WO2016087216A1 - Circuit de pilotage pour systeme de chauffage et systeme de chauffage correspondant - Google Patents

Circuit de pilotage pour systeme de chauffage et systeme de chauffage correspondant Download PDF

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WO2016087216A1
WO2016087216A1 PCT/EP2015/077071 EP2015077071W WO2016087216A1 WO 2016087216 A1 WO2016087216 A1 WO 2016087216A1 EP 2015077071 W EP2015077071 W EP 2015077071W WO 2016087216 A1 WO2016087216 A1 WO 2016087216A1
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WO
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circuit
resistor
transistor
power
power supply
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/077071
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English (en)
Inventor
Mickael Bigey
Nacim SEDDAR
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/162—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04—Modifications for accelerating switching
    • H03K17/041—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/04106—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit in field-effect transistor switches

Definitions

  • the present invention generally relates to the control of a transistor used as a power switch of an electrical device.
  • a motor vehicle particularly an electric or hybrid vehicle, is commonly equipped with a heating, ventilation and / or air conditioning system for modifying the aerothermal parameters of an air flow distributed inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the heating, ventilation and / or air conditioning system includes a heating, ventilation and / or air conditioning device capable of channeling the circulation of the air flow prior to its distribution inside the passenger compartment.
  • the heating, ventilation and / or air conditioning apparatus consists mainly of a housing made of plastic material housed under a dashboard of the vehicle.
  • the heating, ventilation and / or air conditioning system comprises a heating, ventilation and / or air conditioning loop inside which a cooling fluid circulates. .
  • the housing houses an additional electric heating device, for example constituted by a radiator having resistors with a positive temperature coefficient or the like.
  • the additional power to reach the output temperature of the housing corresponding to the need for user comfort is provided by the electric heater.
  • the additional electric heater is powered via two different power supplies. A low power supply is used to power the management module and the interface of the device and a power supply of high power is used to supply the heating resistor (s) of said additional electric heating device.
  • FIG. 1 illustrates such an additional electric heating device 2 'intended to be powered by a power supply 1'.
  • the power supply of the additional electric heating device is controlled by a transistor 3 'itself controlled by a control circuit.
  • a RC filter 6 ' comprising a high-value resistor and a capacitor interposed between the input of the power transistor and the control circuit of the power transistor to slow down the switching of the switch formed by said transistor.
  • the object of the present invention is to propose a new control circuit for controlling the switching of a supply transistor of an electric heating device, while limiting the risk of electromagnetic disturbance and the risk of fire.
  • the subject of the invention is a control circuit for a heating system comprising an electric heating device, a power supply configured to enable said electric heating device to be powered, and a power transistor which comprises a an input electrode and arranged to allow or prevent power from said electric heater, said driver circuit comprising:
  • a pulse width modulation power supply configured to generate a setpoint signal
  • control module of the power transistor configured to control the power transistor by transmitting a control signal, a function of said reference signal, on the input electrode of the power transistor;
  • an RC filter comprising a resistor RG and a capacitor CG, interposed between the control module and the input electrode of the power transistor;
  • the device comprises a closure control circuit configured for, during at least a portion of the time during which the setpoint signal is in the low state, bypassing the capacitor C G of the filter RC.
  • Such an electronic assembly makes it possible to maintain a slow switching of the transistor, that is to say a switching with a low frequency, of the order a few tens of Hertz, to reduce the risk of electromagnetic disturbance, while precisely controlling the power delivered by the electric heater, particularly when the duty cycle is close to 1, allowing to short-circuit the capacitor to allow the switch formed by the transistor to open.
  • the setpoint signal has a frequency lower than 600 Hz, preferably between 60 and 600 Hz.
  • the closing control circuit comprises a delay circuit, an activation circuit and an electrical grounding circuit, said delay circuit being configured to store an electric charge, when the signal of setpoint is in the high state, and for, during at least a portion of the time during which the setpoint signal is low, energize the activation circuit to activate the electrical grounding circuit so as to short -circuit the capacitor of the RC filter.
  • the input of the delay circuit is connected to the output of the pulse width modulation supply and said activation circuit is interposed between said delay circuit and said setting circuit. electrical ground.
  • the said grounding circuit is connected in parallel with the capacitor of the filter RC.
  • said delay circuit comprises a filter RC having a resistor of which one terminal is connected to the output of the pulse width modulation power supply, and a capacitor, one terminal of which is connected to the electrical earth and the other of which is connected to the other terminal of the resistor and to the input of the activation circuit.
  • said activation circuit comprises:
  • a terminal of the first resistor being connected to the integrated power supply and the other terminal of the first resistor being connected to a terminal of the second resistor;
  • a transistor whose input electrode is connected to the point of connection between the resistor and the capacitor of the delay circuit, said transistor having an output electrode connected to the electrical earth, and the other output electrode being connected to the point connection between the first resistance and the second resistance.
