commuter les interrupteurs Q, Q’ à une fréquence f, qui peut être égale ou différente (de préférence plus petite, par exemple au moins dix fois plus petite) de celle du bras de commutation 102, et avec par exemple un rapport cyclique constant prédéfini. Par exemple, la fréquence F de commutation du bras de commutation vaut 65 kHz et la fréquence f de commutation des interrupteurs Q, Q’ vaut 5 kHz.
Pour éviter que la capacité auxiliaire CPne se décharge vers la source auxiliaire VClorsque le point milieu M est à un potentiel très élevé, en tout cas plus élevé que la tension de la source auxiliaire VC, le circuit auxiliaire 108 comporte de préférence une diode DP1agencée de manière à empêcher une circulation de courant depuis la capacité auxiliaire CPvers la source auxiliaire VC.
En référence aux figures 2 à 8, un exemple de procédé 200 de commutation du dispositif 100 de la va à présent être décrit.
Au cours d’une étape 202 (instant t1 sur la ), le bras de commutation 102 passe dans sa phase basse PB. En particulier, le pilote 104 ouvre l’interrupteur de côté haut QHS. Toujours à cette étape 202, le dispositif de commande 110 ferme l’interrupteur Q et ouvre l’interrupteur Q’.
Le dispositif de commutation 100 est alors dans la configuration P1 illustrée sur la . Dans cette configuration P1, la source auxiliaire VCalimente le pilote 104 et charge la capacité auxiliaire CPet la capacité d’amorçage CB.
Au cours d’une étape 204 (instant t2 sur la ), le bras de commutation 102 passe dans sa phase haute PH. En particulier, le pilote 104 ferme l’interrupteur de côté haut QHS.
Le dispositif de commutation 100 est alors dans la configuration P2 illustrée sur la . Dans cette configuration P2, la capacité d’amorçage CBalimente le pilote 204 en se déchargeant. Par ailleurs, la capacité auxiliaire CPcontinue d’être chargée par la source auxiliaire VC.
Au cours d’une étape 206 (instant t3 sur la ), le dispositif de commande 110 ouvre l’interrupteur Q, ce qui entraîne la fermeture de l’interrupteur Q’.
Le dispositif de commutation 100 est alors dans la configuration P3 illustrée sur la . Du fait de la diode DB, la capacité auxiliaire CPest déconnectée à la fois de la source auxiliaire VCet de l’ensemble du pilote 104 et de la capacité d’amorçage CB, tant que la tension d’alimentation VBest suffisamment élevée, en particulier supérieure à la tension VPen négligeant la chute de tension de la diode DB.
La capacité auxiliaire CPreste donc à charge sensiblement constante (avec éventuellement une légère décharge résultant de courants de fuite). Le pilote 104 continue d’être alimenté par la capacité d’amorçage CB, de sorte que la tension d’alimentation VBdiminue.
Au cours d’une étape 208, lorsque la tension d’alimentation VBa suffisamment diminuée, la diode DBdevient passante (instant t4 sur la ) et le dispositif de commutation 100 est alors dans la configuration P4 de la .
La capacité auxiliaire CPdevient parallèle à la capacité d’amorçage CBet alimente le pilote 104, tout en rechargeant la capacité d’amorçage CB, de sorte que la tension VBaugmente. Lorsque les tensions VBet VPs’équilibrent à la tension de seuil près de la diode DB, les deux capacités CBet CPse déchargent en alimentant le pilote 104.
Il se pourrait que, à l’instant d’ouverture de l’interrupteur Q et de fermeture de l’interrupteur Q’, la diode DBsoit tout de suite passante, de sorte que le dispositif de commutation 100 passerait directement de la configuration P2 à la configuration P4, sans passer par la configuration P3.
Au cours d’une étape 210 (instant t5 sur la ), le bras de commutation 102 passe dans sa phase basse PB. Le dispositif de commutation 100 est alors dans la configuration P5 de la . Dans cette configuration P5, la source auxiliaire VCalimente le pilote 104 et recharge les deux capacités CP, CBqui sont toutes les deux connectées à la masse GND par le point milieu M.
