FR2795882A1 - Circuit de pilotage pour charge inductive - Google Patents
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Abstract
Le circuit comprend : une première branche de circuit (3), destinée à être reliée à une source de tension (4) et comprenant un commutateur électronique principal (5) destiné à recevoir un signal de pilotage pour la commande du passage du courant dans une charge (2),une deuxième branche de circuit (7), reliée en parallèle à la charge (2), pour la recirculation du courant qui passe dans la charge (2) lorsque le commutateur (5) est bloqué, et qui comprend une diode de recirculation (8), et au moins un condensateur de filtrage (12). Dans la deuxième branche de circuit (7) est disposé un commutateur électronique auxiliaire (14) apte, à son état conducteur, à accoupler la diode de recirculation (8) à la borne de la source de tension (4) qui est reliée à la charge (2). Le commutateur auxiliaire (14) est bloqué pour une durée préfixée après l'accouplement de la source de tension (4) aux branches de circuit (3, 7), de manière que, pendant cette période de temps, le condensateur (12) soit susceptible de se charger par un courant qui traverse la charge (2).
Description
CIRCUIT DE PILOTAGE POUR CHARGE INDUCTIVE
DESCRIPTION
La présente invention concerne un circuit de pilotage pour une charge inductive, en particulier
pour un moteur électrique à courant continu.
Plus spécifiquement, l'invention a comme objet un circuit de pilotage comprenant: une première branche de circuit, destinée à être reliée à une source de tension continue d'alimentation et dans laquelle, en série avec la charge, est disposé un commutateur électronique principal destiné à recevoir, sur sa borne de commande, un signal de commande pour la commande du passage du courant dans la charge, une deuxième branche de circuit, reliée essentiellement en parallèle à la charge, pour la recirculation du courant qui passe dans la charge lorsque ledit commutateur principal est bloqué, et comprenant une diode de recirculation; et au moins un condensateur de filtrage, relié fonctionnellement, essentiellement en parallèle, à
ladite source de tension.
Sur la figure 1 des dessins annexés, on a désigné globalement par 1 un circuit de ce type, pour le
pilotage d'un moteur électrique à courant continu 2.
Un tel circuit comprend une première branche de circuit 3 pour le pilotage de la charge, reliée entre le pôle positif d'une source continue d'alimentation 4, telle qu'une batterie, et la masse GND. Le pôle négatif de cette source est également
relié à la masse.
Dans la branche de circuit 3, en série au moteur électrique 2, est disposé un parcours drain-source d'un transistor MOSFET 5 qui reçoit sur la grille, lorsqu'il est en fonctionnement, un signal de pilotage, par exemple de type marche-arrêt, tel qu'un signal à modulation de largeur d'impulsion (PWM), émis par un circuit de contrôle 6 associé. En parallèle au moteur est relié une deuxième branche de circuit 7, permettant la recirculation du courant passant dans le moteur lorsque le transistor 5
est bloqué.
Dans la branche de circuit de recirculation 7 est disposée une diode 8 qui, dans le schéma illustré, a
l'anode reliée au drain du transistor MOSFET 5.
On a désigné par 12 sur la figure 1, un condensateur de filtrage qui est relié en parallèle à la source de tension d'alimentation 4. Typiquement, le condensateur 12 présente une capacité très élevée et est usuellement constitué d'un condensateur polarisé,
ou d'un condensateur électrolytique.
Dans le circuit de pilotage, selon la technique antérieure représentée sur la figure 1, lorsque la source de tension 4 est accouplée au circuit, par exemple à la suite de la fermeture d'un interrupteur 13, le condensateur de filtrage 12, initialement déchargé, se charge très rapidement, le courant passant dans le condensateur 12 a une allure impulsive et peut atteindre une valeur de crête très élevée, par exemple de l'ordre de plusieurs centaines d'ampères, ce qui peut endommager cet interrupteur 13
et/ou les connexions à la source de tension.
