FR2826198A1 - Device and method for thermal protection of a switching component, in particular a power transistor - Google Patents
Device and method for thermal protection of a switching component, in particular a power transistor Download PDFInfo
- Publication number
- FR2826198A1 FR2826198A1 FR0107831A FR0107831A FR2826198A1 FR 2826198 A1 FR2826198 A1 FR 2826198A1 FR 0107831 A FR0107831 A FR 0107831A FR 0107831 A FR0107831 A FR 0107831A FR 2826198 A1 FR2826198 A1 FR 2826198A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- signal
- switching
- logic
- temperature
- input
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
- H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
- H03K17/0822—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/06—Modifications for ensuring a fully conducting state
- H03K17/063—Modifications for ensuring a fully conducting state in field-effect transistor switches
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
- H03K2017/0806—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage against excessive temperature
Landscapes
- Protection Of Static Devices (AREA)
Abstract
Description
<Desc/Clms Page number 1> <Desc / Clms Page number 1>
DISPOSITIF ET PROCEDE DE PROTECTION THERMIQUE POUR UN
ORGANE DE COMMUTATION
L'invention concerne la protection thermique de composants électroniques de puissance, et notamment de transistors de commutation. Les transistors de commutation de puissance sont maintenant couramment utilisés à la place des relais électromécaniques classiques dans des domaines tels que celui des équipements de véhicules. Ils interviennent alors pour commander l'alimentation en puissance d'une charge commutée, telle qu'une commodité (lève vitre, essuie- glaces, motorisation de siège, etc. ) à partir d'un signal électrique de commande. THERMAL PROTECTION DEVICE AND METHOD FOR A
SWITCHING BODY
The invention relates to thermal protection of power electronic components, and in particular switching transistors. Power switching transistors are now commonly used in place of conventional electromechanical relays in fields such as that of vehicle equipment. They then intervene to control the power supply to a switched load, such as a convenience (window lift, wipers, seat motorization, etc.) from an electrical control signal.
La figure 1 représente un montage élémentaire d'un transistor de commutation de puissance QI, en l'occurrence de type MOSFET à dopage N, monté en série entre le rail positif +BAT d'une batterie de véhicule (typiquement à +12V) et l'entrée d'alimentation positive 2a d'une charge commutée 2. Plus particulièrement, la source S et le drain D du transistor QI sont reliés respectivement à l'entrée 2a de la charge et au rail +BAT, la charge étant ellemême reliée à la masse. Le courant consommé par la charge 2 transite donc à travers le canal drain-source du transistor QI et passe à la masse, qui est connecté au terminal négatif de la batterie. FIG. 1 represents an elementary assembly of a power switching transistor QI, in this case of the N-doped MOSFET type, mounted in series between the positive rail + BAT of a vehicle battery (typically at + 12V) and the positive supply input 2a of a switched load 2. More particularly, the source S and the drain D of the transistor QI are respectively connected to the input 2a of the load and to the rail + BAT, the load being itself connected to ground. The current consumed by the load 2 therefore flows through the drain-source channel of the transistor QI and goes to ground, which is connected to the negative terminal of the battery.
Le transistor QI est commandé via sa grille G en tout ou rien (mode saturation) entre un état bloqué et un état conducteur. La mise à l'état conducteur du transistor commutateur QI nécessite une tension de grille Vgs voisine de la tension de la batterie, de l'ordre de 10 volts. Cependant, la commande de commutation est normalement élaborée sous forme de signaux logiques basse tension CI (typiquement 0-5 volts) issus d'un boîtier logique de commutation 4. The transistor QI is controlled via its gate G in all or nothing (saturation mode) between a blocked state and a conductive state. Putting the switch transistor QI into the conductive state requires a gate voltage Vgs close to the battery voltage, of the order of 10 volts. However, the switching command is normally produced in the form of low voltage logic signals CI (typically 0-5 volts) coming from a switching logic unit 4.
Par exemple, dans le cas où la charge commutée 2 est un moteur de lève vitre, le boîtier logique 4 produira, en réponse à une impulsion logique fournie en entrée par un bouton pressoir 6 activé par l'utilisateur, un signal logique de commutation CI sous forme de tension de l'ordre de 5 volts. Ce signal est alors maintenu sur une période déterminée, par exemple jusqu'à la fermeture complète de la vitre. For example, in the case where the switched load 2 is a window lifter motor, the logic unit 4 will produce, in response to a logic pulse supplied as input by a press button 6 activated by the user, a logic switching signal CI in the form of a voltage of the order of 5 volts. This signal is then maintained over a determined period, for example until the window is completely closed.
On prévoit donc un circuit d'attaque dit"translateur"8 entre la logique de commutation 4 et le transistor QI, dont le rôle est de fournir la tension de grille Vgs conforme à la commande exprimée par le signal basse tension délivré par la logique de commutation 4. Dans le cas du montage de la figure 1, le translateur 8 A drive circuit called "translator" 8 is therefore provided between the switching logic 4 and the transistor QI, the role of which is to supply the gate voltage Vgs in accordance with the command expressed by the low voltage signal delivered by the logic of switching 4. In the case of the assembly of FIG. 1, the translator 8
<Desc/Clms Page number 2><Desc / Clms Page number 2>
présente une entrée pour le signal logique de commutation Cl et une sortie délivrant la tension Vgs, avec la relation suivante : CI = 0 V o Vgs = 0 V, Cl = 5 V- > Vgs = 10 V. Le translateur 8 assure par ailleurs le respect des caractéristiques requises pour la tension Vgs (flancs, impédance, etc.). has an input for the switching logic signal Cl and an output delivering the voltage Vgs, with the following relationship: CI = 0 V o Vgs = 0 V, Cl = 5 V-> Vgs = 10 V. The translator 8 also provides compliance with the characteristics required for the voltage Vgs (sides, impedance, etc.).
