WO2019138195A1 - Dispositif électronique de commande électrique d'une charge inductive - Google Patents

Dispositif électronique de commande électrique d'une charge inductive Download PDF

Info

Publication number
WO2019138195A1
WO2019138195A1 PCT/FR2019/050055 FR2019050055W WO2019138195A1 WO 2019138195 A1 WO2019138195 A1 WO 2019138195A1 FR 2019050055 W FR2019050055 W FR 2019050055W WO 2019138195 A1 WO2019138195 A1 WO 2019138195A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
transistor
electronic device
interface
transistors
power
Prior art date
Application number
PCT/FR2019/050055
Other languages
English (en)
Inventor
William LAPIERRE
Lucien Le Curieux-Belfond
David Bonneau
Julien Berthelot
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques filed Critical Valeo Systemes Thermiques
Publication of WO2019138195A1 publication Critical patent/WO2019138195A1/fr

Links

Classifications

    • 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
    • H03K17/163—Soft switching
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/6877—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the control circuit comprising active elements different from those used in the output circuit

Definitions

  • the description relates to the field of power electronics (particularly automotive) and energy conversion. It relates more specifically to electronic control devices for inductive loads, in particular for brushless electric motors. Such commands are intended in particular to vary the speed of said motors by varying the average voltage at their terminals.
  • Such electronic devices include a microcontroller for managing a control algorithm, certain protections, and communication with the engine environment.
  • driver circuit for driving power components.
  • This control circuit generally integrates power supply circuits of control components, circuits for the close protection of power components, analog measuring circuits (currents and voltages) or the hardware interface for communication with the electric motor. .
  • microcontroller and the control circuit can be realized either by using two separate circuits, or by using a single circuit integrating the functions of microcontroller and control circuit.
  • the solution of using two separate circuits offers greater flexibility and is suitable for controlling power components consuming a lot of power, or for controlling power components used in a hostile environment (especially in case of temperature high ambient temperature, eg above 100 ° C).
  • the power to be dissipated is in fact spread over two housings distinct, which works better.
  • the invention aims to improve the situation.
  • One aspect of the invention relates to an electronic device for electrical control of an inductive load, comprising:
  • control circuit and an interface connecting the power transistor to the control circuit in order to drive it, the interface comprising two transistors and three resistors.
  • Such an electronic device is advantageous in that it makes it possible to implement an amplification of a control signal of the power transistor outside the control circuit and thus to reduce the heat dissipated by the control circuit. It is thus conceivable to integrate a microcontroller to the control circuit (within the same chip) without being confronted with a problem of insufficient heat dissipation.
  • the device This electronic device therefore makes it possible in particular to control a high power MOSFET or IGBT transistor with a limited power control circuit. In particular, it makes it possible to drive a MOSFET or IGBT transistor having high gate load values (for example greater than 150nC).
  • the output current capacity of the control circuit is increased thanks to the interface (and more specifically thanks to its transistors).
  • the device according to the invention may comprise one or more of the following characteristics taken alone or in combination.
  • One aspect of the invention relates to an electronic device in which the power transistor is a MOSFET transistor.
  • One aspect of the invention relates to an electronic device in which the power transistor is N-type, enriched.
  • One aspect of the invention relates to an electronic device in which the power transistor is an IGBT transistor.
  • One aspect of the invention relates to an electronic device in which the transistors of the interface are bipolar transistors.
  • One aspect of the invention relates to an electronic device in which a first of the transistors of the interface is an NPN transistor and a second of the transistors of the interface is a PNP transistor.
  • One aspect of the invention relates to an electronic device in which the emitter of the first transistor is connected to the gate of the power transistor through a first of the resistors of the interface, and in which the emitter of the second transistor is connected to the gate of the power transistor through a second of the resistors of the interface.
  • One aspect of the invention relates to an electronic device wherein the bases of the first and second transistors are short-circuited and are connected to the driver circuit through a third resistance of the interface.
  • the control circuit is connected to the gate of the power transistor.
  • One aspect of the invention relates to an electronic device in which the collector of the second transistor is connected to the source of the power transistor.
