WO2023001995A1 - Systeme de commutation et convertisseur de tension ou engin de mobilite comprenant un tel systeme de commutation - Google Patents

Systeme de commutation et convertisseur de tension ou engin de mobilite comprenant un tel systeme de commutation Download PDF

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WO2023001995A1
WO2023001995A1 PCT/EP2022/070569 EP2022070569W WO2023001995A1 WO 2023001995 A1 WO2023001995 A1 WO 2023001995A1 EP 2022070569 W EP2022070569 W EP 2022070569W WO 2023001995 A1 WO2023001995 A1 WO 2023001995A1
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WO
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terminal
side switch
switch
control
output terminal
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/070569
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English (en)
Inventor
Faissal MATAICH
Nicolas ALLALI
Emmanuel Talon
Jean François JOLIET
Original Assignee
Valeo Systemes De Controle Moteur
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Publication date
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    • 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
    • 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Definitions

  • the present invention relates to a switching system as well as a mobility device or a voltage converter comprising such a switching system.
  • a switching arm comprising a high side switch and a low side switch, each switch having an input terminal, an output terminal and a control terminal for selectively opening and closing the switch between its input and its output terminal, the input terminal of the high side switch being intended to be connected to a first power supply, the output terminal of the low side switch being intended to be connected to an electrical ground , a first end of the output terminal of the high side switch being connected at a midpoint to a first end of the input terminal of the low side switch, said first end of the output terminal of the high side switch being closest to said low side switch input terminal, said first end of the low side switch input terminal being closest to said low side switch output terminal inter high side breaker, and
  • a switch control device comprising a first and a second control terminal and a first and a second reference terminal, the control device being designed to present a control voltage between the first control terminal and the first terminal reference terminal, respectively between the second control terminal and the second reference terminal for selectively opening and closing the high side switch, respectively the low side switch, the first control terminal being connected to the control terminal of the high side, the second control terminal being connected to the control terminal of the low side switch, the second reference terminal being connected to the output terminal of the low side switch, the first reference terminal being connected to a second end of the output terminal of the high side switch, said second end of the output terminal of the side switch high being furthest from said first end of the high side switch output terminal.
  • the object of the invention is to at least partially overcome the problem of potential deterioration of the control device without deteriorating the performance of the switching system.
  • a switching system comprising:
  • a switching arm comprising a high side switch and a low side switch, each switch having an input terminal, an output terminal and a control terminal for selectively opening and closing the switch between its input and its output terminal, the input terminal of the high side switch being intended to be connected to a first power supply, the output terminal of the low side switch being intended to be connected to an electrical ground , a first end of the output terminal of the high side switch being connected at a midpoint to a first end of the input terminal of the low side switch, said first end of the output terminal of the high side switch being closest to said low side switch input terminal, said first end of the low side switch input terminal being closest to said output terminal of the high side switch, and
  • a switch control device comprising a first and a second control terminal and a first and a second reference terminal, the control device being designed to present a control voltage between the first control terminal and the first terminal reference terminal, respectively between the second control terminal and the second reference terminal for selectively opening and closing the high side switch, respectively the low side switch, the first control terminal being connected to the control terminal of the high side, the second control terminal being connected to the control terminal of the low side switch, the second reference terminal being connected to the output terminal of the low side switch, the first reference terminal being connected at a second end of the high side switch output terminal, said second end of the high side switch output terminal being l a further away from said first end of the output terminal of the high side switch, the switching system being characterized in that the first reference terminal of the control device is also connected to a second end of the terminal of low side switch current input, said second end of the low side switch current input terminal being farthest from said first end of the low side switch current input terminal low side.
  • the potential of the second end of the current input terminal of the low side switch is brought back to the level of the first reference terminal of the control device, which has the effect of limiting the voltage drop at this first reference terminal and thus limiting the risks of damaging the control device without damaging the efficiency of the switching system.
  • a switching system according to the invention may also comprise one or more of the following optional characteristics, taken in isolation or else according to any technically possible combination.
  • the connection between the first reference terminal and the second end of the current input terminal of the low side switch is direct or is made via a capacitor.
  • connection is said to be direct when it is made without having recourse to a component, for example by the use of a simple track on an electronic card or by wiring.
  • the output terminal and/or the input terminal of the high side switch is a flat surface, for example of rectangular shape.
  • the output terminal and/or the input terminal of the low side switch is a flat surface, for example of rectangular shape.
  • the resistive part of the impedance of the connection between the first reference terminal of the control device and the second end of the current input terminal of the low side switch is smaller, preferably between 10 and 100 times smaller, even more preferably between 10 and 1000 times smaller than the resistive part of the impedance of the connection between the first reference terminal of the control device and the second end of the output terminal of the high side switch.
  • the switching system further comprises an inductance connected by one of its terminals to said midpoint.
  • the switching system further comprises a resistor, the connection between the first reference terminal and the second end of the output terminal of the high side switch taking place via said resistance.
  • the high side switch and/or said low side switch are transistors, for example MOSFET transistors (insulated gate field effect transistor from the English "Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor FET transistors (Field-effect transistor) in gallium nitride or IGBT transistors (Insulated Gate Bipolar Transistor)
  • MOSFET transistors insulated gate field effect transistor from the English "Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor FET transistors (Field-effect transistor) in gallium nitride or IGBT transistors (Insulated Gate Bipolar Transistor)
  • a DC/DC or DC/AC voltage converter comprising a switching system according to the first aspect of the invention. It is also proposed, according to a third aspect of the invention, an electrical system comprising a voltage converter according to the second aspect of the invention, this electrical system further comprising the first power supply.
  • the electrical system further comprises the electrical ground.
  • a motorized system comprising a DC/AC voltage converter according to the second aspect of the invention and an electric motor comprising a rotor and a stator, this stator comprising at least one phase, said phase being connected by one of its terminals to said midpoint.
  • the motorized system further comprises the electrical ground.
  • the motorized system further comprising the first power supply.
  • a mobility device comprising a motorized system according to the fourth aspect of the invention or an electrical system according to the third aspect of the invention or a voltage converter DC/DC (“Direct Current/Direct Current”) or DC/AC (“Direct Current/Alternating Current”) according to the second aspect of the invention.
  • DC/DC Direct Current/Direct Current
  • DC/AC Direct Current/Alternating Current
  • a mobility device is, for example, a motorized land vehicle, an aircraft or a drone.
  • a land motor vehicle is for example a motor vehicle, a motorcycle or a motorized bicycle.
  • FIG. 1 is an electrical block diagram of an electrical system according to a first embodiment of the invention
  • the [Fig. 2] is an electrical circuit illustrating a voltage conversion cell of the DC/DC voltage converter of the electrical system of Figure 1
  • the [Fig. 3] is an implementation diagram on an electronic card of the control device and of a conversion cell of the DC/DC voltage converter of the electrical system of Figure 1
  • the [Fig. 4] is an electrical block diagram of a motorized system according to a second embodiment of the invention.
  • the [Fig. 5] is an electrical circuit illustrating a voltage conversion cell of the DC/DC voltage converter of the electrical system of Figure 1 according to a variant embodiment of the invention.
  • FIG. 1 an electrical system 100 intended to equip a mobility device, for example a motor vehicle, will now be described according to a first embodiment of the invention.