  • said grounding circuit comprises a resistor and a transistor whose input electrode is connected to the second resistor of said activation circuit, said resistance of the setting circuit. mass being, on one side, connected to an output of said transistor and, on the other side, connected to the terminal of the capacitor which is connected to the input of the power transistor, the other output of the transistor being connected to the electrical ground.
  • the control module of the power transistor comprises an integrated power supply and a set of resistors and transistors configured to emit said control signal on the input electrode of the power transistor according to the setpoint signal.
  • the invention also relates to a heating system comprising:
  • a power transistor arranged to allow or prevent the power supply of said electric heating device
  • said electric heating device comprises several electric heating elements connected in parallel.
  • FIG. 1 is a view of an electric heating system comprising a control circuit known from the state of the art
  • FIG. 2 is a view of an electric heating system comprising a control circuit according to one embodiment of the invention
  • FIG. 3 represents, in the context of the known electric heating system of FIG. 1, a graph giving the voltage V 4 'of the control signal as a function of time, and a graph giving the voltage V G at the terminal of the capacitor.
  • C G connected to the input of the power transistor;
  • FIG. 4 represents, in the context of the electric heating system of FIG. 2 according to the invention, a graph giving the voltage V 4 of the output signal as a function of time, a graph giving the voltage Vc at the input of the circuit. electrical ground, and a graph giving the voltage V G to the terminal of the capacitor C G connected to the input of the power transistor.
  • the invention relates to an electric heating system comprising an electric heating device 2.
  • Said electric heating device 2 may comprise one or more electric heating elements connected in parallel.
  • the system includes a power supply 1 that can be designed to deliver a current greater than 10A.
  • the power supply is capable of delivering a current of the order of 90A.
  • Said power supply is configured to power said electric heating device 2.
  • a transistor called a power transistor 3, is arranged on the supply circuit of said electric heating device 2 to allow or prevent the supply of said electric heating device 2.
  • Said transistor may be an insulated gate field effect transistor more commonly known as MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or a bipolar transistor insulated gate, commonly called IGBT (acronym for Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • IGBT acronym for Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the device comprises a control circuit of the power transistor.
  • Said control circuit comprises a power supply 4 by pulse width modulation, called power supply 4.
  • the power supply 4 is configured to generate a pulse width modulation setpoint signal.
  • the generated reference signal has a duty cycle noted a.
  • the reference signal (such as control signal) has a frequency f 4 less than 600Hz, preferably between 60 and 600 Hz.
  • the frequency of the reference signal may be selected according to the number of electrical heater elements .
  • the duty cycle represents the closing time of the power transistor.
  • the setpoint signal on the basis of which the control signal is generated as detailed below, makes it possible to obtain a percentage of the maximum power of the electric heater corresponding to the cycle ratio a. For example if the duty cycle a is set to 30%, the electric heater will deliver 30% of its maximum power.
  • the control circuit also comprises a control module 5 of the power transistor 3 configured to control the power transistor 3 by generating a control signal, which is a function of said reference signal, on the input electrode of the power transistor 3.
  • the control circuit comprises a filter RC 6, comprising a resistor RG and a capacitor C G , interposed between the control module 5 and the input electrode of the power transistor 3
  • a filter RC 6 comprising a resistor RG and a capacitor C G , interposed between the control module 5 and the input electrode of the power transistor 3
  • a resistance RG of 13k ⁇ (kilo ohms) and a capacitor C G of 47 nF (nano farads).
  • the control circuit comprises a closing control circuit 7, 8, 9 configured for, during at least part of the time during which the reference signal is in the low state, bypassing the capacitor C G of the RC filter 6
  • the electric heating system comprises a single power transistor used as a power switch of a plurality of elements, such as resistors, of the electric heater.
  • the power transistor is then designed to pass a strong current for example of the order of 90 amperes and the control circuit must be designed to control the passage of this strong current while limiting the risk of electromagnetic disturbance.
  • the closing control circuit comprises a plurality of subcircuits, namely: a delay circuit 7, an activation circuit 8 and a grounding circuit 9.
  • Said delay circuit 7 comprises an RC filter having, on the one hand, a resistor R7, a terminal of which is connected to the output of the power supply 4, in particular between the power supply 4 and the control module 5, and, on the other hand, a capacitor C7 whose terminal is connected to the electrical ground and the other terminal is connected to a point between the other terminal of the resistor R7 and the input of the activation circuit 8.
  • a value of the resistor R7 of 1 k ⁇ ( kilo Ohms) and a C7 condenser value of 4.7 nF (nano farads).
  • the activation circuit 8 comprises a first resistor R81 and a second resistor R82 having a connection point between them.
  • An integrated power supply corresponding to a low-voltage power supply, here of 5 volts, is connected to the terminal of the first resistor R81 opposite to the point of connection with the second resistor R82.