Dans la pratique, il peut s'avérer nécessaire de prévoir une protection thermique du transistor QI, celui-ci étant souvent placé dans un environnement de dissipation insuffisante pour la chaleur engendrée dans des conditions de fortes sollicitations ou de malfonctionnement. L'approche consiste généralement à détecter par divers moyens la température du transistor QI de manière à le forcer à l'état bloqué, ou bien à réduire son courant drain-source, jusqu'au retour à une température normale de fonctionnement. In practice, it may be necessary to provide thermal protection for the QI transistor, the latter often being placed in an environment of insufficient dissipation for the heat generated under conditions of high stress or malfunction. The approach generally consists in detecting by various means the temperature of the transistor QI so as to force it in the blocked state, or else to reduce its drain-source current, until the return to a normal operating temperature.
La figure 2 montre de manière schématique un exemple simplifié de montage de protection thermique classique pour le transistor QI de la figure 1. Ce montage comporte un circuit de détection de température 10 dont une partie sensible 10'-par exemple une diode-est en contact thermique avec le transistor
QI. Le circuit de détection 10 est conçu de manière à identifier une évolution d'un paramètre de la partie sensible 10'signalant une température de surchauffe du transistor Ql, et à commander la fermeture du transistor en pareil cas. A cette fin, il est prévu un commutateur commandé électriquement 12 entre la grille G et la source S du transistor. Le commutateur dispose d'une entrée de commande reliée au circuit de détection 10, de sorte qu'il reste normalement ouvert, et se ferme sous commande de ce circuit lors d'une surchauffe. Le transistor QI est alors forcé à l'état bloqué jusqu'à ce que la température détectée retourne à une valeur déterminée. FIG. 2 schematically shows a simplified example of a conventional thermal protection assembly for the transistor QI in FIG. 1. This assembly includes a temperature detection circuit 10, a sensitive part 10 ′ of which, for example a diode, is in contact thermal with transistor
IQ. The detection circuit 10 is designed so as to identify a change in a parameter of the sensitive part 10 'signaling an overheating temperature of the transistor Q1, and to control the closing of the transistor in such a case. To this end, an electrically controlled switch 12 is provided between the gate G and the source S of the transistor. The switch has a control input connected to the detection circuit 10, so that it remains normally open, and closes under control of this circuit during overheating. The transistor QI is then forced into the off state until the detected temperature returns to a determined value.
Des exemples de protection thermique basés sur un tel montage ou analogue peuvent être trouvés dans les documents US-A-5 187 632, US-A-5 497 285, US-A-5 457,419 et US-A-5 726 481. Examples of thermal protection based on such an assembly or the like can be found in documents US-A-5,187,632, US-A-5,497,285, US-A-5,457,419 and US-A-5,726,481.
On constate que la protection consiste à intervenir directement sur la commande de grille du transistor protégé QI, et donc à gérer des tensions Vgs relativement importantes. Ainsi, dans l'exemple de la figure 2, il est nécessaire de prévoir pour le commutateur 12 des transistors fonctionnant à environ 12 volts, alors que le circuit de détection 10 peut être réalisé par des éléments logiques fonctionnant à 3 ou 5 volts. Il en résulte que la mise en oeuvre de la protection est compliquée par le fait qu'elle requiert en sortie des composants qui fonctionnent en dehors des plages de tensions logiques normales. It can be seen that the protection consists in intervening directly on the gate control of the protected transistor QI, and therefore in managing relatively large voltages Vgs. Thus, in the example of FIG. 2, it is necessary to provide for the switch 12 transistors operating at approximately 12 volts, while the detection circuit 10 can be produced by logic elements operating at 3 or 5 volts. As a result, the implementation of the protection is complicated by the fact that it requires at the output components which operate outside the ranges of normal logic voltages.
<Desc/Clms Page number 3> <Desc / Clms Page number 3>
Par ailleurs, il est nécessaire de prévoir des moyens de découplage pour isoler au niveau de la grille G d'une part la sortie de tension de commutation Vgs (provenant du translateur 8 dans l'exemple) et d'autre part l'environnement électrique auquel est forcé la grille par la protection thermique (potentiel source, impédance d'entrée de la charge). Furthermore, it is necessary to provide decoupling means to isolate at the level of the gate G on the one hand the switching voltage output Vgs (coming from the translator 8 in the example) and on the other hand the electrical environment to which the gate is forced by thermal protection (source potential, load input impedance).
Au vu de ces problèmes, l'invention propose une protection thermique qui ne nécessite pas prévoir une intervention directement au niveau du composant de puissance protégé, et qui résout donc les problèmes précités liés à une commande sur des tensions relativement élevés et au découplage au niveau de la grille G, pour l'exemple considéré. In view of these problems, the invention proposes thermal protection which does not require providing for intervention directly at the level of the protected power component, and which therefore resolves the aforementioned problems linked to control over relatively high voltages and to decoupling at the level of grid G, for the example considered.