  • the system 100 firstly comprises an electrical ground M, a DC voltage source 102 (such as a battery) designed to supply a high voltage HT (for example 48 V) with respect to the electrical ground M, a load 104 capable of being electrically supplied by a low voltage BT (for example 12 V) with respect to the electrical ground M.
  • a DC voltage source 102 such as a battery
  • HT high voltage
  • a load 104 capable of being electrically supplied by a low voltage BT (for example 12 V) with respect to the electrical ground M.
  • the high voltage HT is greater than the low voltage BT.
  • the system 100 also comprises a DC/DC voltage converter 106.
  • the DC / DC voltage converter 106 firstly comprises a ground terminal B M connected to the electrical ground M, a high voltage terminal B HT connected to the DC voltage source 102 in order to present the high voltage HT with respect to the electrical ground M, a low voltage terminal B BT connected to the load 104 in order to present the low voltage BT with respect to the electrical ground M.
  • the DC/DC voltage converter 106 further comprises a capacitor Ci connected between the electrical ground M and the low voltage terminal BBT.
  • the DC/DC voltage converter 106 further comprises at least one voltage conversion cell connected to the ground terminal B M and in parallel between the high voltage terminal B HT and the low voltage terminal B BT for perform a conversion between HV high voltage and LV low voltage.
  • the DC/DC voltage converter 106 comprises three voltage conversion cells connected in parallel.
  • each IO81-3 cell is a switching cell.
  • the DC/DC voltage converter 106 further comprises a DC control device designed to control the IO8 cells 1-3 by means of DC commands 1-3 .
  • Each IO81-3 cell has a switch arm with a high side switch 202 and a low side switch 204.
  • Each of these switches 202, 204 has an input terminal, an output terminal and a control terminal intended to selectively open and close the switch between its input terminal and its output terminal.
  • the switches 202, 204 are for example transistor switches such as silicon MOSFET transistors (Si-MOSFET) or silicon carbide (SiC-MOSFET).
  • the input terminal, respectively the output terminal of the switch 202, 204 is constituted by the drain, respectively by the source of the MOSFET transistor.
  • the control terminal of the switch 202, 204 is constituted by the gate of the MOSFET transistor.
  • These two transistor switches 202, 204 are connected to each other at a midpoint 206.
  • This electrical connection has parasitic inductances Lpi, Lp 2 due to the electrical connection between the two transistor switches 202, 204 and to the very structure of the two transistor switches 202, 204.
  • these MOSFET transistors have a case, for example, in accordance with the MO-299 standard in force on the priority date of this patent application and published by the JEDEC organization ("Joint Electron Device Engineering Council”).
  • the gate, the source and the drain of these MOSFET transistors are made in the form of flat copper connection pins.
  • These planar connection pins have, for example, as a first approximation, a substantially rectangular shape.
  • Such planar copper connection pins generate, due to their dimensions, parasitic inductances Lpbi, Lpb 2 which are added to the parasitic electrical connection inductances between the two transistor switches 202, 204 to form the parasitic inductances Lpi, Lp 2 .
  • These parasitic inductances are respectively traversed by the currents and i ⁇ so that voltages V1 and V 2 appear respectively at their terminals.
  • the switching arm is electrically connected between the high voltage terminal B H T and the ground terminal B M to receive the high voltage HT.
  • the MOSFET transistor 202 is of the N type, its source is electrically connected to the midpoint 206 and its drain to the high voltage terminal B H T.
  • the MOSFET transistor 204 is of the N type, its source is electrically connected to the ground terminal B M and its drain is electrically connected to the midpoint 206.
  • Each cell I O81-3 further comprises an inductor 208 electrically connecting the low voltage terminal BBT to the midpoint 206 and a capacitor 21 0 connecting the low voltage terminal BBT to the electrical ground M, for example directly or else , as shown, being connected to the ground terminal B M .
  • the cells 1 08i-3 do not include a capacitor 21 0.
  • the DC control device comprises a first control terminal BC1 and a second control terminal BC2 as well as a first reference terminal BR1 and a second reference terminal BR 2 .
  • the first control terminal BC1 is connected to the gate of the transistor 202 and the first reference terminal BR1 is connected directly or via a resistor R to the terminal of the parasitic inductance Lpi which is not not connected to midpoint 206.
  • first reference terminal BR1 is also connected to terminal A of parasitic inductance Lp 2 which is not connected to midpoint 206.
  • the second control terminal BC2 is connected to the gate of transistor 204 and the second reference terminal BR 2 is connected to the source of transistor 204.
  • the DC control device is designed to control the IO81-3 cells by means of CC1-3 commands. More specifically, the commands are in the form of a control voltage between the first control terminal BC1 and the first reference terminal BR1 to selectively open and close the transistor 202 and in the form of a control voltage between the second control terminal BC2 and the second reference terminal BR 2 to selectively open and close the transistor 204.
  • the commands CC1-3 are reference voltages emitted by the control device DC and intended to be applied between the gate and the source of the transistors forming the switches 202 and 204.
  • each cell I O81-3 is designed to be controlled by commands CC1-3 to alternately open and close transistors 202 and 204, in opposition to each other according to a duty cycle in order to convert the HV high voltage into LV low voltage.
  • the commands CC1-3 are issued by the DC control device and they are phase shifted by T/3 where T is the period of the operating cycle of the DC/DC voltage converter 106.
  • T is the period of the operating cycle of the DC/DC voltage converter 106.
  • the first duty cycle within each of the cells IO81-3 is identical but the commands of the transistors are phase-shifted by T/3 from one cell to another.
  • the DC control device is also soldered to the electronic board CE so that the connection pins corresponding to the first control terminal BC1 and to the second control terminal BC2 as well as to the first reference terminal BR1 and to the second reference terminal BR 2 are also connected to tracks of the electronic card CE.
  • a track P1 electrically connects a first end of the connection pin realizing the source S of the transistor 202 to a first end of the connection pin realizing the drain D of the transistor 204 at a midpoint 206.
  • connection pin forming the source S of transistor 202 and the connection pin forming the drain D of transistor 204 have substantially rectangular shapes.
  • the first end of the connection pin realizing the source S of the transistor 202 and connected to the midpoint 206 is the end spatially closest to the connection pin realizing the drain D of the transistor 204.
  • the first end the pin login realizing drain D of transistor 204 and connected to midpoint 206 is the end spatially closest to the connection pin realizing source S of transistor 202.
  • the first reference terminal BRi is connected by a track P2 to a second end of the connection pin forming the source S of transistor 202.
  • This second end of the connection pin forming the source S of transistor 202 is the end furthest spatially from the first end of the connection pin forming the source S of the transistor 202.
  • the physical distance of the first and the second end of the connection pin realizing the source S of the transistor 202 is at the origin of the parasitic inductance Lpbi.
  • the first reference terminal BRi is connected by a track P3 to a second end of the connection pin forming the drain D of transistor 204.
  • This second end of the connection pin forming the drain D of transistor 204 is the end that is farthest away spatially from the first end of the connection pin forming the drain D of transistor 204.
  • the physical distance of the first and the second end of the connection pin forming the drain D of the transistor 204 is at the origin of the parasitic inductance Lpb2.