Au cours d’une étape 212 (instant t6 sur la ), le bras de commutation 102 passe dans sa phase haute PH. Le dispositif de commutation 100 passe alors, dans l’exemple décrit, dans la configuration P3, puis dans la configuration P4 (instant t7 de la ).
Au cours d’une étape 214 (instant t8 sur la ), l’interrupteur Q est fermé et l’interrupteur Q’ est ouvert. Le dispositif de commutation 100 passe alors dans la configuration P2.
Au cours d’une étape 216 (instant t9 sur la ), le bras de commutation 102 passe dans sa phase haute PH. Le dispositif de commutation 100 passe alors dans la configuration P1.
Les configurations du dispositif de commutation 100 se succèdent ainsi en fonction des commutations du bras de commutation 102 et des interrupteurs Q, Q’.
Sur l’exemple de la , la tension d’alimentation VPreste en moyenne constante, car la charge de la capacité d’amorçage CPcompense sa décharge.
Cependant, pour des rapports cycliques encore plus petits, la tension d’alimentation VBpourrait diminuer dans le temps. Inversement, pour des rapports cycliques plus élevés, la tension d’alimentation VBpourrait augmenter dans le temps. Ainsi, la tension d’alimentation VBvarie en moyenne, en particulier lorsque le bras de commutation 102 est commandé pour que le courant I soit sinusoïdal, entre une valeur maximale et une valeur minimale. C’est ce qu’illustre la . Grâce au circuit auxiliaire 108, la valeur minimale de la tension d’alimentation VB(13 V dans l’exemple illustré) reste suffisamment élevée pour permettre une alimentation électrique continue du pilote 104.
En conclusion, il apparaît clairement qu’un dispositif de commutation tel que celui décrit précédemment permet d’utiliser un circuit d’amorçage, même lorsque le rapport cyclique est très faible, comme par exemple dans un onduleur ou bien dans un dispositif de correction du facteur de puissance.
On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

Claims (11)

  1. Dispositif de commutation (100) comportant :
    • un bras de commutation (102) comportant un interrupteur de côté haut (QHS) et un interrupteur de côté bas (QLS) connectés l’un à l’autre en un point milieu (M) pour alternativement, dans des phases basses (PB), prendre une configuration basse dans laquelle l’interrupteur de côté haut (QHS) est ouvert et l’interrupteur de côté bas (QLS) est fermé, et, dans des phases hautes (PH), prendre une configuration haute dans laquelle l’interrupteur de côté haut (QHS) est fermé et l’interrupteur de côté bas (QLS) est ouvert ;
    • un pilote (104) de l’interrupteur de côté haut (QHS), présentant une borne d’alimentation (B+) et une borne de référence (REF) connectée au point milieu (M) ;
    • un circuit (106) d’amorçage du pilote (104), comportant une source de tension continue (VC) et une capacité d’amorçage (CB) connectée entre la borne d’alimentation (B+) et la borne de référence (REF) du pilote (104), le circuit d’amorçage (106) étant conçu pour que :
      • dans la phase basse (PB), la source de tension continue (VC) alimente le pilote (104) et charge la capacité d’amorçage (CB), et
      • dans la phase haute (PH), la capacité d’amorçage (CB) alimente le pilote (104) ;
    caractérisé en ce que le circuit d’amorçage (106) comporte en outre une capacité auxiliaire (CP) et est conçu pour que la source de tension continue (VC) charge la capacité auxiliaire (CP) sur au moins une partie d’une des phases hautes (PH), puis que la capacité auxiliaire (CP) alimente le pilote (104) sur au moins une partie d’une des phases hautes (PH).
  2. Dispositif de commutation (100) selon la revendication 1, dans lequel le circuit d’amorçage (106) est en outre conçu pour que la source de tension continue (VC) charge la capacité auxiliaire (CP) sur au moins une partie de la phase basse (PB).