  • One aspect of the invention relates to an electronic device in which the collector of the first transistor is connected to a source of supply voltage.
  • the power source of the control circuit is provided for the control of the power transistor or via an auxiliary power supply (a regulated power supply, a charge pump or a so-called "bootstrap" power supply).
  • auxiliary power supply a regulated power supply, a charge pump or a so-called "bootstrap” power supply.
  • One aspect of the invention relates to an electronic device comprising three pairs of power transistors and three pairs of interfaces, the collector of the second transistor of a first interface of each pair of interfaces being connected to the drain of the power transistor. associated with the second interface of each pair of interfaces, the collector of the second transistor of the second interface of each pair of interfaces being connected to ground.
  • FIG. 1 represents a detail of an electronic control device for electric control of an inductive load of the prior art
  • FIG. 2 represents an electronic device for electrical control of an inductive load according to the prior art of FIG. 1;
  • FIG. 3 represents a detail of an electronic device for electrical control of an inductive load (for example a three-phase brushless motor) according to one embodiment of the invention
  • FIG. 4 represents an electronic device for electrical control of an inductive load according to the embodiment of the invention of FIG. 3 (for example used to drive a single power component).
  • FIG. 1 represents a detail of an electronic control device for electric control of an inductive load of the prior art.
  • the device comprises a control circuit DRV, a power transistor M1 (in this case MOSFET type), and an interface 11 arranged to enable the control of the power transistor M1.
  • the interface 11 comprises two resistors R1 and R2 as well as a diode D1.
  • FIG. 2 represents an electronic device for electrical control of an inductive load according to the prior art of FIG. 1.
  • the electronic device comprises a control circuit DRV, six interfaces 11, I2, I3, I4, I5 and I6, all identical to the interface 11 of Figure 1, and six power transistors M1, M2, M3, M4, M5 and M6, all identical to the power transistor M1 of Figure 1.
  • the electronic device of Figure 2 is powered including by a voltage source VCC, GND. It is protected by a C1 polarized capacitor.
  • FIG. 3 represents a detail of an electronic device for electrical control of an inductive load according to one embodiment of the invention.
  • the device comprises a control circuit DRV, a power transistor M1 (in this case of MOSFET type), and an amplification interface AU arranged to enable control of the power transistor M1.
  • the AU interface comprises two transistors Q1 and Q2, and three resistors R1, R2 and R3.
  • FIG. 4 represents an electrical control device for an inductive load according to the prior art of FIG. 3.
  • the electronic device comprises a control circuit DRV, six amplification interfaces AU, AI2, AI3, AI4, AI5 and AI6, all identical to the AU interface of Figure 1, and six power transistors M1, M2, M3, M4, M5 and M6, all identical to the power transistor M1 of Figure 3.
  • the electronic device of Figure 4 is powered in particular by a voltage source VCC, GND. It is protected by a C1 polarized capacitor.
  • an electronic device for the electrical control of an inductive load comprises a power transistor M1 (or a fortiori more than one power transistor).
  • the device also includes a DRV driver circuit (which may be a conventional driver circuit). It finally comprises an AU interface connecting the power transistor M1 to the control circuit DRV in order to control it.
  • It can a fortiori include more than one interface (especially in the presence of several power transistors).
  • This AU interface comprises two transistors Q1 and Q2, and three resistors R1, R2 and R3. The two transistors amplify the signal transmitted to the power transistor M1.
  • the AU interface is therefore an amplification interface.
  • the electronic device thus prevents strong currents (of the order of those coming out of transistors Q1 and Q2) from circulating in the control circuit, which then has less heat to dissipate.
  • the controlled inductive load is for example a polyphase brushless motor (for example a three-phase motor).
  • the power transistor M1 of an electronic device according to the first embodiment is a MOSFET transistor.
  • the power transistor M1 of an electronic device is an N-type transistor, enrichment. It may be in particular a type BSC080N03LS transistor of the company Infineon.
  • This model of transistors has a maximum RDSON of 8mQ.
  • the acronym RDSON comes from the expression Resistance Drain Source ON, where ON signifies activation in English and designates the mode in which the MOSFET transistor is closed. When the MOSFET transistor is closed, it can thus be assimilated (between its drain and its source) to an RDSON resistor whose value can fluctuate depending on the operating parameters of the MOSFET transistor, but which remains below 8m ⁇ .
  • Such a transistor can withstand a constant drain current of 53A, and punctually (for very short periods) much higher currents (of the order of 200A).
  • the power transistor M1 of an electronic device according to the first embodiment is an IGBT transistor (acronym derived from the English "Insulated Gaste Bipolar" Transistor ", meaning insulated gate bipolar transistor.)