  • the potential at point A would be equal to the sum of the potential of the first reference terminal BRi and of the two voltages Vi and V 2 (assuming zero resistance R).
  • the DC control device commands the transistor 202 to open while the average switched current i (see FIG. 2) leaves the midpoint 206 to go towards the inductance 208, the two voltages Vi and V 2 are positive since the current ⁇ decreases while current i 2 increases.
  • the potential of point A is less negative than that of the first reference terminal BRi.
  • Track P3 therefore makes it possible, at the time of switching on the opening of transistor 202, to bring the electric potential of point A (less impedant than the source of transistor 202) to the level of first reference terminal BRi so as to limit the voltage drop related to the opening of transistor 202 at this first reference terminal BRi. Furthermore, the addition of a non-zero resistor R makes it possible to amplify the previous effect so that the voltage drop at the level of the first reference terminal BRi during switching on the opening of the transistor 202 is even less.
  • control device is less likely to be damaged during switching on the opening of transistor 202.
  • a motorized system 200 intended to equip a mobility device, for example a motor vehicle, will now be described according to a second embodiment of the invention.
  • the motorized system 200 firstly comprises a DC voltage source 102' comprising a positive terminal and a negative terminal, the latter being generally connected to an electrical ground, denoted M1 in the figure, such as a chassis of the motor vehicle.
  • the DC voltage source 102' is designed to provide a DC input voltage E between these terminals, for example around 48 V.
  • the motorized system 200 further comprises a rotating electric machine 104' comprising stator phases U, V, W of which, in the example described, respective first ends are connected to a same neutral point N.
  • the rotary electrical machine 104' is part of an alternator-starter coupled to a heat engine (not shown) of the motor vehicle.
  • the rotating electrical machine 104' is thus designed to operate alternately in motor mode in which it assists the heat engine and in alternator mode in which it transforms part of the mechanical energy generated by the heat engine into electrical energy to recharge the heat source.
  • DC voltage 102' is thus designed to operate alternately in motor mode in which it assists the heat engine and in alternator mode in which it transforms part of the mechanical energy generated by the heat engine into electrical energy to recharge the heat source.
  • the motorized system 200 further comprises a DC/AC voltage converter 106′ connected, on the one hand, to the terminals of the DC voltage source 102′ and, on the other hand, to the rotating electric machine 104′ .
  • the voltage converter 106' comprises switching arms respectively associated with the stator phases U, V, W.
  • Each switching arm comprises a high side switch IH connected to the positive terminal of the DC voltage source 102' and a low side switch IB connected to the negative terminal of the DC voltage source 102'.
  • the high side switch and the low side switch are further connected to each other at a midpoint Pu, Pv, Pw connected to the associated stator phase U, V, W.
  • the high side and low side switches are for example transistor switches such as silicon MOSFET transistors (Si-MOSFET) or silicon carbide (SiC-MOSFET).
  • the electrical connection at the midpoint between the MOSFET transistors has parasitic inductances Lp′i, Lp′ 2 (not shown) due to the electrical connection between these two transistors and to the actual structure of these two transistors.
  • Each switching arm is intended to be controlled to switch between two configurations.
  • the high side switch In the first, called high configuration, the high side switch is closed and the low side switch is open so that the input voltage E is applied to a second end of the associated stator phase U, V, W .
  • the second, known as the low configuration the high side switch is open and the low side switch is closed so that zero voltage is applied to the second end of the associated U, V, W stator phase.
  • the voltage converter 106' is intended to be controlled to cause each arm to switch between these two configurations, so as to supply electrical energy to the rotary electrical machine 104' when it is desired that it operates in motor mode and to supply electrical energy to the DC voltage source 102' when it is desired that the rotating electrical machine 104' operates in alternator mode.
  • the motorized system 200 further includes a DC' control system for the voltage converter 106'.
  • the DC' control system comprises a first control terminal and a second control terminal as well as a first reference terminal and a second reference terminal.
  • the control device DC' controls the voltage converter 106' by means of a control voltage between the first control terminal and the first reference terminal to selectively open and close the transistor forming the high side and in the form of a control voltage between the second control terminal and the second reference terminal for selectively opening and closing the transistor forming the low side switch.
  • the first control terminal is connected to the gate of the transistor forming the high side switch and the first reference terminal is connected directly or via a resistor R to the terminal of the 'stray inductance Lp'i which is not connected to the midpoint.
  • the first reference terminal is also connected to terminal A' of parasitic inductance Lp' 2 which is not connected to the midpoint.
  • resistor R has a value between 1 and 100W.
  • the second control terminal is connected to the gate of the transistor performing the low side switch and the second reference terminal is connected to the source of the transistor performing the low side switch.
  • the electrical connection between the first reference terminal and the terminal of the parasitic inductance Lp' 2 which is not connected to the midpoint allows, at the time of switching on opening of the transistor forming the switch to high side to bring the electric potential of point A' to the level of the first reference terminal so as to limit the voltage drop at the level of this first reference terminal.
  • control device DC′ is less likely to be damaged when switching on the opening of the transistor forming the high side switch.
  • Cells 108' I-3 comprise components identical to those described in FIG. 2. These identical components are arranged according to the same architecture and bear the same reference numerals.
  • the first reference terminal BRi is connected to the terminal A of the parasitic inductance Lp 2 via a capacitor CL.
  • this capacitance CL makes it possible to reduce the influence of parasitic inductance, usually less than 0.1 W, generated by the connection between terminal A and reference terminal BRi.
  • the capacitor CL has a value between 100nF and 1pF, this value depending on the switching frequency, generally between 1 and 100MHz, of the high side 202 and low side 204 switches. It will also be noted that the invention is not limited to the embodiments described above. It will indeed appear to those skilled in the art that various modifications can be made to the embodiments described above, in the light of the teaching which has just been disclosed to them. Thus, for example, instead of being MOSFET transistors, the high side and low side switches in the two embodiments presented can be gallium nitride FET transistors or IGBT transistors.
  • planar connection pins can have shapes other than the rectangular shape. Further, one or more of these planar connection pins may be in the form of multiple planar connection surfaces separated from each other.
  • end designates one of these connection surfaces and the spatial relations between the ends mean spatial relations between the connection surfaces belonging to the same connection pin.