Donc, un but de la présente invention est de réaliser un circuit de pilotage du type ci-dessus, construit de manière à éviter l'inconvénient décrit ci-dessus. Ce but et d'autres buts sont atteints selon l'invention par un circuit de pilotage dont les caractéristiques sont définies par le fait que, dans ladite deuxième branche de circuit, est disposé un commutateur électronique auxiliaire qui est connecté essentiellement en série à la diode de recirculation et est apte, dans son état conducteur du courant, de s'accoupler à la diode de recirculation à la borne de la source de tension qui est reliée à la charge; ledit condensateur étant relié entre la diode de recirculation et l'autre borne de la source de tension; au commutateur auxiliaire étant associés des moyens de circuit de commande aptes à le maintenir bloqué pendant une période de temps préfixée après l'accouplement de la source de tension auxdites branches de circuit, de manière que, durant ladite période de temps, ledit condensateur soit susceptible
de se charger par un courant qui traverse la charge.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la
description détaillée ci-après, donnée à pur titre
d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1, déjà décrite, représente un circuit de pilotage pour une charge inductive selon l'art antérieur; les figures 3 et 4 représentent d'autres schémas de circuits de pilotage selon l'invention, la figure 5 est une représentation partielle d'un autre circuit selon l'invention; les figures 6 à 7 représentent une liaison "canti-série" de condensateurs polarisés, utilisables dans un circuit selon l'invention, et la figure 8 est un schéma partiel d'une autre variante de réalisation d'un circuit de pilotage
selon l'invention.
Dans le circuit 1 selon la figure 2, dans la branche de circuit 7, entre la cathode de la diode de recirculation 8 et le pôle positif de la source 4 est disposé un commutateur électronique auxiliaire 14, dont l'entrée de commande est reliée à la sortie d'un circuit de commande 17. Ce circuit 17 est prévu pour déterminer le passage en conduction du commutateur 14, avec une période de temps de retard préfixée par rapport au moment auquel la source de tension 4 est accouplée au circuit de pilotage 1, au moyen de
l'interrupteur 13.
Le condensateur de filtrage 12 est relié entre la cathode de la diode de recirculation 8 et la masse GND. Lorsque la source de tension 4 est accouplée au circuit de pilotage 1, le circuit de retard 14 empêche, pendant une période de temps prédéterminée, le passage en conduction du commutateur 14. Durant cette période de temps, le condensateur de filtrage 12 se charge sous l'effet du passage d'un courant qui lui parvient en passant par la charge 2 et la diode de recirculation 8. Le courant de charge du condensateur 12 est donc initialement limité par
l'impédance de la charge 2 elle-même.
Après la période de temps préfixée, le circuit 17 permet le passage du commutateur 14 à l'état conducteur, et la charge du condensateur de filtrage peut ainsi se compléter, en passant par un tel commutateur. Le commutateur électronique auxiliaire 14 peut être constitué lui aussi d'un transistor MOSFET, comme ce qui est représenté sur la figure 2. Sur cette figure, on a désigné par 15 la diode intrinsèque
ou "parasite" d'un tel transistor MOSFET.
On a désigné par 10, sur les figures 1 à 3, la diode intrinsèque ou parasite, du transistor MOSFET
principal 5.
Avec le circuit représenté sur la figure 2, on peut vérifier que le problème suivant se pose. Si la source de tension 4 (batterie) est accidentellement reliée au circuit 1 avec une polarité inversée par rapport à celle ayant été prédéterminée (c'est-à-dire avec le pôle positif relié à la masse GND), dès que l'interrupteur 13 est fermé, un courant passe depuis cette source de tension en traversant la diode intrinsèque 10 du MOSFET principal 5, la diode de recirculation 8 et la diode intrinsèque 15 du transistor MOSFET 14. L'intensité de ce courant est extrêmement élevée et peut endommager de tels dispositifs. On peut éviter de tels inconvénients avec le circuit allant être décrit maintenant, en référence à
la figure 3.
Sur cette figure, on a attribué à des parties et à des éléments déjà décrits, de nouveau, les mêmes caractères de référence alphanumériques que ceux ayant
été utilisés précédemment.
Dans le circuit selon la figure 3, un autre transistor MOSFET 9 est interposé entre la cathode de la diode de recirculation 8 et le drain du transistor MOSFET 14. Le transistor MOSFET 9 a, en particulier, le drain relié à celui du transistor MOSFET 14 et la source reliée à la cathode de la diode de recirculation 8. La diode intrinsèque au transistor
MOSFET 9 est désignée par 11.
Le transistor MOSFET 9 peut être du type à canal p et, dans un tel cas, sa grille peut être simplement reliée à la masse selon l'une des variantes illustrées en traits interrompus sur la figure 3. Un tel transistor MOSFET peut être, d'autre part, du type à canal n et, dans un tel cas, sa grille doit être reliée à une pompe de charge 30, comme indiqué par la deuxième variante illustrée en traits interrompus sur la figure 3, d'une manière selon laquelle la tension entre sa grille et sa source devient positive si, accidentellement, la source 4 est accouplée au circuit
à polarité inversée.