  • Said activation circuit 8 also comprises a transistor T8 whose input electrode is connected to a point of connection between the resistor R7 and the capacitor C7 of the delay circuit 7. An output electrode of the transistor T8 is connected to ground electrical, and the other output electrode is connected to the connection point between the first resistor R81 and the second resistor R82.
  • Said transistor T8 is preferably a MOSFET transistor.
  • Said electrical grounding circuit 9 comprises a resistor R9 and a transistor T9.
  • Said transistor T9 is a bipolar transistor. The input electrode of the transistor T9 is connected to the second resistor R82 of said activation circuit 8.
  • Said resistor R9 is, on one side, connected to an output of the transistor T9 and the other to the terminal of the capacitor CG which is connected to the input of the power transistor 3.
  • the other output of transistor T9 is connected to the electrical ground, as well as the other terminal of capacitor C G.
  • Resistor R9 is chosen sufficiently small, for example 200 ohms, so that when the transistor T9 is on, the capacitor CG is short-circuited by the electrical grounding circuit 9.
  • the delay circuit 7 is configured so that the condenser C7 stores an electric charge, when the setpoint signal is in the high state, and for at least a portion of the time during which the reference signal is in the low state. , supplying the transistor T8 of the activation circuit 8 to activate the electrical grounding circuit in order to short-circuit the capacitor C G of the filter RC 6.
  • the activation circuit 8 is interposed between said delay circuit 7, connected at the output of the power supply 4, and said electrical grounding circuit 9.
  • Said electric grounding circuit 9 is connected in parallel of the capacitor C7 of the RC filter 6.
  • said delay circuit 7 charges the capacitor C7, and, in the low state of the reference signal, the capacitor C7 discharges and thus activates the input of the transistor T8 of the circuit 8.
  • said activation circuit 8 supplies the input of the transistor T9 of the electrical grounding circuit 9 so as to bypass the capacitor CG.
  • the control module 5 of the power transistor 3 comprises an integrated power supply.
  • the integrated power supply corresponds to a low-voltage supply, here of 12 Volts, and a set of resistors and transistors, preferably bipolar.
  • This control module is configured to emit a control signal which, over a period aT, has a high level at 12V and over a period T- ⁇ a low level at 0V, on the input electrode of the power transistor 3. function of the setpoint signal.
  • the setpoint signal has a high level at 5V over the period aT and a low level at 0V over the period T-aT.
  • Such a control circuit makes it possible to drive semiconductor switches (MOSFETs, IGBTs, etc.) with a slow and low frequency switching in Pulse Width Modulation so as to reduce the risk of electromagnetic disturbance while retaining a reduced space and with a reduced risk of heating of the transistor, particularly when the cycle rate is close to 1.
  • This circuit can also be advantageously used when the cycle rate is close to 0.
  • the electric heating device finds a particularly advantageous application in the case where said device is used as additional electric heating device installed in a housing of heating, ventilation and / or air conditioning, also called HVAC (for Heating, Ventilation and Air Conditioning in English), used in the automotive sector.
  • HVAC heating, Ventilation and Air Conditioning in English

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  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

L'invention concerne un circuit de pilotage pour un système de chauffage comprenant un dispositif de chauffage électrique (2), une alimentation de puissance (1), configurée pour permettre d'alimenter ledit dispositif de chauffage électrique (2), et un transistor de puissance (3). Ledit circuit de pilotage comprenant une alimentation (4) configurée pour générer un signal de consigne, un module de commande (5) du transistor de puissance (3), un filtre RC (6), comprenant une résistance RG et un condensateur CG, interposé entre le module de commande (5) et l'électrode d'entrée du transistor de puissance (3). Le dispositif comprend un circuit (7, 8, 9) de commande de fermeture configuré pour, pendant au moins une partie du temps durant lequel le signal de consigne est à l'état bas, court-circuiter le condensateur CG du filtre RC (6).

Description

CIRCUIT DE PILOTAGE POUR SYSTEME DE CHAUFFAGE ET SYSTEME DE CHAUFFAGE CORRESPONDANT
La présente invention concerne de manière générale la commande d'un transistor utilisé comme interrupteur d'alimentation d'un dispositif électrique.
Un véhicule automobile, notamment un véhicule électrique ou hybride, est couramment équipé d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation pour modifier les paramètres aérothermiques d'un flux d'air distribué à l'intérieur de l'habitacle du véhicule.
A cet effet, l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation comprend un appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation apte à canaliser la circulation du flux d'air préalablement à sa distribution à l'intérieur de l'habitacle. L'appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation est principalement constitué d'un boîtier réalisé en matière plastique logé sous une planche de bord du véhicule.
Pour modifier la température du flux d'air préalablement à sa diffusion dans l'habitacle, l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation comprend une boucle de chauffage, ventilation et/ou climatisation à l'intérieur de laquelle circule un fluide réfrigérant.