  • the terms used must not be interpreted as limiting the invention to the embodiments set out in the present description, but must be interpreted to include therein all the equivalents including the forecast is within the reach of those skilled in the art by applying their general knowledge to the implementation of the teaching which has just been disclosed to them.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

L'invention concerne un système de commutation comprenant un bras de commutation (202, 204) comprenant un interrupteur de côté haut (202) et un interrupteur de côté bas (204), chaque interrupteur (202, 204) présentant une borne d'entrée (D), une borne de sortie (S) et une borne de commande (G) destinée à sélectivement ouvrir et fermer l'interrupteur (202, 204) entre sa borne d'entrée (D) et sa borne de sortie (S), une première extrémité de la borne de sortie (S) de l'interrupteur de côté haut (202) étant connectée en un point milieu (206) à une première extrémité de la borne d'entrée (D) de l'interrupteur de côté bas (204), ladite première extrémité de la borne de sortie (S) de l'interrupteur de côté haut (202) étant la plus proche de ladite borne d'entrée (D) de l'interrupteur de côté bas (204), ladite première extrémité de la borne d'entrée (D) de l'interrupteur de côté bas (204) étant la plus proche de ladite borne de sortie (S) de l'interrupteur de côté haut (202), et un dispositif de contrôle (DC) des interrupteurs (202, 204) comprenant une première et une deuxième borne de contrôle (BC1, BC2) ainsi qu'une première et une deuxième borne de référence (BR1, BR2), le dispositif de commande (DC) étant conçu pour présenter une tension de commande entre la première borne de contrôle (BC1) et la première borne de référence (BR1), respectivement entre la deuxième borne de contrôle (BC2) et la deuxième borne de référence (BR2) pour sélectivement ouvrir et fermer l'interrupteur de côté haut (202), respectivement de côté bas (204), la première borne de référence (BR1) étant connectée à une deuxième extrémité de la borne de sortie (S) de l'interrupteur de côté haut (202), ladite deuxième extrémité de la borne de sortie (S) de l'interrupteur de côté haut (202) étant la plus éloignée de ladite première extrémité de la borne de sortie (S) de l'interrupteur de côté haut (202), le système de commutation étant caractérisé en ce que la première borne de référence (BR1) du dispositif de contrôle (DC) est également connectée à une deuxième extrémité de la borne d'entrée de courant (D) de l'interrupteur de côté bas (204), ladite deuxième extrémité de la borne d'entrée de courant (D) de l'interrupteur de côté bas (204) étant la plus éloignée de ladite première extrémité de la borne d'entrée de courant (D) de l'interrupteur de côté bas (204).

Description

Description
TITRE : SYSTEME DE COMMUTATION ET CONVERTISSEUR DE TENSION OU ENGIN DE MOBILITE COMPRENANT UN TEL SYSTEME DE COMMUTATION
[0001] La présente invention concerne un système de commutation ainsi qu’un engin de mobilité ou un convertisseur de tension comprenant un tel système de commutation.
[0002] De manière connue, de nombreux engins de mobilité tels que par exemple les véhicules automobiles sont équipés d’un système de commutation comprenant :
• un bras de commutation comprenant un interrupteur de côté haut et un interrupteur de côté bas, chaque interrupteur présentant une borne d’entrée, une borne de sortie et une borne de commande destinée à sélectivement ouvrir et fermer l’interrupteur entre sa borne d’entrée et sa borne de sortie, la borne d’entrée de l’interrupteur de côté haut étant destiné à être connectée à une première alimentation électrique, la borne de sortie de l’interrupteur de côté bas étant destinée à être connectée à une masse électrique, une première extrémité de la borne de sortie de l’interrupteur de côté haut étant connectée en un point milieu à une première extrémité de la borne d’entrée de l’interrupteur de côté bas, ladite première extrémité de la borne de sortie de l’interrupteur de côté haut étant la plus proche de ladite borne d’entrée de l’interrupteur de côté bas, ladite première extrémité de la borne d’entrée de l’interrupteur de côté bas étant la plus proche de ladite borne de sortie de l’interrupteur de côté haut, et
• un dispositif de contrôle des interrupteurs comprenant une première et une deuxième borne de contrôle ainsi qu’une première et une deuxième borne de référence, le dispositif de commande étant conçu pour présenter une tension de commande entre la première borne de contrôle et la première borne de référence, respectivement entre la deuxième borne de contrôle et la deuxième borne de référence pour sélectivement ouvrir et fermer l’interrupteur de côté haut, respectivement de côté bas, la première borne de contrôle étant connectée à la borne de commande de l’interrupteur de côté haut, la deuxième borne de contrôle étant connectée à la borne de commande de l’interrupteur de côté bas, la deuxième borne de référence étant connectée à la borne de sortie de l’interrupteur de côté bas, la première borne de référence étant connectée à une deuxième extrémité de la borne de sortie de l’interrupteur de côté haut, ladite deuxième extrémité de la borne de sortie de l’interrupteur de côté haut étant la plus éloignée de ladite première extrémité de la borne de sortie de l’interrupteur de côté haut.
[0003] Dans ces systèmes de commutation connus, le potentiel électrique de la première borne de référence chute fortement de façon transitoire lorsque le dispositif de contrôle commande à l’ouverture l’interrupteur de côté haut alors que le courant moyen commuté par le système de commutation sort du point milieu pour aller vers le composant connecté à ce point milieu.
[0004] Une telle chute de tension au niveau de la première borne de référence est susceptible d’endommager le dispositif de contrôle.
[0005] Pour minimiser l’importance de cette chute de tension, il est connu d’augmenter, lors de l’ouverture de l’interrupteur de côté haut, la résistance de la connexion électrique entre la première borne de contrôle et la borne de commande de cet interrupteur de côté haut. Cette solution présente l’inconvénient de ralentir l’ouverture du transistor de côté haut et ainsi d’augmenter les pertes énergétiques lors de cette ouverture ce qui dégrade le rendement du système de commutation.
[0006] L’invention a pour but de pallier au moins en partie au problème de détérioration potentielle du dispositif de contrôle sans détériorer le rendement du système de commutation.
[0007] À cet effet, il est proposé, selon un premier aspect de l’invention, un système de commutation comprenant :
• un bras de commutation comprenant un interrupteur de côté haut et un interrupteur de côté bas, chaque interrupteur présentant une borne d’entrée, une borne de sortie et une borne de commande destinée à sélectivement ouvrir et fermer l’interrupteur entre sa borne d’entrée et sa borne de sortie, la borne d’entrée de l’interrupteur de côté haut étant destiné à être connectée à une première alimentation électrique, la borne de sortie de l’interrupteur de côté bas étant destinée à être connectée à une masse électrique, une première extrémité de la borne de sortie de l’interrupteur de côté haut étant connectée en un point milieu à une première extrémité de la borne d’entrée de l’interrupteur de côté bas, ladite première extrémité de la borne de sortie de l’interrupteur de côté haut étant la plus proche de ladite borne d’entrée de l’interrupteur de côté bas, ladite première extrémité de la borne d’entrée de l’interrupteur de côté bas étant la plus proche de ladite borne de sortie de l’interrupteur de côté haut, et
• un dispositif de contrôle des interrupteurs comprenant une première et une deuxième borne de contrôle ainsi qu’une première et une deuxième borne de référence, le dispositif de commande étant conçu pour présenter une tension de commande entre la première borne de contrôle et la première borne de référence, respectivement entre la deuxième borne de contrôle et la deuxième borne de référence pour sélectivement ouvrir et fermer l’interrupteur de côté haut, respectivement de côté bas, la première borne de contrôle étant connectée à la borne de commande de l’interrupteur de côté haut, la deuxième borne de contrôle étant connectée à la borne de commande de l’interrupteur de côté bas, la deuxième borne de référence étant connectée à la borne de sortie de l’interrupteur de côté bas, la première borne de référence étant connectée à une deuxième extrémité de la borne de sortie de l’interrupteur de côté haut, ladite deuxième extrémité de la borne de sortie de l’interrupteur de côté haut étant la plus éloignée de ladite première extrémité de la borne de sortie de l’interrupteur de côté haut, le système de commutation étant caractérisé en ce que la première borne de référence du dispositif de contrôle est également connectée à une deuxième extrémité de la borne d’entrée de courant de l’interrupteur de côté bas, ladite deuxième extrémité de la borne d’entrée de courant de l’interrupteur de côté bas étant la plus éloignée de ladite première extrémité de la borne d’entrée de courant de l’interrupteur de côté bas.