Dans le cas d'une inversion accidentelle de la polarité de la tension d'alimentation, un courant, généré par la source de tension, passe à travers la diode 10 intrinsèque au transistor MOSFET principal 5 et, ensuite, dans le moteur 2. Un tel courant ne peut atteindre des valeurs dangereuses dans la mesure o il est limité par l'impédance présentée par la charge 2 elle-même. Le courant ne peut passer par contre dans la branche de recirculation 7, dans la mesure o, dans le cas d'une inversion de la polarité de la tension d'alimentation, le transistor MOSFET 9 est bloqué, et, en outre, la diode 11 intrinsèque de ce transistor
MOSFET s'oppose au passage du courant.
Dans le cas d'une inversion accidentelle de la polarité de la tension d'alimentation, le courant qui, comme décrit ci-dessus, passe à travers le moteur électrique 2, provoque la rotation de ce dernier dans le sens inverse par rapport au sens prévu pour le fonctionnement normal. En outre, une telle rotation se produit à la vitesse maximale prévue. Ceci permet de pouvoir rapidement déceler la condition d'accouplement erronée de la source de tension au circuit de pilotage. Le transistor 9 permet en outre de limiter l'ampleur de la tension inverse appliquée au condensateur 12, faisant que ce dernier n'est pas endommagé, même s'il était du type
polarisé ou électrolytique.
On a représenté sur la figure 4 un circuit analogue à celui représenté sur la figure 3, pour le pilotage d'un moteur électrique de type sans balais à demi-onde, comprenant une pluralité d'enroulements ou de phases Wl à WN, disposé(e)s dans des branches de circuit 31 à 3N respectifs, en série par rapport à des transistors MOSFET de pilotage 51 à 5N respectifs. A chaque enroulement ou phase du moteur sans balais sont associées des diodes de recirculation 81 à 8N respectives, reliées en cathode commune à l'armature positive du condensateur de filtrage 12, dans des sous- branches de circuit 71 à 7N, comprenant éventuellement des transistors MOSFET M1 à MN respectifs pour la commande de la
recirculation des courants de phase.
Dans le circuit selon la figure 4, le transistor MOSFET 14 fait que, immédiatement après la fermeture de l'interrupteur 13, le condensateur de filtrage 12 se charge lentement au moyen d'un courant passant dans l'enroulement ou la phase du moteur sans balais qui est conducteur, tandis que le commutateur de recirculation M associé est conducteur. Dans le but de contrôler l'échelonnement de la charge du condensateur 12, les transistors MOSFET de recirculation M1 à MN peuvent être pilotés de manière contrôlée par exemple au moyen de signaux respectifs,
à modulation de largeur d'impulsion (PWM).
Au reste, le circuit selon la figure 4 fonctionne de façon analogue au circuit déjà décrit
en référence à la figure 3.
Dans les circuits de pilotage pour des charges inductives selon l'invention, il peut s'avérer opportun, aux fins d'obtenir un filtrage efficace de la tension d'alimentation, de disposer en parallèle à la source de tension 4 un autre condensateur de filtrage de capacité réduite (par exemple de valeur d'un dixième) par rapport à celle du condensateur polarisé 12. Un tel condensateur additif est désigné
par 18 sur la figure 5.
Le condensateur 18 peut être de type non polarisé, et donc non susceptible d'être endommagé dans le cas d'une inversion accidentelle de la
polarité de la tension d'alimentation.
La capacité additive, en parallèle à la source de tension 4, peut être par ailleurs également réalisée par un couple de condensateurs polarisés 19 et 20 reliés en "anti-série", c'est-à-dire reliés entre eux en série avec les armatures homologues interconnectées, comme ceci est représenté sur les
figures 6 et 7.
En voulant réaliser la capacité additive 18 en utilisant un autre condensateur unique de type polarisé, ce dernier peut être protégé contre l'inversion accidentelle de la tension d'alimentation par un transistor MOSFET 21 associé, relié par exemple à la manière illustrée sur la figure 8. Sur cette figure, le transistor MOSFET 21 est du type à canal p et a sa grille reliée à la masse GND. Ce transistor MOSFET peut être, par ailleurs, du type à canal n et, dans un tel cas, sa grille doit être
accouplée à une pompe de charge.