Par ailleurs, le boîtier loge un dispositif de chauffage électrique additionnel, par exemple constitué par un radiateur comportant des résistances à coefficient de température positif ou analogue. Le complément de puissance pour atteindre la température en sortie du boîtier correspondant au besoin de confort de l'utilisateur est fourni par le dispositif de chauffage électrique. Le dispositif de chauffage électrique additionnel est alimenté via deux alimentations différentes. Une alimentation faible puissance est utilisée pour alimenter le module de gestion et l'interface du dispositif et une alimentation de forte puissance est utilisée pour alimenter la ou les résistances chauffantes dudit dispositif de chauffage électrique additionnel.
La figure 1 illustre un tel dispositif de chauffage électrique additionnel 2' destiné à être alimenté par une alimentation de puissance 1 '. L'alimentation de puissance du dispositif de chauffage électrique additionnel est commandée par un transistor 3' lui-même piloté par un circuit de pilotage.
Pour piloter la commutation du transistor de puissance, il est connu de générer, à l'aide d'une alimentation 4' par modulation de largeur d'impulsion (encore appelée en anglais PWM pour Puise Width Modulation), un signal de consigne qui est utilisé par un circuit de commande 5' pour générer sur l'entrée du transistor une commande de commutation (ouverture ou fermeture). Cependant, la commutation du transistor, qui permet d'alimenter le dispositif de chauffage électrique additionnel avec un courant de forte puissance, par exemple de l'ordre d'une trentaine d'ampères, peut produire des perturbations électromagnétiques sur les équipements électroniques environnants. Pour réduire le risque de perturbations électromagnétiques sans avoir à utiliser un filtre CLC (condensateur, inductance puis condensateur) encombrant, il est connu d'utiliser un filtre RC 6', comprenant une résistance de grande valeur et un condensateur, interposé entre l'entrée du transistor de puissance et le circuit de commande du transistor de puissance pour ralentir la commutation de l'interrupteur formé par ledit transistor.
Cependant, comme l'illustre la figure 3 qui donne la tension V4 > du signal de consigne et la tension VG à la borne du condensateur qui est connectée à l'entrée du transistor de puissance 3', lorsque le rapport cyclique du signal de commande est proche de 1 (c'est-à-dire proche de 100%), on constate que, à l'état bas du signal de consigne, la décharge de la capacité du filtre RC 6' compense partiellement la chute de la tension VG à l'entrée du transistor de sorte que celle-ci ne descend pas suffisamment pour que s'ouvre l'interrupteur formé par le transistor. Il s'en suit que le transistor risque d'entrer dans un mode de fonctionnement linéaire entraînant un échauffement important du transistor et donc un risque d'incendie.
La présente invention a pour but de proposer un nouveau circuit de pilotage permettant de piloter la commutation d'un transistor d'alimentation d'un dispositif de chauffage électrique, tout en limitant le risque de perturbation électromagnétique et le risque d'incendie.
A cet effet, l'invention a pour objet un circuit de pilotage pour un système de chauffage comprenant un dispositif de chauffage électrique, une alimentation de puissance configurée pour permettre d'alimenter ledit dispositif de chauffage électrique, et un transistor de puissance qui comprend une électrode d'entrée et qui est agencé pour autoriser ou empêcher l'alimentation dudit dispositif de chauffage électrique, ledit circuit de pilotage comprenant :
- une alimentation par modulation de largeur d'impulsion configurée pour générer un signal de consigne ;
- un module de commande du transistor de puissance configuré pour commander le transistor de puissance par émission d'un signal de commande, fonction dudit signal de consigne, sur l'électrode d'entrée du transistor de puissance ;
- un filtre RC, comprenant une résistance RG et un condensateur CG, interposé entre le module de commande et l'électrode d'entrée du transistor de puissance ;
caractérisé en ce que le dispositif comprend un circuit de commande de fermeture configuré pour, pendant au moins une partie du temps durant lequel le signal de consigne est à l'état bas, court-circuiter le condensateur CG du filtre RC.
Un tel montage électronique permet de conserver une commutation lente du transistor, c'est-à-dire une commutation avec une fréquence faible, de l'ordre de quelques dizaines de Hertz, pour réduire le risque de perturbation électromagnétique, tout en contrôlant précisément la puissance délivrée par le dispositif de chauffage électrique, en particulier lorsque le rapport cyclique est proche de 1 , en permettant de court-circuiter le condensateur pour permettre à l'interrupteur formé par le transistor de s'ouvrir.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le signal de consigne présente une fréquence inférieure à 600Hz, de préférence comprise entre 60 et 600 Hz.