[0008] Ainsi, grâce à l’invention, le potentiel de la deuxième extrémité de la borne d’entrée de courant de l’interrupteur de côté bas est ramené au niveau de la première borne de référence du dispositif de contrôle, ce qui a pour effet de limiter la chute de tension au niveau de cette première borne de référence et de limiter ainsi les risques de détériorer le dispositif de contrôle sans détériorer le rendement du système de commutation.
[0009] Un système de commutation selon l’invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou bien selon n’importe quelle combinaison techniquement possible. [0010] De façon optionnelle, la connexion entre la première borne de référence et la deuxième extrémité de la borne d’entrée de courant de l’interrupteur de côté bas est directe ou s’effectue par l’intermédiaire d’une capacité.
[0011] Au sens de l’invention, une connexion est dite directe lorsqu’elle s’effectue sans avoir recours à un composant, par exemple par l’utilisation d’une simple piste sur une carte électronique ou par câblage.
[0012] De façon optionnelle, la borne de sortie et/ou la borne d’entrée de l’interrupteur de côté haut est une surface plane, par exemple de forme rectangulaire.
[0013] De façon optionnelle, la borne de sortie et/ou la borne d’entrée de l’interrupteur de côté bas est une surface plane, par exemple de forme rectangulaire.
[0014] De façon optionnelle, la partie résistive de l’impédance de la liaison entre la première borne de référence du dispositif de contrôle et la deuxième extrémité de la borne d’entrée de courant de l’interrupteur de côté bas est plus petite, préférentiellement entre 10 et 100 fois plus petite, encore plus préférentiellement entre 10 et 1000 fois plus petite que la partie résistive de l’impédance de la liaison entre la première borne de référence du dispositif de contrôle et la deuxième extrémité de la borne de sortie de l’interrupteur de côté haut.
[0015] De façon optionnelle, le système de commutation comprend en outre une inductance connectée par une de ses bornes audit point milieu.
[0016] De façon optionnelle, le système de commutation comprend en outre une résistance, la connexion entre la première borne de référence et la deuxième extrémité de la borne de sortie de l’interrupteur de côté haut s’effectuant par l’intermédiaire de ladite résistance.
[0017] De façon optionnelle, l’interrupteur de côté haut et/ou ledit interrupteur de côté bas sont des transistors, par exemple des transistors MOSFET (transistor à effet de champ à grille isolée de l’anglais «Métal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor») ou des transistors FET (transistor à effet de champ de l’anglais «Field- effect transistor») en nitrure de gallium ou des transistors IGBT (transistor bipolaire à grille isolée de l’anglais «Insulated Gâte Bipolar Transistor»)
[0018] Il est également proposé, selon un deuxième aspect de l’invention, un convertisseur de tension DC/DC ou DC/AC comprenant un système de commutation selon le premier aspect de l’invention. [0019] Il est également proposé, selon un troisième aspect de l’invention, un système électrique comprenant un convertisseur de tensions selon le deuxième aspect de l’invention, ce système électrique comprenant en outre la première alimentation électrique.
[0020] De façon optionnelle, le système électrique comprend en outre la masse électrique.
[0021] Il est également proposé, selon un quatrième aspect de l’invention, un système motorisé comprenant un convertisseur de tension DC/AC selon le deuxième aspect de l’invention et un moteur électrique comportant un rotor et un stator, ce stator comportant au moins une phase, ladite phase étant connectée par une de ses bornes audit point milieu.
[0022] De façon optionnelle, le système motorisé comprend en outre la masse électrique.
[0023] De façon optionnelle, le système motorisé comprenant en outre la première alimentation électrique.
[0024] Il est également proposé, selon un cinquième aspect de l’invention, un engin de mobilité comprenant un système motorisé selon le quatrième aspect de l’invention ou un système électrique selon le troisième aspect de l’invention ou un convertisseur de tension DC/DC (de l’anglais « Direct Current/Direct Current ») ou DC/AC (de l’anglais « Direct Current/Alternating Current ») selon le deuxième aspect de l’invention.
[0025] Un engin de mobilité est par exemple un véhicule terrestre à moteur, un aéronef ou un drone.
[0026] Un véhicule terrestre à moteur est par exemple un véhicule automobile, une moto ou un vélo motorisé.
[0027] L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
[0028] La [Fig. 1] est un schéma fonctionnel électrique d’un système électrique selon un premier mode de réalisation de l’invention,
[0029] La [Fig. 2] est un circuit électrique illustrant une cellule de conversion de tension du convertisseur de tension DC/DC du système électrique de la figure 1 , [0030] La [Fig. 3] est un schéma d’implémentation sur une carte électronique du dispositif de contrôle et d’une cellule de conversion du convertisseur de tension DC/DC du système électrique de la figure 1 ,
[0031] La [Fig. 4] est un schéma fonctionnel électrique d’un système motorisé selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, et
[0032] La [Fig. 5] est un circuit électrique illustrant une cellule de conversion de tension du convertisseur de tension DC/DC du système électrique de la figure 1 selon une variante de réalisation de l’invention.
[0033] En référence à la figure 1 , un système électrique 100 destiné à équiper un engin de mobilité, par exemple un véhicule automobile, va à présent être décrit selon un premier mode de réalisation de l’invention.
[0034] Le système 100 comporte tout d’abord une masse électrique M, une source de tension continue 102 (telle qu’une batterie) conçue pour fournir une tension haute HT (par exemple 48 V) par rapport à la masse électrique M, une charge 104 apte à être alimentée électriquement par une basse tension BT (par exemple 12 V) par rapport à la masse électrique M.
[0035] De manière générale, la tension haute HT est supérieure à la basse tension BT.
[0036] Afin d’obtenir la basse tension BT à partir de la haute tension HT, le système 100 comporte en outre un convertisseur de tension DC/DC 106.
[0037] Le convertisseur de tension DC/DC 106 comporte tout d’abord une borne de masse BM connectée à la masse électrique M, une borne de haute tension BHT connectée à la source de tension continue 102 afin de présenter la haute tension HT par rapport à la masse électrique M, une borne de basse tension BBT connectée à la charge 104 afin de présenter la basse tension BT par rapport à la masse électrique M.
[0038] Le convertisseur de tension DC/DC 106 comporte en outre un condensateur Ci connectée entre la masse électrique M et la borne de basse tension BBT.
[0039] Le convertisseur de tension DC/DC 106 comporte en outre au moins une cellule de conversion de tension connectée à la borne de masse BM et en parallèle entre la borne de haute tension BHT et la borne de basse tension BBT pour réaliser une conversion entre la haute tension HT et la basse tension BT. [0040] Dans l’exemple décrit, le convertisseur de tension DC/DC 106 comprend trois cellules de conversion de tension connectées en parallèle.
[0041] Dans l’exemple décrit, chaque cellule IO81-3 est une cellule à commutation.
[0042] Le convertisseur de tension DC/DC 106 comporte en outre un dispositif de contrôle DC conçu pour contrôler les cellules IO81-3 au moyen de commandes CC1-3.