  • An IGBT transistor combines the advantages of simplicity of control of the field effect transistor technology with respect to the bipolar transistor, and low conduction losses of the bipolar transistor, especially for voltages.
  • the IGBT transistor is mounted identically to a MOSFET transistor, MOSFET transistor assemblies being described below .
  • the gate of the IGBT transistor corresponds then at the gate of the MOSFET transistor, the collector of the IGBT transistor corresponds to the drain of the MOSFET transistor (N type), and the emitter of the IGBT transistor corresponds to the source of the MOSFET transistor (N type), the IGBT amount in place of the MOSFET transistor.
  • the transistors Q1 and Q2 of the AU interface of an electronic device according to one of the first to the fourth embodiments are bipolar transistors.
  • a first (Q1) of the transistors of the AU interface is an NPN transistor.
  • This transistor is a general-purpose NPN transistor (as an amplifier or as a switch in particular), which operates between -55 ° C and + 150 ° C and accepts the following maximum input parameters at 25 ° C: 200mA of collector current , 6V of transmitter-base voltage, 60V of collector-base voltage, and 40V of collector-emitter voltage.
  • a second (Q2) of the transistors of the AU interface is a PNP transistor.
  • the two complementary switching bipolar transistors Q1 and Q2 have capacities adapted to the current requirements for controlling the power transistor M1.
  • a current of 200 mA peak can be cited for one capacitance Qg of the order of 100nC, or a current of 700 mA peak for a Qg capacity of 400Nc, for an equivalent switching time.
  • Discrete transistors Q1 and Q2 can be used. But it is also possible to use a complementary pair of NPN and PNP transistors of a housing comprising multiple complementary pairs of transistors, in order to facilitate the integration of the AU interface (and if necessary other interfaces of the same type or identical) on a printed circuit.
  • the transistor Q1 provides the energy necessary for the closing of the power transistor M1.
  • the transistor Q2 evacuates the energy to enable the blocking (opening) of this power transistor M1.
  • the emitter of the first transistor Q1 is connected to the gate of the power transistor M1 through a first (R1) resistors of the AU interface.
  • the emitter of the second transistor Q2 is connected to the gate of the power transistor M1 through a second (R2) of the resistors of the interface AU.
  • R1 is a conduction resistor of the power transistor M1.
  • R2 is a blocking resistor of the power transistor M1.
  • the bases of the first and second transistors Q1 and Q2 of an electronic device according to the seventh embodiment are short-circuited and are connected to the driver circuit through a third resistor R3 of the AU interface.
  • the resistor R3 is advantageously of high value with respect to the resistors R1 and R2. It makes it possible to reduce the output current of the driver circuit of the transistors by a factor close to 50 depending on the gain of the transistors Q1 and Q2 used.
  • the power dissipated to control the power transistor M1 is thus offset in components external to the control circuit DRV, namely in particular the resistors R1 and R2, and the transistors Q1 and Q2.
  • the gain of the transistors Q1 and Q2 may be close to 100. In this case, in order to generate 100 mA to the transistors Q1 and Q2, it suffices for the driver circuit to inject a control signal of 1 mA into the transistors Q1 and Q2 (without counting the supply of transistors Q1 and Q2).
  • the collector of the second transistor Q2 of an electronic device according to the seventh or eighth embodiment is connected to the source of the power transistor M1.
  • an electronic device is connected to a supply voltage source, for example to the + Vbat terminal of a motor vehicle battery, for example via an auxiliary power supply (a regulated power supply a charge pump or a so-called "bootstrap" supply).
  • this voltage source is connected to the collector of the first transistor Q1 bypassing the control circuit DRV.
  • the power supply of the first transistor Q1 does not then come from the control circuit DRV, which is likely to reduce the energy dissipated by the control circuit.
  • an electronic device according to one of the first to tenth embodiments comprises a plurality of power transistors M1, M2, M3, M4, M5, M6 identical to each other.
  • this plurality of power transistors and interfaces is grouped in pairs, each pair (of two power transistors and two associated interfaces) controlling for example a respective phase of a brushless motor.
  • an electronic device implementing all of the third, sixth and eleventh embodiments comprises three pairs of power transistors ( ⁇ M1, M2 ⁇ , ⁇ M3, M4 ⁇ and ⁇ M5, M6 ⁇ ) and three pairs of interfaces ( ⁇ AU, AI2 ⁇ , ⁇ AI3, AI4 ⁇ , ⁇ AI5, AI6 ⁇ ).
  • the collector of the second transistor Q2 of a first interface AU, of each pair of interfaces ⁇ AU, AI2 ⁇ is connected to the drain of the power transistor M2 associated with the second interface AI2 of each pair of interfaces.
  • the collector of the second transistor Q2 of the second interface AI2 of each pair of interfaces is connected to ground.
  • the following values are advantageously noted for the resistances: Ri of the order of 47W, R2 of the order of 22W and R3 of the order of 2KW.