Selon un premier aspect, l'invention concerne un dispositif de protection thermique pour un organe de commutation présentant une entrée de commutation pilotée via un circuit d'attaque, par exemple un translateur de tension, ce circuit produisant un signal de commutation évoluant sur une première plage de valeurs à partir d'un signal logique de commande de commutation évoluant sur une seconde plage de valeurs, inférieure à la première, le dispositif comprenant des moyens de commande pour détecter une condition de surchauffe de l'organe de commutation et forcer l'organe de commutation dans un état permettant son refroidissement lors d'une détection de surchauffe, caractérisé en ce que les moyens de commande produisent un signal logique d'inhibition, actif lors d'une détection de surchauffe, pour forcer le signal logique de commande de commutation à un état provoquant le refroidissement de l'organe de commutation. According to a first aspect, the invention relates to a thermal protection device for a switching member having a switching input controlled via a driving circuit, for example a voltage translator, this circuit producing a switching signal evolving on a first range of values from a switching control logic signal evolving over a second range of values, less than the first, the device comprising control means for detecting an overheating condition of the switching member and forcing the switching member in a state allowing its cooling upon detection of overheating, characterized in that the control means produce a logic inhibition signal, active during detection of overheating, to force the logic control signal from switching to a state causing the cooling of the switching member.
Dans les modes de réalisation, l'organe de commutation est commandé en tout-ou-rien, étant par exemple un transistor de puissance à effet de champ du type MOSFET, la première plage de valeurs du signal de commutation comprenant deux valeurs, correspondant respectivement à l'ouverture et à la fermeture de l'organe de commutation, déterminées par des états logiques respectifs du signal de commande de commutation. In the embodiments, the switching member is all-or-nothing controlled, being for example a field effect power transistor of the MOSFET type, the first range of values of the switching signal comprising two values, corresponding respectively upon opening and closing of the switching member, determined by respective logic states of the switching control signal.
De préférence, le dispositif comporte en outre un circuit logique, en amont du circuit d'attaque, présentant une entrée et une sortie de transmission du signal de commande de commutation vers le circuit d'attaque, et une entrée d'inhibition de la sortie de commande de commutation, reliée au signal logique d'inhibition. Preferably, the device further comprises a logic circuit, upstream of the drive circuit, having an input and an output for transmitting the switching control signal to the drive circuit, and an input for inhibiting the output. switching command, connected to the logic inhibition signal.
Les moyens de commande peuvent comprendre des moyens pour The control means may include means for
<Desc/Clms Page number 4><Desc / Clms Page number 4>
produire un signal de température représentatif de la température de l'organe de commutation, obtenu à partir d'une détection d'un paramètre lié au fonctionnement de ce dernier, et un comparateur ayant une entrée de comparaison qui reçoit le signal de température et une entrée qui reçoit un signal de référence, le comparateur produisant à sa sortie un signal à deux états à partir duquel est obtenu le signal logique d'inhibition. producing a temperature signal representative of the temperature of the switching member, obtained from a detection of a parameter linked to the operation of the latter, and a comparator having a comparison input which receives the temperature signal and a input which receives a reference signal, the comparator producing at its output a two-state signal from which the logic inhibition signal is obtained.
Avantageusement, le comparateur est du type analogique à effet d'hystérésis, de manière à adopter un premier état provoquant la mise à l'état actif du signal logique d'inhibition lorsque la température de l'organe de commutation atteint un premier seuil de température, et à adopter second état provoquant la mise à l'état inactif du signal d'inhibition état lorsque la température atteint un deuxième seuil de température, inférieur au premier seuil. Advantageously, the comparator is of the analog type with hysteresis effect, so as to adopt a first state causing the logic inhibition signal to be put into active state when the temperature of the switching member reaches a first temperature threshold. , and to adopt the second state causing the state inhibition signal to be put into the inactive state when the temperature reaches a second temperature threshold, lower than the first threshold.
Dans un premier mode de réalisation, le signal de température est obtenu à partir d'une mesure d'un signal prélevé d'un composant en contact thermique avec l'organe de commutation, ce signal prélevé étant transmis, éventuellement via un amplificateur, à l'entrée de comparaison dudit comparateur. In a first embodiment, the temperature signal is obtained from a measurement of a signal taken from a component in thermal contact with the switching member, this taken signal being transmitted, possibly via an amplifier, to the comparison input of said comparator.
Dans un deuxième mode de réalisation, le signal de température est obtenu à partir d'une mesure de différence de potentiel à travers l'organe de commutation, le dispositif comprenant en outre : - des moyens pour détecter la différence de potentiel, - des moyens pour convertir cette différence de potentiel en une valeur de puissance représentative de la puissance dissipée par l'organe de commutation, et - des moyens pour fournir le signal de température en fonction de cette valeur de puissance, ces moyens pouvant intégrer un modèle mathématique sous forme de circuits analogiques ou numériques. In a second embodiment, the temperature signal is obtained from a potential difference measurement through the switching member, the device further comprising: - means for detecting the potential difference, - means to convert this potential difference into a power value representative of the power dissipated by the switching member, and - means for supplying the temperature signal as a function of this power value, these means being able to integrate a mathematical model in the form analog or digital circuits.
Au moins une partie des moyens de commande peut être est réalisée sous forme de circuit intégré en réseau prédiffusé (ASIC). At least part of the control means can be implemented in the form of an integrated circuit in a pre-broadcast network (ASIC).