[0043] En référence à la figure 2, nous allons maintenant décrire ces cellules IO81-3 et leur contrôle par le dispositif de contrôle DC.
[0044] Chaque cellule IO81-3 comporte un bras de commutation comportant un interrupteur de côté haut 202 et un interrupteur de côté bas 204.
[0045] Chacun de ces interrupteurs 202, 204 présente une borne d’entrée, une borne de sortie et une borne de commande destinée à sélectivement ouvrir et fermer l’interrupteur entre sa borne d’entrée et sa borne de sortie.
[0046] Les interrupteurs 202, 204 sont par exemple des interrupteurs à transistor tels que des transistors MOSFET en silicium (Si-MOSFET) ou en carbure de silicium (SiC-MOSFET). Dans cet exemple décrit ici, la borne d’entrée, respectivement la borne de sortie de l’interrupteur 202, 204 est constituée par le drain, respectivement par la source du transistor MOSFET. En outre, la borne de commande de l’interrupteur 202, 204 est constituée par la grille du transistor MOSFET.
[0047] Ces deux interrupteurs à transistor 202, 204 sont connectés l’un à l’autre en un point milieu 206. Cette connexion électrique présente des inductances parasites Lpi, Lp2 dues à la connexion électrique entre les deux interrupteurs à transistor 202, 204 et à la structure même des deux interrupteurs à transistor 202, 204.
[0048] Ainsi, dans l’exemple décrit ici, ces transistors MOSFET possèdent un boîtier par exemple conforme à la norme MO-299 en vigueur à la date de priorité de cette demande de brevet et publiée par l’organisme JEDEC (« Joint Electron Device Engineering Council »). Dans un tel boîtier, la grille, la source et le drain de ces transistors MOSFET sont réalisés sous forme de broches de connexion planes en cuivre. Ces broches de connexion planes ont par exemple en première approximation une forme sensiblement rectangulaire. De telles broches de connexion planes en cuivre génèrent de par leurs dimensions des inductances parasites Lpbi, Lpb2 qui s’ajoutent aux inductances parasites de connexion électrique entre les deux interrupteurs à transistor 202, 204 pour former les inductances parasites Lpi, Lp2. Ces inductances parasites sont respectivement traversées par les courant et iå de sorte qu’apparaissent respectivement à leurs bornes des tensions V1 et V2.
[0049] Dans l’exemple décrit ici, le bras de commutation est connecté électriquement entre la borne de haute tension BHT et la borne de masse BM pour recevoir la haute tension HT.
[0050] Dans l’exemple décrit ici, le transistor MOSFET 202 est de type N, sa source est connectée électriquement au point milieu 206 et son drain à la borne de haute tension BHT.
[0051] Dans l’exemple décrit ici, le transistor MOSFET 204 est de type N, sa source est connectée électriquement à la borne de masse BM et son drain est connectée électriquement au point milieu 206.
[0052] Chaque cellule I O81-3 comporte en outre une inductance 208 connectant électriquement la borne de basse tension BBT au point milieu 206 et une capacité 21 0 connectant la borne de basse tension BBT à la masse électrique M, par exemple directement ou bien, comme illustré, en étant connectée à la borne de masse BM. En variante, les cellules 1 08i-3ne comporte pas de capacité 21 0.
[0053] Le dispositif de contrôle DC comprend une première borne de contrôle BC1 et une deuxième borne de contrôle BC2 ainsi qu’une première borne de référence BR1 et une deuxième borne de référence BR2.
[0054] La première borne de contrôle BC1 est connectée à la grille du transistor 202 et la première borne de référence BR1 est connectée directement ou par l’intermédiaire d’une résistance R à la borne de l’inductance parasite Lpi qui n’est pas connectée au point milieu 206. En outre, la première borne de référence BR1 est connectée également à la borne A de l’inductance parasite Lp2 qui n’est pas connectée au point milieu 206.
[0055] La deuxième borne de contrôle BC2 est connectée à la grille du transistor 204 et la deuxième borne de référence BR2 est connectée à source du transistor 204.
[0056] Le dispositif de commande DC est conçu pour contrôler les cellules IO81-3 au moyen de commandes CC1-3. Plus précisément, les commandes se présentent sous la forme d’une tension de commande entre la première borne de contrôle BC1 et la première borne de référence BR1 pour sélectivement ouvrir et fermer le transistor 202 et sous la forme d’une tension de commande entre la deuxième borne de contrôle BC2 et la deuxième borne de référence BR2pour sélectivement ouvrir et fermer le transistor 204. En d’autres termes, les commandes CC1-3 sont des tensions de référence émises par le dispositif de contrôle DC et destinées à être appliquées entre la grille et la source des transistors réalisant les interrupteurs 202 et 204.
[0057] Ainsi, chaque cellule I O81-3 est conçue pour être commandée par des commandes CC1-3 pour alternativement ouvrir et fermer les transistors 202 et 204, en opposition l’un de l’autre selon un rapport cyclique afin de convertir la haute tension HT en la basse tension BT.
[0058] En outre, les commandes CC1-3 sont émise par le dispositif de contrôle DC et elles sont déphasées de T/3 où T est la période du cycle de fonctionnement du convertisseur de tension DC/DC 106. En d’autres termes, le premier rapport cyclique au sein de chacune des cellules IO81-3 est identique mais les commandes des transistors sont déphasées de T/3 d’une cellule à l’autre.
[0059] En référence à la figure 3, nous allons maintenant décrire l’implémentation sur une carte électronique CE du dispositif de contrôle DC et des interrupteurs à transistor 202, 204 d’une cellule I O81-3.
[0060] Les boîtiers des transistors MOSFETs sont brasés sur la carte électronique CE par l’intermédiaire de leurs broches de connexion planes en cuivre réalisant la grille G, la source S et le drain D de ces transistors. Ces broches de connexions planes sont connectées à des pistes de la carte électronique CE.
[0061] Le dispositif de contrôle DC est également brasé sur la carte électronique CE de sorte que les broches de connexion correspondants à la première borne de contrôle BC1 et à la deuxième borne de contrôle BC2 ainsi qu’à la première borne de référence BR1 et à la deuxième borne de référence BR2 soient également reliées à des pistes de la carte électronique CE.
[0062] Ainsi, une piste P1 relie électriquement une première extrémité de la broche de connexion réalisant la source S du transistor 202 à une première extrémité de la broche de connexion réalisant le drain D du transistor 204 en un point milieu 206.
[0063] Comme cela est visible sur la figure 3, la broche de connexion réalisant la source S du transistor 202 et la broche de connexion réalisant le drain D du transistor 204 ont des formes sensiblement rectangulaires. La première extrémité de la broche de connexion réalisant la source S du transistor 202 et connectée au point milieu 206 est l’extrémité la plus proche spatialement de la broche de connexion réalisant le drain D du transistor 204. De même, la première extrémité la broche de connexion réalisant le drain D du transistor 204 et connectée au point milieu 206 est l’extrémité la plus proche spatialement de la broche de connexion réalisant la source S du transistor 202.