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

La description se rapporte notamment à un dispositif électronique de commande électrique d'une charge inductive, comprenant : - un transistor de puissance (M1), - un circuit de pilotage (DRV) et - une interface (AI1) reliant le transistor de puissance (M1) au circuit de pilotage (DRV) afin de le piloter, l'interface (AI1) comprenant deux transistors (Q1, Q2) et trois résistances (R1, R2, R3).

Description

Dispositif électronique de commande électrique d’une charge inductive
La description se rapporte au domaine de l’électronique de puissance (notamment automobile) et de la conversion d’énergie. Elle se rapporte plus spécifiquement aux dispositifs électroniques de commande électrique pour charges inductives, en particulier pour moteurs électriques sans balais. De telles commandes visent notamment à faire varier la vitesse desdits moteurs en faisant varier la tension moyenne à leurs bornes.
Habituellement, de tels dispositifs électroniques comprennent un microcontrôleur pour la gestion d’un algorithme de pilotage, de certaines protections, et de la communication avec l’environnement du moteur.
Ils comprennent également, de façon conventionnelle, un circuit de pilotage ("driver" en anglais) pour piloter des composants de puissance. Ce circuit de pilotage intègre généralement des circuits d’alimentation de composants de commande, des circuits de protection rapprochée de composants de puissance, des circuits analogiques de mesure (de courants et de tensions) ou encore l’interface matérielle de communication avec le moteur électrique.
Ils comprennent enfin un étage de puissance ("inverter" en anglais) comprenant des transistors MOSFET ou des transistors IGBT, ainsi que des composants de filtrage.
Le microcontrôleur et le circuit de pilotage peuvent être réalisés soit en utilisant deux circuits distincts, soit en utilisant un seul circuit intégrant les fonctions de microcontrôleur et de circuit de pilotage.
La solution qui consiste à utiliser deux circuits séparés offre une plus grande flexibilité et est adaptée pour la commande de composants de puissance consommant beaucoup d'énergie, ou encore pour la commande de composants de puissance utilisés dans un environnement hostile (notamment en cas de température ambiante élevée, par exemple au-delà de 100°C). La puissance à dissiper est en effet répartie sur deux boîtiers distincts, ce qui fonctionne mieux.
La solution qui consiste à utiliser un circuit unique intégrant le microcontrôleur et le circuit de pilotage dans un même boîtier doit dissiper la totalité des pertes. Certes, un circuit unique dissipe souvent moins d'énergie que la somme de deux circuits remplissant collectivement la même fonction. Mais le fait que cette énergie, le cas échéant légèrement inférieure, doive être dissipée via une surface plus faible, pose des problèmes. Il n'est pas possible de dissiper autant d'énergie sur une petite surface que sur une surface beaucoup plus importante. En pratique, l'usage d'un circuit unique pour le microcontrôleur et le circuit de pilotage se limite donc au pilotage de composants de puissance consommant peu d'énergie, ou alors est prévu pour un environnement à température ambiante suffisamment basse pour permettre la dissipation requise.
L'invention vise à améliorer la situation.
Un aspect de l'invention se rapporte à un dispositif électronique de commande électrique d'une charge inductive, comprenant :
- un transistor de puissance,
- un circuit de pilotage et - une interface reliant le transistor de puissance au circuit de pilotage afin de le piloter, l'interface comprenant deux transistors et trois résistances.
Un tel dispositif électronique est avantageux en ce qu'il permet de mettre en œuvre une amplification d'un signal de commande du transistor de puissance en dehors du circuit de pilotage et ainsi de diminuer la chaleur dissipée par le circuit de pilotage. Il est ainsi envisageable d'intégrer un microcontrôleur au circuit de pilotage (au sein d'une même puce) sans être confronté à un problème de dissipation de chaleur insuffisante. Le dispositif électronique permet donc notamment de commander un transistor MOSFET ou IGBT de forte puissance avec un circuit de pilotage limité en puissance. Il permet en particulier de piloter un transistor MOSFET ou IGBT présentant de fortes valeurs de charge de grille (par exemple supérieur à 150nC). La capacité en courant de sortie du circuit de pilotage est accrue grâce à l'interface (et plus spécifiquement grâce à ses transistors).
Le dispositif selon l’invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison.
Un aspect de l'invention se rapporte à un dispositif électronique dans lequel le transistor de puissance est un transistor MOSFET.
Un aspect de l'invention se rapporte à un dispositif électronique dans lequel le transistor de puissance est de type N, à enrichissement.
Un aspect de l'invention se rapporte à un dispositif électronique dans lequel le transistor de puissance est un transistor IGBT. Un aspect de l'invention se rapporte à un dispositif électronique dans lequel les transistors de l'interface sont des transistors bipolaires.
Un aspect de l'invention se rapporte à un dispositif électronique dans lequel un premier des transistors de l'interface est un transistor NPN et un deuxième des transistors de l'interface est un transistor PNP. Un aspect de l'invention se rapporte à un dispositif électronique dans lequel l'émetteur du premier transistor est connecté à la grille du transistor de puissance à travers une première des résistances de l'interface, et dans lequel l'émetteur du deuxième transistor est connecté à la grille du transistor de puissance à travers une deuxième des résistances de l'interface. Un aspect de l'invention se rapporte à un dispositif électronique dans lequel les bases des premier et deuxième transistors sont en court-circuit et sont connectées au circuit de pilotage à travers une troisième résistance de l'interface. De préférence, le circuit de pilotage est relié à la grille du transistor de puissance.