Selon un second aspect, l'invention concerne un procédé de protection thermique pour un organe de commutation présentant une entrée de commutation pilotée via un circuit d'attaque, ce dernier produisant un signal de commutation évoluant sur une première plage de valeurs à partir d'un signal logique de commande de commutation évoluant sur une seconde plage de valeurs, inférieure à la première, le procédé consistant à détecter une condition de surchauffe de l'organe de commutation et à forcer l'organe de commutation dans un état According to a second aspect, the invention relates to a thermal protection method for a switching member having a switching input controlled via a drive circuit, the latter producing a switching signal evolving over a first range of values from a switching control logic signal evolving over a second range of values, less than the first, the method consisting in detecting an overheating condition of the switching member and forcing the switching member into a state
<Desc/Clms Page number 5><Desc / Clms Page number 5>
permettant son refroidissement lorsqu'une surchauffe est détectée, caractérisé en ce qu'il consiste à produire un signal logique d'inhibition, actif lors d'une détection de surchauffe, pour forcer le signal logique de commande de commutation à un état provoquant le refroidissement de l'organe de commutation. allowing its cooling when an overheating is detected, characterized in that it consists in producing a logic inhibition signal, active during a detection of overheating, to force the switching control logic signal to a state causing cooling of the switching device.
L'invention et les avantages qui en découlent apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit des modes de réalisation préférés, donnée purement à titre d'exemples non-limitatifs par référence aux dessins en annexe, dont : - la figure 1, déjà décrite, est un schéma synoptique de l'alimentation classique d'un charge commutée au moyen d'un transistor de puissance MOSFET piloté par un signal logique via un translateur, - la figure 2, déjà décrite, est un schéma synoptique d'un système de protection thermique de transistor de commutation intervenant directement au niveau de sa polarisation, conformément à l'art antérieur, - la figure 3 est un schéma synoptique montrant le principe de protection thermique selon l'invention, appliqué au contexte du montage de la figure 1, - la figure 4 est un schéma synoptique d'un premier mode de réalisation de l'invention, et - la figure 5 est un schéma synoptique d'un second mode de réalisation de l'invention. The invention and the advantages which ensue therefrom will appear more clearly on reading the description which follows of the preferred embodiments, given purely by way of nonlimiting examples with reference to the appended drawings, of which: FIG. 1, already described, is a block diagram of the conventional supply of a switched load by means of a MOSFET power transistor controlled by a logic signal via a translator, - Figure 2, already described, is a block diagram of a switching transistor thermal protection system acting directly at its polarization, in accordance with the prior art, - Figure 3 is a block diagram showing the principle of thermal protection according to the invention, applied to the context of the assembly of the figure 1, - Figure 4 is a block diagram of a first embodiment of the invention, and - Figure 5 is a block diagram of a second embodiment of the invention ntion.
Le principe de l'invention sera décrit par référence à la figure 3, où les éléments analogues à ceux présentés en introduction (figures 1 et 2) portent les mêmes références. The principle of the invention will be described with reference to Figure 3, where elements similar to those presented in the introduction (Figures 1 and 2) have the same references.
Comme dans le cas de la figure 1, on considérera une charge commutée 2, par exemple un moteur de lève-vitre, commandée en marche-arrêt par un transistor MOSFET Q 1 de type N en jouant sur la tension de commande Vgs appliquée à sa grille. Cette tension Vgs est livrée par un translateur 8 en fonction de signaux logiques de commutation CI provenant d'un boîtier de commutation 4, par exemple en réponse à l'activation du bouton pressoir 6 de commande de lèvevitre. As in the case of FIG. 1, we will consider a switched load 2, for example a window regulator motor, controlled on-off by a MOSFET transistor Q 1 of type N by playing on the control voltage Vgs applied to its wire rack. This voltage Vgs is delivered by a translator 8 as a function of logic switching signals CI coming from a switching box 4, for example in response to the activation of the press button 6 for controlling the window regulator.
Un dispositif de protection thermique 14,14'est prévu pour détecter une condition de surchauffe du transistor QI et agir en conséquence pour le forcer à l'état bloqué (non conducteur). Ce dispositif comprend un moyen 14'pour A thermal protection device 14, 14 is provided for detecting an overheating condition of the transistor QI and acting accordingly to force it into the blocked (non-conductive) state. This device includes a means 14 ′ for
<Desc/Clms Page number 6><Desc / Clms Page number 6>
détecter un paramètre du transistor Ql qui est fonction de sa température de canal, et une unité de commande 14. Au niveau fonctionnel, l'unité de commande 14 présente une entrée E (T) reliée au moyen de détection 14'et une sortie SL (T) qui produit un signal logique binaire dont l'état 0 ou 1 dépend de si la température du transistor QI est respectivement au-dessus ou en-dessous d'un seuil de surchauffe. Ce seuil est ajustable selon l'application envisagée, une valeur typique étant de l'ordre de 175 C. detecting a parameter of the transistor Ql which is a function of its channel temperature, and a control unit 14. At the functional level, the control unit 14 has an input E (T) connected to the detection means 14 ′ and an output SL (T) which produces a binary logic signal whose state 0 or 1 depends on whether the temperature of the transistor QI is respectively above or below a superheating threshold. This threshold is adjustable according to the application envisaged, a typical value being of the order of 175 C.
La sortie SL (T) est reliée à l'une des deux entrées d'une porte logique ET 16. L'autre entrée de la porte ET est reliée à la sortie de signal de commutation CI du boîtier logique 4 qui commande la commutation du transistor QI via le translateur 8. The output SL (T) is connected to one of the two inputs of an AND logic gate 16. The other input of the AND gate is connected to the switching signal output CI of the logic unit 4 which controls the switching of the transistor QI via the translator 8.