Une telle fréquence permet de limiter encore le risque de perturbation magnétique observable par l'utilisateur, notamment au niveau du tableau de bord du véhicule. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le circuit de commande de fermeture comprend un circuit retardateur, un circuit d'activation et un circuit de mise à la masse électrique, ledit circuit retardateur étant configuré pour emmagasiner une charge électrique, lorsque le signal de consigne est à l'état haut, et pour, pendant au moins une partie du temps durant lequel le signal de consigne est à l'état bas, alimenter le circuit d'activation pour activer le circuit de mise à la masse électrique afin de court-circuiter le condensateur du filtre RC.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'entrée du circuit retardateur est connectée à la sortie de l'alimentation par modulation de largeur d'impulsion et ledit circuit d'activation est interposé entre ledit circuit retardateur et ledit circuit de mise à la masse électrique. Ledit circuit de mise à la masse électrique est raccordé en parallèle du condensateur du filtre RC. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit circuit retardateur comprend un filtre RC présentant une résistance dont une borne est raccordée à la sortie de l'alimentation par modulation de largeur d'impulsion, et un condensateur dont une borne est raccordée à la masse électrique et dont l'autre borne est raccordée à l'autre borne de la résistance et à l'entrée du circuit d'activation. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit circuit d'activation comprend :
- une alimentation intégrée;
- une première résistance et une deuxième résistance, une borne de la première résistance étant raccordée à l'alimentation intégrée et l'autre borne de la première résistance étant raccordée à une borne de la deuxième résistance ;
- un transistor dont l'électrode d'entrée est raccordée au point de connexion entre la résistance et le condensateur du circuit retardateur, ledit transistor présentant une électrode de sortie raccordée à la masse électrique, et l'autre électrode de sortie étant raccordée au point de connexion entre la première résistance et la deuxième résistance.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit circuit de mise à la masse électrique comprend une résistance et un transistor dont l'électrode d'entrée est raccordée à la deuxième résistance dudit circuit d'activation, ladite résistance du circuit de mise à la masse étant, d'un côté, connectée à une sortie dudit transistor et, de l'autre côté, connectée à la borne du condensateur qui est raccordée à l'entrée du transistor de puissance, l'autre sortie du transistor étant raccordée à la masse électrique. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le module de commande du transistor de puissance comprend une alimentation intégrée et un ensemble de résistances et de transistors configurés pour émettre ledit signal de commande sur l'électrode d'entrée du transistor de puissance en fonction du signal de consigne.
L'invention concerne également un système de chauffage comprenant :
- un dispositif de chauffage électrique ; - une alimentation de puissance configurée pour permettre d'alimenter ledit dispositif de chauffage électrique ;
- un transistor de puissance agencé pour autoriser ou empêcher l'alimentation dudit dispositif de chauffage électrique ;
- un circuit de pilotage du transistor de puissance tel que décrit ci-dessus.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit dispositif de chauffage électrique comprend plusieurs éléments de chauffage électrique montés en parallèle.
L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue d'un système de chauffage électrique comprenant un circuit de pilotage connu de l'état de la technique ;
- la figure 2 est une vue d'un système de chauffage électrique comprenant un circuit de pilotage conforme à un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 représente, dans le cadre du système de chauffage électrique connu de la figure 1 , un graphique donnant la tension V4' du signal de commande en fonction du temps, et un graphique donnant la tension VG à la borne du condensateur CG raccordée à l'entrée du transistor de puissance ;
- la figure 4 représente, dans le cadre du système de chauffage électrique de la figure 2 conforme à l'invention, un graphique donnant la tension V4 du signal de sortie en fonction du temps, un graphique donnant la tension Vc en entrée du circuit de mise à la masse électrique, et un graphique donnant la tension VG à la borne du condensateur CG raccordée à l'entrée du transistor de puissance.
En référence aux figures et comme rappelé ci-dessus, l'invention concerne un système de chauffage électrique comprenant un dispositif de chauffage électrique 2. Ledit dispositif de chauffage électrique 2 peut comprendre un ou plusieurs éléments de chauffage électrique montés en parallèle.
Le système comprend une alimentation de puissance 1 qui peut être conçue pour délivrer un courant supérieur à 10A. Selon un mode de réalisation l'alimentation est apte à délivrer un courant de l'ordre de 90A. Ladite alimentation de puissance est configurée pour permettre d'alimenter ledit dispositif de chauffage électrique 2.
Un transistor, appelé transistor de puissance 3, est disposé sur le circuit d'alimentation dudit dispositif de chauffage électrique 2 pour autoriser ou empêcher l'alimentation dudit dispositif de chauffage électrique 2. Ledit transistor peut être un transistor à effet de champ à grille isolée plus couramment nommé MOSFET (acronyme anglais de Métal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) ou encore un transistor bipolaire à grille isolée, couramment nommé IGBT (acronyme anglais de Insulated Gâte Bipolar Transistor). Le transistor comprend une électrode de sortie reliée au dispositif de chauffage électrique 2 et une électrode de sortie reliée à la masse électrique.