Le fait de mettre les deux bases ensemble assure une autoprotection en tension inverse base émetteur pour les deux transistors. Un aspect de l'invention se rapporte à un dispositif électronique dans lequel le collecteur du deuxième transistor est relié à la source du transistor de puissance.
Un aspect de l'invention se rapporte à un dispositif électronique dans lequel le collecteur du premier transistor est relié à une source de tension d'alimentation.
La source d’alimentation du circuit de pilotage est prévue pour la commande du transistor de puissance ou via une alimentation auxiliaire (une alimentation régulée, une pompe à charge ou une alimentation dite « bootstrap »). Un aspect de l'invention se rapporte à un dispositif électronique comprenant :
- une pluralité de transistors de puissance identiques les uns aux autres et
- une pluralité d'interfaces identiques les unes aux autres, associées respectivement à chacun des transistors de puissance.
Un aspect de l'invention se rapporte à un dispositif électronique comprenant trois paires de transistors de puissance et trois paires d'interfaces, le collecteur du deuxième transistor d'une première interface de chaque paire d'interfaces étant relié au drain du transistor de puissance associé à la deuxième interface de chaque paire d'interfaces, le collecteur du deuxième transistor de la deuxième interface de chaque paire d'interfaces étant relié à la masse. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente un détail de dispositif électronique de commande électrique d'une charge inductive de l'art antérieur ;
- la figure 2 représente un dispositif électronique de commande électrique d'une charge inductive selon l'art antérieur de la figure 1 ;
- la figure 3 représente un détail de dispositif électronique de commande électrique d'une charge inductive (par exemple un moteur sans balais triphasé) selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 4 représente un dispositif électronique de commande électrique d'une charge inductive selon le mode de réalisation de l'invention de la figure 3 (par exemple utilisé pour piloter un composant de puissance unique).
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque élément mentionné dans le cadre d'un mode de réalisation ne concerne que ce même mode de réalisation, ou que des caractéristiques de ce mode de réalisation s'appliquent seulement à ce mode de réalisation.
La figure 1 représente un détail de dispositif électronique de commande électrique d'une charge inductive de l'art antérieur. Le dispositif comprend un circuit de pilotage DRV, un transistor de puissance M1 (en l'espèce de type MOSFET), et une interface 11 agencée pour permettre le pilotage du transistor de puissance M1. L'interface 11 comprend deux résistances R1 et R2 ainsi qu'une diode D1. La figure 2 représente un dispositif électronique de commande électrique d'une charge inductive selon l'art antérieur de la figure 1. Le dispositif électronique comprend un circuit de pilotage DRV, six interfaces 11 , I2, I3, I4, I5 et I6, toutes identiques à l'interface 11 de la figure 1 , et six transistors de puissance M1 , M2, M3, M4, M5 et M6, tous identiques au transistor de puissance M1 de la figure 1. Le dispositif électronique de la figure 2 est alimenté notamment par une source de tension VCC, GND. Il est protégé par un condensateur polarisé C1.
La figure 3 représente un détail de dispositif électronique de commande électrique d'une charge inductive selon un mode de réalisation de l'invention. Le dispositif comprend un circuit de pilotage DRV, un transistor de puissance M1 (en l'espèce de type MOSFET), et une interface d'amplification AU agencée pour permettre le pilotage du transistor de puissance M1. L'interface AU comprend deux transistors Q1 et Q2, ainsi que trois résistances R1 , R2 et R3.
La figure 4 représente un dispositif électronique de commande électrique d'une charge inductive selon l'art antérieur de la figure 3. Le dispositif électronique comprend un circuit de pilotage DRV, six interfaces d'amplification AU , AI2, AI3, AI4, AI5 et AI6, toutes identiques à l'interface AU de la figure 1 , et six transistors de puissance M1 , M2, M3, M4, M5 et M6, tous identiques au transistor de puissance M1 de la figure 3. Le dispositif électronique de la figure 4 est alimenté notamment par une source de tension VCC, GND. Il est protégé par un condensateur polarisé C1.
Selon un premier mode de réalisation, un dispositif électronique de commande électrique d'une charge inductive comprend un transistor de puissance M1 (ou a fortiori plus d'un transistor de puissance). Le dispositif comprend aussi un circuit de pilotage DRV (qui peut être un circuit de pilotage conventionnel). Il comprend enfin une interface AU reliant le transistor de puissance M1 au circuit de pilotage DRV afin de le piloter. Il peut a fortiori comprendre plus d'une interface (notamment en présence de plusieurs transistors de puissance). Cette interface AU comprend deux transistors Q1 et Q2, ainsi que trois résistances R1 , R2 et R3. Les deux transistors permettent d'amplifier le signal transmis au transistor de puissance M1. L'interface AU est donc une interface d'amplification. Le dispositif électronique évite ainsi que des courants forts (de l'ordre de ceux qui sortent des transistors Q1 et Q2) aient à circuler dans le circuit de pilotage, qui a alors moins de chaleur à dissiper.
La charge inductive pilotée est par exemple un moteur sans balais polyphasé (par exemple un moteur triphasé).
Selon un deuxième mode de réalisation, le transistor de puissance M1 d'un dispositif électronique selon le premier mode de réalisation est un transistor MOSFET.