De la sorte, l'unité de commande 14 valide, par le biais de la porte ET 16, la transmission du signal de commutation CI de la logique de commutation 4 vers l'entrée du translateur 8 tant que le transistor QI demeure en-dessous du seuil de surchauffe (SL (T) à l'état 1), et inhibe la transmission de ce signal lorsque ce seuil est franchi (SL (T) à l'état 0). La commande de blocage du transistor QI en cas de surchauffe est donc réalisée par un signal logique dont les niveaux 0 et 1 sont fixés par des tensions compatibles avec ceux de la logique de commutation 4, qui sont typiquement de 0 et 5 volts ou moins. In this way, the control unit 14 validates, via the AND gate 16, the transmission of the switching signal CI from the switching logic 4 to the input of the translator 8 as long as the transistor QI remains below overheating threshold (SL (T) in state 1), and inhibits the transmission of this signal when this threshold is crossed (SL (T) in state 0). The blocking control of the transistor QI in the event of overheating is therefore carried out by a logic signal whose levels 0 and 1 are fixed by voltages compatible with those of the switching logic 4, which are typically 0 and 5 volts or less.
A la différence de l'art antérieur, il est donc inutile de prévoir au niveau de l'unité de commande 14 des composants de puissance et de tension de fonctionnement suffisamment élevées (de l'ordre de Vgs) pour intervenir directement sur le transistor Ql. Unlike the prior art, it is therefore unnecessary to provide at the level of the control unit 14 components of sufficiently high power and operating voltage (of the order of Vgs) to intervene directly on the transistor Ql .
Par ailleurs, la protection thermique ainsi obtenue ne nécessite aucun moyen de découplage pour isoler la sortie du translateur 8 vis-à-vis de l'entrée de la grille G en cas de surchauffe, contrairement à l'approche décrite par référence à la figure 2. Furthermore, the thermal protection thus obtained does not require any decoupling means to isolate the output of the translator 8 from the input of the grid G in the event of overheating, contrary to the approach described with reference to the figure. 2.
Ces avantages remarquables résultent notamment du fait que l'on confère au translateur 8 la fonction d'élaborer les tensions de commande de la grille G du transistor Ql en prenant compte également des signaux logiques SL (T) issus de l'unité de commande 14. Sur le plan matériel, cette double fonction ne nécessite que l'adjonction d'une commande d'inhibition de l'entrée du signal logique de commutation CI sur le translateur 8, soit une simple porte ET 16 dans l'exemple considéré. These remarkable advantages result in particular from the fact that the translator 8 is given the function of developing the control voltages of the gate G of the transistor Ql while also taking into account the logic signals SL (T) coming from the control unit 14 On the hardware level, this double function requires only the addition of a command to inhibit the input of the logic switching signal CI on the translator 8, ie a single AND gate 16 in the example considered.
<Desc/Clms Page number 7> <Desc / Clms Page number 7>
Le fait de pouvoir ainsi réaliser l'unité de commande 14 avec une sortie de commande basse tension SL (T) permet d'envisager plusieurs modes de réalisation selon les applications envisagées. The fact of being able to thus produce the control unit 14 with a low voltage control output SL (T) makes it possible to envisage several embodiments according to the envisaged applications.
Selon un premier mode de réalisation, représenté à la figure 4, le moyen de détection 14'est une diode en contact thermique avec le transistor QI, étant par exemple intégrée dans le même boîtier. Cette diode est polarisée par une source de courant constant 18, de sorte que la tension de polarisation V (T) varie de manière connue selon une fonction inverse de la température de canal du transistor Ql. A ce titre, on peut exploiter le fait que la loi de variation de tension avec la température est de même nature pour la diode 14'et le transistor Q 1. Cette tension V (T) est détectée par un amplificateur opérationnel en montage suiveur 20, qui produit en sortie un signal de température Tc qui est proportionnel à V (T) et calibré pour représenter un niveau de température de canal identifiable. Le signal Tc est fourni à une entrée de comparaison d'un comparateur analogique à effet d'hystérésis 22, réalisé dans l'exemple au moyen d'un amplificateur opérationnel monté pour former un"trigger Schmit". De la sorte, la sortie S du comparateur 22 est à deux états correspondant à deux états logiques respectifs 0 et 1. Le comparateur comporte une entrée de signal de consigne Vréf pour établir un seuil de comparaison. Le signal de consigne Vréf est fixé pour provoquer le basculement du signal SL (T) précité de l'état logique 1 à l'état logique 0 lorsque le signal Tc représente une température de surchauffe nécessitant le blocage du transistor QI. La sortie S du comparateur 22 est alors liée au signal SL (T) selon une logique inverse, soit S = SL (T) barre. Cette sortie S est donc fournie à l'entrée d'un inverseur logique 24 qui délivre le signal SL (T) à l'entrée de la porte ET 16.
According to a first embodiment, represented in FIG. 4, the detection means 14 is a diode in thermal contact with the transistor QI, being for example integrated in the same case. This diode is biased by a constant current source 18, so that the bias voltage V (T) varies in known manner according to an inverse function of the channel temperature of the transistor Q1. As such, we can exploit the fact that the law of voltage variation with temperature is of the same nature for the diode 14 ′ and the transistor Q 1. This voltage V (T) is detected by an operational amplifier in follower circuit 20 , which outputs a temperature signal Tc which is proportional to V (T) and calibrated to represent an identifiable channel temperature level. The signal Tc is supplied to a comparison input of an analog comparator with hysteresis effect 22, produced in the example by means of an operational amplifier mounted to form a "Schmit trigger". In this way, the output S of the comparator 22 has two states corresponding to two respective logic states 0 and 1. The comparator has a reference signal input Vref to establish a comparison threshold. The setpoint signal Vref is fixed to cause the aforementioned signal SL (T) to switch from logic state 1 to logic state 0 when the signal Tc represents an overheating temperature requiring the blocking of the transistor QI. The output S of comparator 22 is then linked to the signal SL (T) according to an inverse logic, ie S = SL (T) bar. This output S is therefore supplied to the input of a logic inverter 24 which delivers the signal SL (T) to the input of the AND gate 16.