[0064] La première borne de référence BRi est connectée par une piste P2 à une deuxième extrémité de la broche de connexion réalisant la source S du transistor 202. Cette deuxième extrémité de la broche de connexion réalisant la source S du transistor 202 est l’extrémité la plus éloignée spatialement de la première extrémité de la broche de connexion réalisant la source S du transistor 202.
[0065] Ainsi, l’éloignement physique de la première et la deuxième extrémité de la broche de connexion réalisant la source S du transistor 202 est à l’origine de l’inductance parasite Lpbi.
[0066] En outre, la première borne de référence BRi est connectée par une piste P3 à une deuxième extrémité de la broche de connexion réalisant le drain D du transistor 204. Cette deuxième extrémité de la broche de connexion réalisant le drain D du transistor 204 est l’extrémité la plus éloignée spatialement de la première extrémité de la broche de connexion réalisant le drain D du transistor 204.
[0067] Ainsi, l’éloignement physique de la première et la deuxième extrémité de la broche de connexion réalisant le drain D du transistor 204 est à l’origine de l’inductance parasite Lpb2.
[0068] Si la piste P3 n’existait pas, le potentiel au niveau du point A serait égale à la somme du potentiel de la première borne de référence BRi et des deux tensions Vi et V2 (en supposant la résistance R nulle). Lorsque le dispositif de contrôle DC commande à l’ouverture le transistor 202 alors que le courant moyen commuté i (voir figure 2) sort du point milieu 206 pour aller vers l’inductance 208, les deux tensions Vi et V2 sont positives puisque le courant \^ décroit tandis que le courant i2 croit. Ainsi le potentiel du point A est moins négatif que celui de la première borne de référence BRi.
[0069] La piste P3 permet donc au moment de la commutation à l’ouverture du transistor 202 de ramener le potentiel électrique du point A (moins impédant que la source du transistor 202) au niveau de la première borne de référence BRi de sorte à limiter la chute de tension liée à l’ouverture du transistor 202 au niveau de cette première borne de référence BRi. [0070] En outre, l’ajout d’une résistance R non nulle permet d’amplifier l’effet précédent de sorte que la chute de tension au niveau de la première borne de référence BRi lors de la commutation à l’ouverture du transistor 202 est encore moindre.
[0071] Ainsi, grâce à l’invention, le dispositif de contrôle est moins susceptible d’être endommagé lors de la commutation à l’ouverture du transistor 202.
[0072] En référence à la figure 4, un système motorisé 200 destiné à équiper un engin de mobilité, par exemple un véhicule automobile, va à présent être décrit selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
[0073] Le système motorisé 200 comporte tout d’abord une source de tension continue 102’ comportant une borne positive et une borne négative, cette dernière étant généralement connectée à une masse électrique, notée M1 sur la figure, telle qu’un châssis du véhicule automobile. La source de tension continue 102’ est conçue pour fournir une tension d’entrée E continue entre ces bornes, valant par exemple autour de 48 V.
[0074] Le système motorisé 200 comporte en outre une machine électrique tournante 104’ comportant des phases statoriques U, V, W dont, dans l’exemple décrit, des premières extrémités respectives sont connectées à un même point neutre N. Dans l’exemple décrit, la machine électrique tournante 104’ fait partie d’un alterno-démarreur couplé à un moteur thermique (non représenté) du véhicule automobile. La machine électrique tournante 104’ est ainsi conçue pour fonctionner alternativement en mode moteur dans lequel elle assiste le moteur thermique et en mode alternateur dans lequel elle transforme une partie de l’énergie mécanique générée par le moteur thermique en énergie électrique pour recharger la source de tension continue 102’.
[0075] Le système motorisé 200 comporte en outre un convertisseur de tension DC/AC 106’ connecté, d’une part, aux bornes de la source de tension continue 102’ et, d’autre part, à la machine électrique tournante 104’.
[0076] Le convertisseur de tension 106’ comporte des bras de commutation respectivement associés aux phases statoriques U, V, W. Chaque bras de commutation comporte un interrupteur de côté haut IH connecté à la borne positive de la source de tension continue 102’ et un interrupteur de côté bas IB connecté à la borne négative de la source de tension continue 102’. L’interrupteur de côté haut et l’interrupteur de côté bas sont en outre connectés l’un à l’autre en un point milieu Pu, Pv, Pw connecté à la phase statorique U, V, W associée.
[0077] Dans l’exemple décrit ici, les interrupteurs de côté haut et de côté bas sont par exemple des interrupteurs à transistor tels que des transistors MOSFET en silicium (Si-MOSFET) ou en carbure de silicium (SiC-MOSFET).
[0078] La connexion électrique au niveau du point milieu entre les transistors MOSFET présente des inductances parasites Lp’i, Lp’2 (non représentées) dues à la connexion électrique entre ces deux transistors et à la structure même de ces deux transistors.
[0079] Chaque bras de commutation est destiné à être commandé pour commuter entre deux configurations. Dans la première, dite configuration haute, l’interrupteur de côté haut est fermé et l’interrupteur de côté bas est ouvert de sorte que la tension d’entrée E est appliquée à une deuxième extrémité de la phase statorique U, V, W associée. Dans la deuxième, dite configuration basse, l’interrupteur de côté haut est ouvert et l’interrupteur de côté bas est fermé de sorte qu’une tension nulle est appliquée à la deuxième extrémité de la phase statorique U, V, W associée.
[0080] Le convertisseur de tension 106’ est destiné à être commandé pour faire commuter chaque bras entre ces deux configurations, de manière à fournir de l’énergie électrique à la machine électrique tournante 104’ lorsqu’il est souhaité qu’elle fonctionne en mode moteur et pour fournir de l’énergie électrique à la source de tension continue 102’ lorsqu’il est souhaité que la machine électrique tournante 104’ fonctionne en mode alternateur.
[0081] Ainsi, le système motorisé 200 comporte en outre un système de contrôle DC’ du convertisseur de tension 106’.
[0082] Pour chaque bras de commutation, le système de contrôle DC’ comprend une première borne de contrôle et une deuxième borne de contrôle ainsi qu’une première borne de référence et une deuxième borne de référence.
[0083] Ainsi, le dispositif de contrôle DC’ contrôle le convertisseur de tension 106’ au moyen d’une tension de commande entre la première borne de contrôle et la première borne de référence pour sélectivement ouvrir et fermer le transistor réalisant l’interrupteur de côté haut et sous le forme d’une tension de commande entre la deuxième borne de contrôle et la deuxième borne de référence pour sélectivement ouvrir et fermer le transistor réalisant l’interrupteur de côté bas. [0084] Pour ce faire, la première borne de contrôle est connectée à la grille du transistor réalisant l’interrupteur de côté haut et la première borne de référence est connectée directement ou par l’intermédiaire d’une résistance R à la borne de l’inductance parasite Lp’i qui n’est pas connectée au point milieu. En outre, la première borne de référence est connectée également à la borne A’ de l’inductance parasite Lp’2 qui n’est pas connectée au point milieu.
[0085] Par exemple, la résistance R à une valeur comprise entre 1 et 100W.
[0086] En outre, la deuxième borne de contrôle est connectée à la grille du transistor réalisant l’interrupteur de côté bas et la deuxième borne de référence est connectée à source du transistor réalisant l’interrupteur de côté bas.