Selon un troisième mode de réalisation, le transistor de puissance M1 d'un dispositif électronique selon le deuxième mode de réalisation est un transistor de type N, à enrichissement. Il peut s'agir notamment d'un transistor de type BSC080N03LS de la société Infineon. Ce modèle de transistors présente une RDSON maximale de 8mQ. L'acronyme RDSON provient de l'expression Résistance Drain Source ON, ON signifiant activation en anglais et désignant le mode dans lequel le transistor MOSFET est fermé. Lorsque le transistor MOSFET est fermé, il peut ainsi être assimilé (entre son drain et sa source) à une résistance RDSON dont la valeur peut fluctuer en fonction des paramètres d'utilisation du transistor MOSFET, mais qui reste inférieure à 8mQ. Un tel transistor peut supporter un courant de drain constant de 53A, et de manière ponctuelle (pendant des périodes très brèves) des courants très supérieurs (de l'ordre de 200A).
Selon un quatrième mode de réalisation, le transistor de puissance M1 d'un dispositif électronique selon le premier mode de réalisation est un transistor IGBT (acronyme provenant de l’anglais "Insulated Gâte Bipolar Transistor", signifiant transistor bipolaire à grille isolée). Un transistor IGBT combine les avantages de simplicité de commande de la technologie du transistor à effet de champ par rapport au transistor bipolaire, et des faibles pertes par conduction du transistor bipolaire, notamment pour des tensions VCC élevées là ou les transistors MOSFET présentent un RDSON trop important. Selon une mise en oeuvre possible, le transistor IGBT est monté de manière identique à un transistor MOSFET, des montages de transistors MOSFET étant décrits ci-après. La grille du transistor IGBT correspond alors à la grille du transistor MOSFET, le collecteur du transistor IGBT correspond au drain du transistor MOSFET (de type N), et l'émetteur du transistor IGBT correspond à la source du transistor MOSFET (de type N), l’IGBT se montant en lieu et place du transistor MOSFET.
Selon un cinquième mode de réalisation, les transistors Q1 et Q2 de l'interface AU d'un dispositif électronique selon l'un des premier au quatrième modes de réalisation sont des transistors bipolaires.
En particulier, selon un sixième mode de réalisation, dans un dispositif électronique selon le cinquième mode de réalisation, un premier (Q1 ) des transistors de l'interface AU est un transistor NPN. Il s'agit par exemple d'un transistor 2N3904 de la société Fairchild. Ce transistor est un transistor NPN à usage général (comme amplificateur ou comme interrupteur notamment), qui fonctionne entre -55 °C et +150°C et qui accepte les paramètres d'entrée maximaux suivants à 25 °C : 200mA de courant de collecteur, 6V de tension émetteur-base, 60V de tension collecteur-base, et 40V de tension collecteur-émetteur. Un deuxième (Q2) des transistors de l'interface AU est un transistor PNP.
Les deux transistors bipolaires de commutation complémentaires Q1 et Q2 sont de capacités adaptées aux besoins en courant pour commander le transistor de puissance M1.
On peut citer comme exemple un courant de 200mA pic pour une capacité Qg de l’ordre de 100nC, ou encore un courant de 700 mA pic pour une capacité Qg de 400Nc, pour un temps de commutation équivalent.
Des transistors discrets Q1 et Q2 peuvent être utilisés. Mais il est également possible d'utiliser une paire complémentaire de transistors NPN et PNP d'un boîtier comprenant de multiples paires complémentaires de transistors, afin de faciliter l’intégration de l'interface AU (et le cas échéant d'autres interfaces du même type voire identiques) sur un circuit imprimé.
Le transistor Q1 fournit l’énergie nécessaire à la fermeture du transistor de puissance M1. Le transistor Q2 évacue l’énergie pour permettre le blocage (ouverture) de ce transistor de puissance M1.
Selon un septième mode de réalisation, dans un dispositif électronique mettant en oeuvre à la fois le sixième et le troisième modes de réalisation, l'émetteur du premier transistor Q1 est connecté à la grille du transistor de puissance M1 à travers une première (R1 ) des résistances de l'interface AU . De même, l'émetteur du deuxième transistor Q2 est connecté à la grille du transistor de puissance M1 à travers une deuxième (R2) des résistances de l'interface AU .
R1 est une résistance de mise en conduction du transistor de puissance M1. R2 est une résistance de blocage du transistor de puissance M1. Ces résistances R1 et R2, par un réglage de leurs valeurs respectives, permettent de régler indépendamment le temps de mise en conduction du transistor de puissance M1 et le temps de blocage du transistor de puissance M1. Un tel réglage permet d’optimiser (réduire au maximum) les pertes (résultant en un échauffement) dues à la commutation du transistor de puissance M1 et d'améliorer la performance CEM globale du dispositif électronique.
Selon un huitième mode de réalisation, les bases des premier et deuxième transistors Q1 et Q2 d'un dispositif électronique selon le septième mode de réalisation sont en court-circuit et sont connectées au circuit de pilotage à travers une troisième résistance R3 de l'interface AU .
La résistance R3 est avantageusement de valeur élevée par rapport aux résistances R1 et R2. Elle permet de réduire le courant de sortie du circuit de pilotage des transistors par un facteur voisin de 50 fonction du gain des transistors Q1 et Q2 utilisés. La puissance dissipée pour commander le transistor de puissance M1 est ainsi déportée dans des composants externes au circuit de pilotage DRV, à savoir notamment les résistances R1 et R2, et les transistors Q1 et Q2.
Le gain des transistors Q1 et Q2 peut être voisin de 100. Dans cette hypothèse, pour faire générer 100mA aux transistors Q1 et Q2, il suffit que le circuit de pilotage injecte un signal de commande de 1 mA dans les transistors Q1 et Q2 (sans compter l'alimentation des transistors Q1 et Q2).