En fonctionnement, tant que la température de canal du transistor Q 1 est inférieure au seuil de surchauffe (par exemple 175 C), le signal SL (T) demeure à l'état logique 1, et permet ainsi de valider par la porte ET 16 le passage du signal de commande de commutation Cl vers le translateur 8. La charge commutée 2 est alors activée et désactivé par le transistor commutateur QI selon le principe expliqué par référence à la figure 1. In operation, as long as the channel temperature of transistor Q 1 is lower than the superheat threshold (for example 175 C), the signal SL (T) remains in logic state 1, and thus makes it possible to validate by the AND gate 16 the passage of the switching control signal C1 to the translator 8. The switched load 2 is then activated and deactivated by the switching transistor QI according to the principle explained with reference to FIG. 1.
Si la température de canal atteint le seuil précité, la tension du signal Te sera alors suffisamment basse pour provoquer le basculement de la sortie du comparateur 22 à l'état 1. L'inverseur 24 délivre alors un état logique SL (T) = 0 sur l'entrée de la porte ET 16, faisant que la sortie de ce dernier est forcée à l'état logique 0 quelque soit l'état du signal de commande de commutation Cl. De la If the channel temperature reaches the aforementioned threshold, the voltage of the signal Te will then be low enough to cause the output of the comparator 22 to switch to state 1. The inverter 24 then delivers a logic state SL (T) = 0 on the input of AND gate 16, causing the output of the latter to be forced to logic state 0 whatever the state of the switching control signal Cl.
<Desc/Clms Page number 8><Desc / Clms Page number 8>
sorte, le translateur 8 maintient la grille G du transistor QI à une tension Vgs de blocage (par exemple 0 volt). Le transistor étant alors maintenu à l'état non conducteur, sa température de canal pourra retourner à un niveau normal. so, the translator 8 maintains the gate G of the transistor QI at a blocking voltage Vgs (for example 0 volts). The transistor then being kept in the non-conductive state, its channel temperature may return to a normal level.
L'hystérésis que procure le montage en"trigger Schmit"du comparateur 22 fait que le signal SL (T) reste à l'état logique 0 pour continuer à inhiber la transmission du signal de commande de commutation CI après l'augmentation de la tension Tc due au refroidissement du transistor. Le basculement à l'état logique 1 du signal SL (T), autorisant de nouveau la commande normale du transistor QI par le signal Cl, ne s'opère alors qu'après que la tension Tc soit remontée au dessus d'un seuil d'hystérésis, qui peut correspondre à une température de canal de l'ordre de 100-125 C, par exemple. On évite ainsi tout phénomène de"chasse" qui tendrait à maintenir le transistor QI autour de sa température de surchauffe, et on assure par ailleurs que le retour au fonctionnement normal du transistor QI ne s'opère que lorsque sa température est bien en dessous du seuil de surchauffe. The hysteresis provided by the mounting in trigger Schmit of comparator 22 causes the signal SL (T) to remain in logic state 0 to continue to inhibit the transmission of the switching command signal CI after the voltage increase Tc due to the cooling of the transistor. The switching to logic state 1 of the signal SL (T), again authorizing normal control of the transistor QI by the signal Cl, does not take place until after the voltage Tc has risen above a threshold d hysteresis, which can correspond to a channel temperature of the order of 100-125 C, for example. This avoids any phenomenon of "hunting" which would tend to maintain the transistor QI around its overheating temperature, and it also ensures that the return to normal operation of the transistor QI only takes place when its temperature is well below the overheating threshold.
Selon un deuxième mode de réalisation, on remplace l'utilisation d'un composant mis en contact thermique avec le transistor QI, tel que la diode 20 précitée, par l'analyse de la tension drain-source Vds du transistor. A cette fin, le moyen de détection 14'est matérialisé par des points de connexion respectivement au drain et à la source du transistor QI, entre lesquels existe la tension Vds. Ces points sont reliés aux entrées respectives (non-inverseuse et inverseuse) d'un amplificateur opérationnel en montage suiveur 26 de gain unitaire, reproduisant ainsi la tension Vds à sa sortie. Ce montage permet une détection à très haute impédance de Vds, et donc sans interférence sur le fonctionnement normal du transistor QI. La sortie de l'amplificateur 26 est transmise à une unité de conversion 28 ayant pour fonction de transformer la tension Vds en une valeur P représentative de la puissance dissipée par le transistor QI lorsque ce dernier est piloté. La conversion est basée sur la relation entre les valeurs Vds et P donnée par : P = Vds2/Rdson, où Rdson est la résistance drain-source lorsque le transistor QI est conducteur. L'unité de conversion 28 effectue donc une élévation au carré de la tension Vds fournie en entrée et un calibrage du résultat par un facteur 1/Rdson. Les circuits analogiques permettant de telles opérations sont connus en eux-mêmes, notamment dans le domaine des récepteurs de télévision. Cette valeur P est étroitement liée à la température de canal du transistor, et peut être considérée comme lui étant directement proportionnelle dans une première approximation. According to a second embodiment, the use of a component placed in thermal contact with the transistor QI, such as the aforementioned diode 20, is replaced by the analysis of the drain-source voltage Vds of the transistor. To this end, the detection means 14 is materialized by connection points respectively to the drain and to the source of the transistor QI, between which the voltage Vds exists. These points are connected to the respective inputs (non-inverting and inverting) of an operational amplifier in follower circuit 26 of unit gain, thus reproducing the voltage Vds at its output. This arrangement allows very high impedance detection of Vds, and therefore without interference on the normal operation of the transistor QI. The output of the amplifier 26 is transmitted to a conversion unit 28 whose function is to transform the voltage Vds into a value P representative of the power dissipated by the transistor QI when the latter is driven. The conversion is based on the relationship between the values Vds and P given by: P = Vds2 / Rdson, where Rdson is the drain-source resistance when the transistor QI is conductive. The conversion unit 28 therefore performs a squared rise in the voltage Vds supplied as an input and a calibration of the result by a factor 1 / Rdson. The analog circuits allowing such operations are known in themselves, in particular in the field of television receivers. This value P is closely related to the channel temperature of the transistor, and can be considered to be directly proportional to it in a first approximation.