Le dispositif comprend un circuit de pilotage du transistor de puissance. Ledit circuit de pilotage comprend une alimentation 4 par modulation de largeur d'impulsion, appelée alimentation 4. L'alimentation 4 est configurée pour générer un signal de consigne à modulation de largeur d'impulsion. Le signal de consigne généré présente un rapport cyclique noté a. Le signal de consigne (comme le signal de commande) présente une fréquence f4 inférieure à 600Hz, de préférence comprise entre 60 et 600 Hz. La fréquence du signal de consigne peut être choisie en fonction du nombre d'éléments du dispositif de chauffage électrique.
Pour rappel, le rapport cyclique, noté a, représente le temps de fermeture du transistor de puissance. La période du signal de consigne étant notée T, avec T=1 /f4, le dispositif de chauffage électrique sera alimenté durant aT et durant T- aT, le dispositif de chauffage électrique ne sera pas alimenté. Le signal de consigne, sur la base duquel est généré le signal de commande comme détaillé ci-après, permet d'obtenir un pourcentage de la puissance maximale du dispositif de chauffage électrique correspondant au rapport de cycle a. Par exemple si le rapport cyclique a est fixé à 30%, le dispositif de chauffage électrique délivrera 30% de sa puissance maximale. Le circuit de pilotage comprend aussi un module de commande 5 du transistor de puissance 3 configuré pour commander le transistor de puissance 3 en générant un signal de commande, qui est fonction dudit signal de consigne, sur l'électrode d'entrée du transistor de puissance 3. Pour ralentir la commutation du transistor de puissance, le circuit de pilotage comprend un filtre RC 6, comprenant une résistance RG et un condensateur CG, interposé entre le module de commande 5 et l'électrode d'entrée du transistor de puissance 3. A titre d'exemple, on peut choisir une résistance RG de 13k Ω (kilo Ohms) et un condensateur CG de 47 nF (nano farads).
Le circuit de pilotage comprend un circuit 7, 8, 9 de commande de fermeture configuré pour, pendant au moins une partie du temps durant lequel le signal de consigne est à l'état bas, court-circuiter le condensateur CG du filtre RC 6. Selon un mode de réalisation préféré, le système de chauffage électrique comprend un seul transistor de puissance utilisé comme interrupteur d'alimentation d'une pluralité d'éléments, tels que des résistances, du dispositif de chauffage électrique. Le transistor de puissance est alors conçu pour passer un fort courant par exemple de l'ordre de 90 ampères et le circuit de pilotage doit être conçu pour permettre de piloter le passage de ce fort courant tout en limitant le risque de perturbation électromagnétique.
Le circuit de commande de fermeture comprend plusieurs sous-circuits, à savoir : un circuit retardateur 7, un circuit d'activation 8 et un circuit de mise à la masse électrique 9.
Ledit circuit retardateur 7 comprend un filtre RC présentant, d'une part, une résistance R7, dont une borne est raccordée à la sortie de l'alimentation 4, en particulier entre l'alimentation 4 et le module de commande 5, et, d'autre part, un condensateur C7 dont une borne est raccordée à la masse électrique et l'autre borne est raccordée à un point entre l'autre borne de la résistance R7 et l'entrée du circuit d'activation 8. A titre d'exemple, on peut choisir une valeur de la résistance R7 de 1 0 kQ (kilo Ohms) et une valeur du condenseur C7 de 4,7 nF (nano farads).
Le circuit d'activation 8 comprend une première résistance R81 et une deuxième résistance R82 présentant un point de connexion entre elles. Une alimentation intégrée, correspondant à une alimentation basse tension, ici de 5 Volts, est raccordée à la borne de la première résistance R81 opposée au point de connexion avec la deuxième résistance R82. A titre d'exemple, on peut choisir une valeur de la résistance R81 de 1 k Ω (kilo Ohms) et une valeur de la résistance R82 de 1 k Ω (kilo Ohms).
Ledit circuit d'activation 8 comprend aussi un transistor T8 dont l'électrode d'entrée est raccordée à un point de connexion entre la résistance R7 et le condensateur C7 du circuit retardateur 7. Une électrode de sortie du transistor T8 est raccordée à la masse électrique, et l'autre électrode de sortie est raccordée au point de connexion entre la première résistance R81 et la deuxième résistance R82. Ledit transistor T8 est de préférence un transistor MOSFET. Ledit circuit de mise à la masse électrique 9 comprend une résistance R9 et un transistor T9. Ledit transistor T9 est un transistor bipolaire. L'électrode d'entrée du transistor T9 est raccordée à la deuxième résistance R82 dudit circuit d'activation 8. Ladite résistance R9 est, d'un côté, connectée à une sortie du transistor T9 et de l'autre à la borne du condensateur CG qui est raccordée à l'entrée du transistor 3 de puissance. L'autre sortie du transistor T9 est raccordée à la masse électrique, de même que l'autre borne du condensateur CG. La résistance R9 est choisie suffisamment petite, par exemple 200 ohms, de sorte que, lorsque le transistor T9 est passant, le condensateur CG est court-circuité par le circuit de mise à la masse électrique 9.