Selon un neuvième mode de réalisation, le collecteur du deuxième transistor Q2 d'un dispositif électronique selon le septième ou huitième mode de réalisation est relié à la source du transistor de puissance M1.
Selon un dixième mode de réalisation, le collecteur du premier transistor
Q1 d'un dispositif électronique selon l'un des septième au neuvième modes de réalisation est relié à une source de tension d'alimentation, par exemple à la borne +Vbat d'une batterie de véhicule automobile, par exemple via une alimentation auxiliaire (une alimentation régulée une pompe à charge ou une alimentation dite « bootstrap »). Selon une mise en oeuvre possible, cette source de tension est connectée au collecteur du premier transistor Q1 en contournant le circuit de pilotage DRV. L'alimentation du premier transistor Q1 ne provient alors pas du circuit de pilotage DRV, ce qui est de nature à réduire l'énergie dissipée par le circuit de pilotage. Selon un onzième mode de réalisation, un dispositif électronique selon l'un des premier au dixième modes de réalisation comprend une pluralité de transistors de puissance M1 , M2, M3, M4, M5, M6 identiques les uns aux autres. Il comprend également une pluralité d'interfaces AU , AI2, AI3, AI4, AI5, AI6 identiques les unes aux autres, associées respectivement à chacun des transistors de puissance M1 , M2, M3, M4, M5, M6. Selon une mise en oeuvre possible, cette pluralité de transistors de puissance et d'interfaces est groupée par paires, chaque paire (de deux transistors de puissances et de deux interfaces associées) commandant par exemple une phase respective d'un moteur sans balais.
Selon un douzième mode de réalisation, un dispositif électronique mettant en oeuvre l'ensemble des troisième, sixième et onzième modes de réalisation comprend trois paires de transistors de puissance ({M1 , M2}, {M3, M4} et {M5, M6}) et trois paires d'interfaces ({AU , AI2}, {AI3, AI4}, {AI5, AI6}). Le collecteur du deuxième transistor Q2 d'une première interface AU , de chaque paire d'interfaces {AU , AI2} est relié au drain du transistor de puissance M2 associé à la deuxième interface AI2 de chaque paire d'interfaces. Le collecteur du deuxième transistor Q2 de la deuxième interface AI2 de chaque paire d'interfaces est relié à la masse. On note avantageusement les valeurs suivantes pour les résistances : Ri de l’ordre de 47W, R2 de l’ordre de 22W et R3 de l’ordre de 2KW.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif électronique de commande électrique d'une charge inductive, comprenant :
- un transistor de puissance (M1 ),
- un circuit de pilotage (DRV) et
- une interface (AU ) reliant le transistor de puissance (M1 ) au circuit de pilotage (DRV) afin de le piloter, l'interface (AU ) comprenant deux transistors (Q1 , Q2) et trois résistances
(R1 , R2, R3).
2. Dispositif électronique selon la revendication 1 , dans lequel le transistor de puissance (M1 ) est un transistor MOSFET, un transistor IGBT ou de type N, à enrichissement
3. Dispositif électronique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les transistors (Q1 , Q2) de l'interface (AU ) sont des transistors bipolaires.
4. Dispositif électronique selon la revendication 3, dans lequel un premier (Q1 ) des transistors de l'interface (AU ) est un transistor NPN et un deuxième (Q2) des transistors de l'interface (AU ) est un transistor
PNP.
5. Dispositif électronique selon la revendication 4 lorsqu'elle dépend de la revendication 3, dans lequel l'émetteur du premier transistor (Q1 ) est connecté à la grille du transistor de puissance (M1 ) à travers une première (R1 ) des résistances de l'interface (AU ), et dans lequel l'émetteur du deuxième transistor (Q2) est connecté à la grille du transistor de puissance (M1 ) à travers une deuxième (R2) des résistances de l'interface (AU ).
6. Dispositif électronique selon la revendication 5, dans lequel les bases des premier et deuxième transistors (Q1 , Q2) sont en court-circuit et sont connectées au circuit de pilotage à travers une troisième résistance (R3) de l'interface (AU ).
7. Dispositif électronique selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le collecteur du deuxième transistor (Q2) est relié à la source du transistor de puissance (M1 ).
8. Dispositif électronique selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel le collecteur du premier transistor (Q1 ) est relié à une source de tension d'alimentation.
9. Dispositif électronique selon l'une des revendications précédentes, comprenant :
- une pluralité de transistors de puissance (M1 , M2, M3, M4, M5, M6) identiques les uns aux autres et
- une pluralité d'interfaces (AU , AI2, AI3, AI4, AI5, AI6) identiques les unes aux autres, associées respectivement à chacun des transistors de puissance (M1 , M2, M3, M4, M5, M6).
10. Dispositif électronique selon la revendication 9 lorsqu'elle dépend des revendications 3 et 4, comprenant trois paires de transistors de puissance (M1 , M2, M3, M4, M5, M6) et trois paires d'interfaces (AU , AI2, AI3, AI4, AI5, AI6), le collecteur du deuxième transistor d'une première interface (AU , AI3, AI5) de chaque paire d'interfaces étant relié au drain du transistor de puissance (M2, M4, M6) associé à la deuxième interface (AI2, AI4, AI6) de chaque paire d'interfaces, le collecteur du deuxième transistor de la deuxième interface (AI2, AI4, AI6) de chaque paire d'interfaces étant relié à la masse.
PCT/FR2019/050055 2018-01-15 2019-01-11 Dispositif électronique de commande électrique d'une charge inductive WO2019138195A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1850302 2018-01-15
FR1850302A FR3079088B1 (fr) 2018-01-15 2018-01-15 Dispositif electronique de commande electrique d'une charge inductive.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019138195A1 true WO2019138195A1 (fr) 2019-07-18