[0087] Ainsi la connexion électrique entre la première borne de référence et la borne de l’inductance parasite Lp’2 qui n’est pas connectée au point milieu permet au moment de la commutation à l’ouverture du transistor réalisant l’interrupteur de côté haut de ramener le potentiel électrique du point A’ au niveau de la première borne de référence de sorte à limiter la chute de tension au niveau de cette première borne de référence.
[0088] Ainsi, grâce à l’invention, le dispositif de contrôle DC’ est moins susceptible d’être endommagé lors de la commutation à l’ouverture du transistor réalisant l’interrupteur de côté haut.
[0089] En référence à la figure 5, nous allons maintenant décrire une variante de réalisation 108’I-3 des cellules de conversion de tension. Les cellules 108’I-3 comprennent des composants identiques à ceux décrits à la Figure 2. Ces composants identiques sont agencés suivant la même architecture et portent les mêmes références numériques.
[0090] Dans cette variante de réalisation, la première borne de référence BRi est connectée à la borne A de l’inductance parasite Lp2 par l’intermédiaire d’une capacité CL.
[0091] Lors des périodes de commutation, cette capacité CL permet de réduire l’influence de l’inductance parasite, usuellement inférieure à 0.1 W, générée par la connexion entre la borne A et la borne de référence BRi.
[0092] La capacité CL présente une valeur comprise entre 100nF et 1pF, cette valeur dépendant de la fréquence de commutation, généralement comprise entre 1 et 100MHz, des interrupteurs de côté haut 202 et de côté bas 204. [0093] On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci- dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. [0094] Ainsi par exemple, au lieu d’être des transistors MOSFET, les interrupteurs de côté haut et de côté bas dans les deux modes de réalisation présentés peuvent être des transistors FET en nitrure de gallium ou des transistors IGBT.
[0095] De même, les broches de connexion planes peuvent avoir d’autres formes que la forme rectangulaire. En outre, l’une ou plusieurs de ces broches de connexion planes peuvent se présenter sous la forme de multiples surfaces planes de connexion séparées les unes des autres. Dans ce cas, le terme extrémité désigne l’une de ces surfaces de connexion et les relations spatiales entre les extrémités s’entendent de relations spatiales entre les surfaces de connexion appartenant à une même broche de connexion. [0096] Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en oeuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

Claims

Revendications
[1] Système de commutation (DC, 202, 204) comprenant : un bras de commutation (202, 204) comprenant un interrupteur de côté haut (202) et un interrupteur de côté bas (204), chaque interrupteur (202, 204) présentant une borne d’entrée (D), une borne de sortie (S) et une borne de commande (G) destinée à sélectivement ouvrir et fermer l’interrupteur (202, 204) entre sa borne d’entrée (D) et sa borne de sortie (S), la borne d’entrée (D) de l’interrupteur de côté haut (202) étant destiné à être connectée à une première alimentation électrique (102), la borne de sortie (S) de l’interrupteur de côté bas (204) étant destinée à être connectée à une masse électrique (M), une première extrémité de la borne de sortie (S) de l’interrupteur de côté haut (202) étant connectée en un point milieu (206) à une première extrémité de la borne d’entrée (D) de l’interrupteur de côté bas (204), ladite première extrémité de la borne de sortie (S) de l’interrupteur de côté haut (202) étant la plus proche de ladite borne d’entrée (D) de l’interrupteur de côté bas (204), ladite première extrémité de la borne d’entrée (D) de l’interrupteur de côté bas (204) étant la plus proche de ladite borne de sortie (S) de l’interrupteur de côté haut (202), et un dispositif de contrôle (DC) des interrupteurs (202, 204) comprenant une première et une deuxième borne de contrôle (BCi, BC2) ainsi qu’une première et une deuxième borne de référence (BR1, BR2), le dispositif de commande (DC) étant conçu pour présenter une tension de commande entre la première borne de contrôle (BC1) et la première borne de référence (BR1), respectivement entre la deuxième borne de contrôle (BC2) et la deuxième borne de référence (BR2) pour sélectivement ouvrir et fermer l’interrupteur de côté haut (202), respectivement de côté bas (204), la première borne de contrôle (BC1) étant connectée à la borne de commande (G) de l’interrupteur de côté haut (202), la deuxième borne de contrôle (BC2) étant connectée à la borne de commande (G) de l’interrupteur de côté bas (204), la deuxième borne de référence (BR2) étant connectée à la borne de sortie (S) de l’interrupteur de côté bas (204), la première borne de référence (BR1) étant connectée à une deuxième extrémité de la borne de sortie (S) de l’interrupteur de côté haut (202), ladite deuxième extrémité de la borne de sortie (S) de l’interrupteur de côté haut (202) étant la plus éloignée de ladite première extrémité de la borne de sortie (S) de l’interrupteur de côté haut (202), le système de commutation étant caractérisé en ce que la première borne de référence (BRi) du dispositif de contrôle (DC) est également connectée à une deuxième extrémité de la borne d’entrée de courant (D) de l’interrupteur de côté bas (204), ladite deuxième extrémité de la borne d’entrée de courant (D) de l’interrupteur de côté bas (204) étant la plus éloignée de ladite première extrémité de la borne d’entrée de courant (D) de l’interrupteur de côté bas (204).
[2] Système de commutation (DC, 202, 204) selon la revendication 1 dans lequel la connexion entre la première borne de référence (BRi) et la deuxième extrémité de la borne d’entrée de courant (D) de l’interrupteur de côté bas (204) est directe ou s’effectue par l’intermédiaire d’une capacité (CL).
[3] Système de commutation (DC, 202, 204) selon l’une des revendications précédentes comprenant en outre une inductance (208) connectée par une de ses bornes audit point milieu (206).
[4] Système de commutation (DC, 202, 204) selon l’une des revendications précédentes comprenant en outre une résistance (R), la connexion entre la première borne de référence (BRi) et la deuxième extrémité de la borne de sortie (S) de l’interrupteur de côté haut (202) s’effectuant par l’intermédiaire de ladite résistance (R).
[5] Système de commutation (DC, 202, 204) selon l’une des revendications précédentes dans lequel interrupteur de côté haut (202) et/ou ledit interrupteur de côté bas (204) sont des transistors, par exemple des transistors MOSFET ou des transistors FET en nitrure de gallium ou des transistors IGBT.
[6] Convertisseur de tension DC/DC (106) ou DC/AC (106’) comprenant un système de commutation (DC, 202, 204, DC’, IH, IB) selon l’une des revendications précédentes.
[7] Système électrique (100) comprenant un convertisseur de tension (106) selon la revendication précédente, ledit système électrique (100) comprenant en outre ladite première alimentation électrique (102).
[8] Système motorisé (200) comprenant un convertisseur de tension (106’) selon la revendication 6 et un moteur électrique (104’) comportant un rotor et un stator, ledit stator comportant au moins une phase (U), ladite phase (U) étant connectée par une de ses bornes audit point milieu (206).
[9] Système motorisé (200) selon la revendication précédente comprenant en outre ladite première alimentation électrique (102’).
[10] Engin de mobilité comprenant un système motorisé (200) selon l’une des revendications 8 à 9 ou un système électrique (100) selon la revendication 7 ou un convertisseur de tension DC/DC (106) ou DC/AC (106’) selon la revendication 6.
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