<Desc/Clms Page number 9> <Desc / Clms Page number 9>
La valeur de P issue de l'unité de conversion 28 est transmise, sous forme de tension ou de courant, à une unité de modélisation 30 dont la fonction
est de produire à partir de cette valeur une tension Tc exprimant la température de canal du transistor QI. Dans une réalisation simplifiée, l'unité de modélisation effectue juste un calibrage linéaire de la valeur P, éventuellement avec une conversion courant-tension, selon une règle empirique. L'unité 30 peut ainsi être construite à partir d'un ou de plusieurs amplificateurs opérationnels avec des circuits de paramétrage et de correction de gain. L'étalonnage de l'unité de modélisation 30 peut s'effectuer de manière empirique ou semi-empirique, avec établissement d'une table de correspondance entre des points de mesure de la température de canal du transistor Ql, établie au moyen d'une sonde thermométrique, et des valeurs de P rendues par l'unité de conversion 28 à ces températures de mesure. Ces données expérimentales permettent alors de choisir les composants critiques de l'unité de modélisation et de prévoir des facteurs de correction de gain. La variation de la tension de sortie Tc issue de l'unité de conversion 30 est ainsi identifiable à une variation correspondante de la température de canal du transistor QI. Elle peut donc être exploitée pour la protection thermique de la même manière que dans le premier mode de réalisation (figure 4). The value of P from the conversion unit 28 is transmitted, in the form of voltage or current, to a modeling unit 30 whose function
is to produce from this value a voltage Tc expressing the channel temperature of the transistor QI. In a simplified embodiment, the modeling unit just performs a linear calibration of the value P, possibly with a current-voltage conversion, according to a rule of thumb. The unit 30 can thus be constructed from one or more operational amplifiers with gain setting and correction circuits. The calibration of the modeling unit 30 can be carried out empirically or semi-empirically, with the establishment of a correspondence table between measurement points of the channel temperature of the transistor Q1, established by means of a temperature probe, and P values returned by the conversion unit 28 at these measurement temperatures. These experimental data then make it possible to choose the critical components of the modeling unit and to predict gain correction factors. The variation in the output voltage Tc from the conversion unit 30 can thus be identified with a corresponding variation in the channel temperature of the transistor QI. It can therefore be used for thermal protection in the same way as in the first embodiment (Figure 4).
De la sorte, la sortie Tc de l'unité de modélisation 30 est présentée à l'entrée de comparaison d'un comparateur analogique 22 dont l'entrée de référence reçoit la tension de référence Tréf précitée. Le fonctionnement de ce comparateur, ainsi que celui des éléments 24 et 16, est identique, à la remarque
près que dans ce cas la sortie Tc est proportionnelle à la température du canal du transistor QI, à celui du premier mode de réalisation et ne sera pas décrit à nouveau par souci de concision. On remarque donc que le second mode de réalisation permet aussi d'exploiter les effets avantageux de l'hystéréris grâce au montage en"trigger Schmit"du comparateur 22. In this way, the output Tc of the modeling unit 30 is presented to the comparison input of an analog comparator 22 whose reference input receives the above-mentioned reference voltage Tréf. The operation of this comparator, as well as that of elements 24 and 16, is identical, to the remark
except that in this case the output Tc is proportional to the temperature of the channel of the transistor QI, to that of the first embodiment and will not be described again for the sake of brevity. It is therefore noted that the second embodiment also makes it possible to exploit the advantageous effects of hysteresis thanks to the mounting in "trigger Schmit" of the comparator 22.
En variante, il est envisageable de réaliser l'unité de conversion 28 et/ou l'unité de modélisation 30 selon des techniques de traitement numérique. Dans ce cas, on effectue une conversion analogique-numérique du signal Vds en amont de l'unité de conversion 28, l'obtention de la valeur de P résultant alors d'opérations arithmétiques simples. On peut de même produire la valeur Tc à partir de P par calcul numérique, avec référence à des tables ou cartographies stockées en mémoire à partir des données expérimentales précitées. As a variant, it is conceivable to produce the conversion unit 28 and / or the modeling unit 30 according to digital processing techniques. In this case, an analog-digital conversion of the signal Vds is carried out upstream of the conversion unit 28, the obtaining of the value of P then resulting from simple arithmetic operations. The value Tc can also be produced from P by numerical calculation, with reference to tables or maps stored in memory from the aforementioned experimental data.