Family

ID=62067667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2019/050055 WO2019138195A1 (fr) 2018-01-15 2019-01-11 Dispositif électronique de commande électrique d'une charge inductive

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3079088B1 (fr)
WO (1) WO2019138195A1 (fr)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002125363A (ja) * 2000-10-12 2002-04-26 Fuji Electric Co Ltd 電力用半導体素子のゲート駆動回路
US20110273206A1 (en) * 2010-05-06 2011-11-10 Lsis Co., Ltd. Switching gate driver
DE112012007247T5 (de) * 2012-12-21 2015-10-08 Mitsubishi Electric Corporation Ansteuerschaltung für ein Schaltelement, Leistungsmodul und Kraftfahrzeug
US20160173094A1 (en) * 2014-12-10 2016-06-16 Hyundai Mobis Co., Ltd. Gate driver circuit and gate driving method for prevention of arm short

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002125363A (ja) * 2000-10-12 2002-04-26 Fuji Electric Co Ltd 電力用半導体素子のゲート駆動回路
US20110273206A1 (en) * 2010-05-06 2011-11-10 Lsis Co., Ltd. Switching gate driver
DE112012007247T5 (de) * 2012-12-21 2015-10-08 Mitsubishi Electric Corporation Ansteuerschaltung für ein Schaltelement, Leistungsmodul und Kraftfahrzeug
US20160173094A1 (en) * 2014-12-10 2016-06-16 Hyundai Mobis Co., Ltd. Gate driver circuit and gate driving method for prevention of arm short

Also Published As

Publication number Publication date
FR3079088A1 (fr) 2019-09-20
FR3079088B1 (fr) 2021-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2002054167A1 (fr) Regulateur de tension a stablite amelioree
EP2276173B1 (fr) Dispositif de commande d'un transistor de puissance
FR2819652A1 (fr) Regulateur de tension a rendement ameliore
EP2092643B1 (fr) Element de pont redresseur synchrone, pont redresseur synchrone correspondant et utilisation
EP2044681B1 (fr) Circuit d'alimentation d'un moteur pourvu d'un organe assurant une commutation de puissance, une protection contre une inversion de polarites et une limitation du courant d'appel d'un élément capacitif
EP3531228B1 (fr) Circuit de commande d'interrupteurs de puissance
FR2572600A1 (fr) Stabilisateur electronique de tension, utilisable en particulier dans l'automobile, avec protection contre les surtensions transitoires de polarite opposee a celle du generateur
EP1992069B1 (fr) Dispositif de commande d'un transistor mos
EP3298686A1 (fr) Système et procéd'e de dissipation de l'énergie électrique régénerée par des actionneurs
WO2019138195A1 (fr) Dispositif électronique de commande électrique d'une charge inductive
FR2769771A1 (fr) Dispositif pour le redressement synchrone d'un alternateur
EP0060164B1 (fr) Amplificateur linéaire à faible consommation et à large bande, fonctionnant en classe A glissante, et circuit comportant au moins un tel amplificateur
FR2832261A1 (fr) Dispositif de protection de charges alimentees par un alternateur
EP3900187B1 (fr) Systeme d'interrupteur comprenant un dispositif de limitation de courant
FR2634916A1 (fr) Circuit de commande de variation de puissance avec plusieurs transistors de puissance en parallele
EP1113352B1 (fr) Dispositif de régulation
EP3523867B1 (fr) Circuit de decharge d'un système electrique haute tension
EP1915821A2 (fr) Dispositif de commande d'un transistor haute tension, en particulier un transistor mos d'un generateur haute tension radio-frequence pour l'allumage commande d'un moteur a combustion interne
FR2872648A1 (fr) Amplificateur a transconductance rapide
WO2016124334A1 (fr) Circuit electronique de commande d'un demi-pont en h
EP3726731B1 (fr) Circuit de commande de transistors
FR3081265A1 (fr) Circuit de protection d’un interrupteur
EP3804137A1 (fr) Système d'interrupteur avec un circuit de limitation de tension, bras de commutation et convertisseur électrique
EP2991225A1 (fr) Relais statique de commande d'un démarreur électrique de véhicule automobile et démarreur électrique de véhicule automobile correspondant
FR3065340A1 (fr) Protection de mosfets de puissance

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19703166

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19703166

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1