Naturellement, il reste entendu que le principe de l'invention, les formes de réalisation et en particulier de construction peuvent être amplement soumis à variation par rapport à ce qui a été décrit et illustré à pur titre d'exemple non limitatif, sans
pour cela sortir du champ de l'invention tel que défini dans les revendications annexées. En appliquant les modifications évidentes,
l'invention s'applique également à des circuits de pilotage destinés à être accouplés à des sources de
tension ayant le pôle positif accouplé à la masse.
Claims (10)
1. Circuit de pilotage (1) pour une charge inductive (2), en particulier un moteur électrique sous courant continu, comprenant: une première branche de circuit (3), destinée à être reliée à une source de tension continue d'alimentation (4) et dans laquelle, en série avec la charge (2), est disposé un commutateur électronique principal (5) destiné à recevoir, sur sa borne de commande, un signal de commande pour la commande du passage du courant dans la charge (2), une deuxième branche de circuit (7) , reliée essentiellement en parallèle à la charge (2), pour la recirculation du courant qui passe dans la charge (2) lorsque ledit commutateur principal (5) est bloqué, et comprenant une diode de recirculation (8), et au moins un condensateur de filtrage (12), relié fonctionnellement, essentiellement en parallèle, à ladite source de tension (4); caractérisé par le fait que, dans ladite deuxième branche de circuit (7), est disposé un commutateur électronique auxiliaire (14) qui est connecté essentiellement en série à la diode de recirculation (8) et est apte, dans son état conducteur du courant, de s'accoupler à la diode de recirculation (8) à la borne de la source de tension (4) qui est reliée à la charge; ledit condensateur (12) étant relié entre la diode de recirculation (7) et l'autre borne de la source de tension (4); au commutateur auxiliaire (14) étant associés des moyens de circuit de commande (17) aptes à le maintenir bloqué pendant une période de temps préfixée après l'accouplement de la source de tension (4) auxdites branches de circuit (3, 7), de manière que, durant ladite période de temps, ledit condensateur (12) soit susceptible de se charger par
un courant qui traverse la charge (2).
2. Circuit selon la revendication 1, dans lequel le commutateur auxiliaire (14) est un transistor MOSFET dont la diode intrinsèque (15) est branchée essentiellement en série à la diode de recirculation (8), dans la branche de circuit de
recirculation (7).
3. Circuit selon la revendication 1 ou 2, dans lequel un interrupteur (M) est disposé en série à la diode de recirculation (8) et est apte, lorsqu'il est ouvert simultanément audit commutateur auxiliaire (14), à désaccoupler le condensateur de filtrage (12) de la source de tension
d'alimentation (4).
4. Circuit selon l'une quelconque des
revendications précédentes, dans lequel ledit
commutateur électronique principal (5) est un transistor MOSFET et dans ladite deuxième branche de circuit (7), en série avec ledit commutateur auxiliaire (14), est disposé un autre commutateur électronique (9), piloté d'une manière empêchant le passage du courant dans ladite deuxième branche de circuit (7), lorsqu'une tension d'alimentation, de polarité inverse de la polarité prédéfinie, est appliquée accidentellement sur la première branche de
circuit (3).
5. Circuit selon la revendication 4, dans lequel ledit autre commutateur (9) est un transistor MOSFET, disposé de manière que son parcours drainsource soit essentiellement en série avec ledit commutateur auxiliaire (14), et la diode intrinsèque (11) audit autre commutateur (9) étant disposée en opposition vis à vis de ladite diode de
recirculation (8).
6. Circuit selon la revendication 4, dans lequel ledit autre commutateur (9) est un transistor MOSFET du type à canal p.
7. Circuit selon la revendication 5, dans lequel ledit autre commutateur (9) est un transistor
MOSFET du type à canal n.
8. Circuit selon l'une quelconque des
revendications précédentes, dans lequel, en parallèle
à la première branche de circuit (3), sont disposés d'autres moyens capacitifs (18) ayant une capacité réduite par rapport à celle dudit condensateur
polarisé (12).
9. Circuit selon la revendication 8, caractérisé par le fait que lesdits autres moyens capacitifs (18) comprennent deux condensateurs
polarisés (19, 20), reliés en anti-série.
10. Circuit selon la revendication 8, dans lequel lesdits autres moyens capacitifs comprennent un autre condensateur polarisé (18) branché en série, auquel est disposé un commutateur électronique de protection (21) associé, apte à empêcher l'endommagement dudit autre condensateur polarisé (18) dans le cas d'inversion de la pluralité de la tension d'alimentation.
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