Le circuit retardateur 7 est configuré pour que le condenseur C7 emmagasine une charge électrique, lorsque le signal de consigne est à l'état haut, et pour, pendant au moins une partie du temps durant lequel le signal de consigne est à l'état bas, alimenter le transistor T8 du circuit d'activation 8 pour activer le circuit de mise à la masse électrique afin de court-circuiter le condensateur CG du filtre RC 6.
Autrement dit, le circuit d'activation 8 est interposé entre ledit circuit retardateur 7, connecté en sortie de l'alimentation 4, et ledit circuit de mise à la masse électrique 9. Ledit circuit de mise à la masse électrique 9 est raccordé en parallèle du condensateur C7 du filtre RC 6.
En particulier, à l'état haut du signal de consigne, ledit circuit retardateur 7 charge le condensateur C7, et, à l'état bas du signal de consigne, le condensateur C7 se décharge et active ainsi l'entrée du transistor T8 du circuit d'activation 8. Lorsqu'il est activé, ledit circuit d'activation 8 alimente l'entrée du transistor T9 du circuit de mise à la masse électrique 9 de manière à court- circuiter le condensateur CG.
Le module de commande 5 du transistor de puissance 3 comprend une alimentation intégrée. L'alimentation intégrée correspond à une alimentation basse tension, ici de 12 Volts, et un ensemble de résistances et de transistors, de préférence bipolaires. Ce module de commande est configuré pour émettre un signal de commande, qui présente sur une période aT un niveau haut à 12V et sur une période T-αΤ un niveau bas à 0V, sur l'électrode d'entrée du transistor de puissance 3 en fonction du signal de consigne. Le signal de consigne présente sur la période aT un niveau haut à 5V et sur la période T-aT un niveau bas à 0V. Grâce au circuit de pilotage décrit ci-dessus, et comme l'illustre la figure 4 qui donne la tension V4 du signal de consigne, la tension Vc en entrée du transistor du circuit de mise à la masse électrique 9, et la tension à la borne VG du condensateur qui est connectée à l'entrée du transistor de puissance 3, on constate que, à l'état bas du signal de consigne, la décharge de la capacité du filtre RC 6 ralentit la chute de la tension VG à la grille, jusqu'à ce que le circuit d'activation 8 soit alimenté par le condensateur C7 et active le circuit de mise à la masse électrique 9 le temps que le signal de consigne reprenne un état haut. La mise à la mase du condensateur CG permet ainsi de ramener la tension VG à 0V de manière à entraîner l'ouverture de l'interrupteur formé par le transistor 3.
Un tel circuit de pilotage permet de piloter des interrupteurs semi-conducteurs (MOSFET, IGBT...) avec une commutation lente et à une faible fréquence en Modulation de Largeur d'Impulsion de manière à réduire le risque de perturbation électromagnétique tout en conservant un encombrement réduit et avec un risque réduit d'échauffement du transistor, en particulier lorsque le taux de cycle se rapproche de 1 . Ce circuit peut aussi être avantageusement utilisé lorsque le taux de cycle se rapproche de 0.
Le dispositif de chauffage électrique trouve une application particulièrement avantageuse dans le cas où ledit dispositif est utilisé comme dispositif de chauffage électrique additionnel installé dans un boîtier d'appareil de chauffage, ventilation et/ou climatisation, encore appelés HVAC (pour Heating, Ventilation and Air Conditioning en anglais), utilisé dans le secteur automobile.
Bien qu'au moins un mode de réalisation de l'invention ait été illustré et décrit, il convient de noter que d'autres modifications, substitutions et alternatives apparaissent à l'homme de l'art et peuvent être changées sans sortir de la portée de l'objet décrit ici.