  3. Dispositif de commutation (100) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le circuit d’amorçage (106) est conçu pour connecter la capacité auxiliaire (CP) en parallèle de la capacité d’amorçage (CB) pour permettre à la capacité auxiliaire (CP) d’alimenter la capacité d’amorçage (CB).
  4. Dispositif de commutation (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le circuit d’amorçage (106) comporte un premier interrupteur (Q) entre la source de tension continue (VC) et la capacité auxiliaire (CP), et est conçu pour fermer ce premier interrupteur (Q) pour charger la capacité auxiliaire (CP) et ouvrir ce premier interrupteur (Q) pour permettre à la capacité auxiliaire (CP) d’alimenter la capacité d’amorçage (CB).
  5. Dispositif de commutation (100) selon la revendication 4, dans lequel le circuit d’amorçage (106) comporte un deuxième interrupteur (Q’) entre la capacité auxiliaire (CP) et la capacité d’amorçage (CB), et est conçu pour ouvrir ce deuxième interrupteur (Q’) lorsque le premier interrupteur (Q) est fermé, et pour fermer ce deuxième interrupteur (Q’) lorsque le premier interrupteur (Q) est ouvert.
  6. Dispositif de commutation (100) selon la revendication 5, dans lequel le deuxième interrupteur (Q’) présente une borne de passage de courant connectée entre la capacité auxiliaire (CP) et le premier interrupteur (Q), et une borne de commande, et est conçu pour être commandé par une tension de commande (VGS) entre ces bornes, et dans lequel le circuit auxiliaire (108) comporte une résistance (RP) connectant la borne de commande du deuxième interrupteur (Q’) à la source de tension continue (VC).
  7. Dispositif de commutation (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le circuit d’amorçage (106) comporte en outre une diode d’amorçage (DB) conçue pour empêcher du courant de s’écouler depuis la capacité d’amorçage (CB) vers la source de tension continue (VC).
  8. Dispositif de commutation (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le circuit d’amorçage (106) comporte en outre une première diode auxiliaire (DP1) conçue pour empêcher du courant de s’écouler depuis la capacité auxiliaire (Cp) vers la source de tension continue (VC).
  9. Dispositif de commutation (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comportant en outre une deuxième diode auxiliaire (DP2) connectée entre le premier interrupteur (Q) et la capacité auxiliaire (CP), bloquante en direction de la capacité auxiliaire (CP).
  10. Engin de mobilité comportant un dispositif de commutation selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
  11. Procédé d’alimentation d’un pilote (104) d’un interrupteur de côté haut (QHS) d’un bras de commutation (102), dans lequel le bras de commutation (102) comporte en outre un interrupteur de côté bas (QLS), l’interrupteur de côté haut (QHS) et l’interrupteur de côté bas (QLS) étant connectés l’un à l’autre en un point milieu (M) pour alternativement, dans une phase basse (PB), prendre une configuration basse dans laquelle l’interrupteur de côté haut (QHS) est ouvert et l’interrupteur de côté bas (QLS) est fermé, et, dans une phase haute (PH), prendre une configuration haute dans laquelle l’interrupteur de côté haut (QHS) est fermé et l’interrupteur de côté bas (QLS) est ouvert, le pilote (104) présentant une borne d’alimentation (B+) et une borne de référence (REF) connectée au point milieu (M), le procédé comportant :
    • dans des phases basses (PB), une alimentation électrique du pilote (104) par une source de tension continue (VC) et une charge, par la source de tension continue (VC), d’une capacité d’amorçage (CB) connectée entre la borne d’alimentation (B+) et la borne de référence (REF) ; et
    • dans des phases hautes (PH), une alimentation électrique du pilote (104) par la capacité d’amorçage (CB) ;
    caractérisé en ce qu’il comporte en outre :
    • une charge d’une capacité auxiliaire (CP) par la source de tension continue (VC) sur au moins une partie d’une des phases hautes (PH) ; puis
    • une alimentation électrique du pilote (104) par la capacité auxiliaire (CP) sur au moins une partie d’une des phases hautes (PH).
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