La présente demande envisage de couvrir toutes les adaptations et variations des modes de réalisation décrits ci-dessus. De plus, le terme « comprenant » n'exclut pas d'autres dispositifs ou étapes et le terme « un » n'exclut pas le pluriel. En outre, des caractéristiques ou étapes qui ont été décrites en référence à l'un des modes de réalisation exposés ci-dessus peuvent également être utilisées en combinaison avec d'autres caractéristiques ou étapes d'autres modes de réalisation exposés ci-dessus. On notera qu'il faut inclure dans la portée du brevet toutes les modifications envisagées ci-dessus dans la mesure où elles font partie de la contribution des inventeurs à l'art antérieur. De telles modifications, substitutions et alternatives peuvent être réalisées sans sortir du cadre et de l'esprit de la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Circuit de pilotage pour un système de chauffage comprenant un dispositif de chauffage électrique (2), une alimentation de puissance (1 ) configurée pour permettre d'alimenter ledit dispositif de chauffage électrique (2), et un transistor de puissance (3) qui comprend une électrode d'entrée et qui est agencé pour autoriser ou empêcher l'alimentation dudit dispositif de chauffage électrique (2), ledit circuit de pilotage comprenant :
- une alimentation (4) par modulation de largeur d'impulsion configurée pour générer un signal de consigne;
- un module de commande (5) du transistor de puissance (3) configuré pour commander le transistor de puissance (3) par émission d'un signal de commande, fonction dudit signal de consigne, sur l'électrode d'entrée du transistor de puissance (3) ;
- un filtre RC (6), comprenant une résistance RG et un condensateur CG, interposé entre le module de commande (5) et l'électrode d'entrée du transistor de puissance (3) ;
caractérisé en ce que le dispositif comprend un circuit (7, 8, 9) de commande de fermeture configuré pour, pendant au moins une partie du temps durant lequel le signal de consigne est à l'état bas, court-circuiter le condensateur (CG) du filtre RC (6).
2. Circuit de pilotage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le signal de consigne présente une fréquence inférieure à 600Hz, de préférence comprise entre 60 et 600 Hz.
3. Circuit de pilotage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit (7, 8, 9) de commande de fermeture comprend un circuit retardateur (7), un circuit d'activation (8) et un circuit de mise à la masse électrique (9), ledit circuit retardateur (7) étant configuré pour emmagasiner une charge électrique lorsque le signal de consigne est à l'état haut, et pour, pendant au moins une partie du temps durant lequel le signal de consigne est à l'état bas, alimenter le circuit d'activation pour activer le circuit de mise à la masse électrique afin de court-circuiter le condensateur du filtre RC (6).
4. Circuit de pilotage selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'entrée du circuit retardateur (7) est connectée à la sortie de l'alimentation (4) par modulation de largeur d'impulsion, et ledit circuit d'activation (8) est interposé entre ledit circuit retardateur (7) et ledit circuit de mise à la masse électrique (9), ledit circuit de mise à la masse électrique (9) étant raccordé en parallèle du condensateur (C7) du filtre Rc (6).
5. Circuit de pilotage selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit circuit retardateur (7) comprend un filtre RC présentant une résistance (R7) dont une borne est raccordée à la sortie de l'alimentation (4) par modulation de largeur d'impulsion, et un condensateur (C7) dont une borne est raccordée à la masse électrique et dont l'autre borne est raccordée à l'autre borne de la résistance (R7) et à l'entrée du circuit d'activation (8).
6. Circuit de pilotage selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ledit circuit d'activation (8) comprend :
- une alimentation intégrée;
- une première résistance (81 ) et une deuxième résistance (82), une borne de la première résistance (81 ) étant raccordée à l'alimentation intégrée et l'autre borne de la première résistance (81 ) étant raccordée à une borne de la deuxième résistance (82) ;
- un transistor (T8) comprenant une électrode d'entrée qui est raccordée à un point de connexion entre la résistance (R7) et le condensateur (C7) du circuit retardateur (7), ledit transistor présentant une électrode de sortie raccordée à la masse électrique, et une autre électrode de sortie étant raccordée au point de connexion entre la première résistance (R81 ) et la deuxième résistance (R82).
7. Circuit de pilotage selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que ledit circuit de mise à la masse électrique (9) comprend une résistance (R9) et un transistor (T9) comprenant une électrode d'entrée qui est raccordée à la deuxième résistance (R82) dudit circuit d'activation (8), ladite résistance du circuit de mise à la masse étant, d'un côté, connectée à une sortie dudit transistor et, de l'autre côté, connectée à la borne du condensateur (CG) qui est raccordée à l'entrée du transistor de puissance (3), l'autre sortie du transistor du circuit de mise à la masse étant raccordée à la masse électrique.
8. Circuit de pilotage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de commande (5) du transistor de puissance (3) comprend une alimentation intégrée et un ensemble de résistances et de transistors configurés pour émettre un signal de commande sur l'électrode d'entrée du transistor de puissance (3) en fonction du signal de consigne.
9. Système de chauffage comprenant :
- un dispositif de chauffage électrique (2) ;
- une alimentation de puissance (1 ) configurée pour permettre d'alimenter ledit dispositif de chauffage électrique (2) ;
- un transistor de puissance (3) agencé pour autoriser ou empêcher l'alimentation dudit dispositif de chauffage électrique (2);
- un circuit de pilotage du transistor de puissance conforme à l'une des revendications précédentes.
10. Système de chauffage électrique selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit dispositif de chauffage électrique (2) comprend plusieurs éléments de chauffage électrique montés en parallèle.
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