<Desc/Clms Page number 10> <Desc / Clms Page number 10>
Un traitement numérique peut aussi être envisagé dans le cadre du premier mode de réalisation, avec une conversion numérique de la tension V (T) et calcul de la valeur Tc correspondante par des logiques arithmétiques et des points de référence cartographiés. A digital processing can also be envisaged within the framework of the first embodiment, with a digital conversion of the voltage V (T) and calculation of the corresponding value Tc by arithmetic logics and mapped reference points.
Dans les deux modes de réalisation, les moyens de traitement numérique peuvent être intégrés à la logique de commutation 4 ou à une autre source d'intelligence disposant de moyens de calcul. In both embodiments, the digital processing means can be integrated into the switching logic 4 or to another source of intelligence having computing means.
De préférence, l'unité de commande 14 est réalisée au moins en partie en circuit intégré sous forme de réseau prédiffusé configurable, généralement connu sous le terme anglo-saxon de ASIC (application specific integrated circuit). Preferably, the control unit 14 is produced at least in part as an integrated circuit in the form of a configurable pre-broadcast network, generally known by the Anglo-Saxon term of ASIC (application specific integrated circuit).
On peut notamment utiliser des réseaux prédiffusés disposant sur une même puce d'éléments analogiques (amplificateurs opérationnels, résistances, capacités, etc.) et d'éléments logiques (portes, registres, bascules, etc.). One can in particular use pre-broadcast networks having on the same chip of analog elements (operational amplifiers, resistances, capacities, etc.) and logic elements (gates, registers, flip-flops, etc.).
Il est clair que l'invention se prête à de nombreuses variantes envisageables par l'homme du métier en fonction des applications et contraintes à considérer. It is clear that the invention lends itself to numerous variants that can be envisaged by those skilled in the art depending on the applications and constraints to be considered.
Dans les exemples, la protection thermique procède par inhibition de la propagation du signal logique de commutation Cl vers le translateur, et ce au moyen de la porte ET 16. D'autres configurations logiques peuvent bien entendu être considérées avec un effet technique équivalent, par exemple en agissant directement sur des points de commande de la logique de commutation 4, ou sur une éventuelle entrée logique d'inhibition située au niveau du translateur 8. In the examples, the thermal protection proceeds by inhibiting the propagation of the logic switching signal C1 towards the translator, and this by means of the AND gate 16. Other logic configurations can of course be considered with an equivalent technical effect, by example by acting directly on control points of the switching logic 4, or on a possible inhibiting logic input located at the level of the translator 8.
Enfin, bien que l'invention ait été décrite dans le cadre de la surveillance d'un transistor MOSFET, il est apparent que son enseignement couvre d'autres dispositifs susceptibles de surchauffe et dont la commande s'effectue par le biais d'un translateur ou autre circuit d'attaque. L'invention concerne donc également tout type de commutateur de puissance (FET, bipolaire, relais,...) ou autre charge dissipative. Ainsi, dans le cas général, le translateur 8 peut être remplacé par tout autre circuit d'attaque permettant une commande de commutateur à partir de signaux logiques basse tension. Finally, although the invention has been described in the context of monitoring a MOSFET transistor, it is apparent that its teaching covers other devices liable to overheat and the control of which is effected by means of a translator or other driver. The invention therefore also relates to any type of power switch (FET, bipolar, relay, ...) or other dissipative load. Thus, in the general case, the translator 8 can be replaced by any other drive circuit allowing switch control from low voltage logic signals.
Par ailleurs, l'élément 14'de détection de paramètre liée à la température peut être agencé pour agir ailleurs que sur le commutateur QI, par exemple en étant mis en contact thermique avec la charge commutée 2 ou agencé pour échantillonner un signal fonction de la température de cette charge. Furthermore, the element 14 ′ for detecting a parameter linked to the temperature can be arranged to act elsewhere than on the QI switch, for example by being brought into thermal contact with the switched load 2 or arranged to sample a signal depending on the temperature of this charge.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR0107831A FR2826198A1 (en) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | Device and method for thermal protection of a switching component, in particular a power transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR0107831A FR2826198A1 (en) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | Device and method for thermal protection of a switching component, in particular a power transistor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2826198A1 true FR2826198A1 (en) | 2002-12-20 |
Family
ID=8864339
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR0107831A Pending FR2826198A1 (en) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | Device and method for thermal protection of a switching component, in particular a power transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2826198A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3031136A1 (en) * | 2013-08-08 | 2016-06-15 | Tyco Electronics Corporation | Solid state relay protective device |
EP3744003A1 (en) * | 2018-01-23 | 2020-12-02 | Renesas Electronics Corporation | Over-temperature protection circuit |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4896245A (en) * | 1989-03-13 | 1990-01-23 | Motorola Inc. | FET overtemperature protection circuit |
DE19704861A1 (en) * | 1997-02-10 | 1998-08-27 | Daimler Benz Ag | Temp. measurement arrangement, e.g. for contactless switch |
DE19832558A1 (en) * | 1998-07-20 | 2000-01-27 | Siemens Ag | Semiconductor component with semiconductor power switch for driving electric load, such as DC motors, asynchronous motors etc. |
-
2001
- 2001-06-15 FR FR0107831A patent/FR2826198A1/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4896245A (en) * | 1989-03-13 | 1990-01-23 | Motorola Inc. | FET overtemperature protection circuit |
DE19704861A1 (en) * | 1997-02-10 | 1998-08-27 | Daimler Benz Ag | Temp. measurement arrangement, e.g. for contactless switch |
DE19832558A1 (en) * | 1998-07-20 | 2000-01-27 | Siemens Ag | Semiconductor component with semiconductor power switch for driving electric load, such as DC motors, asynchronous motors etc. |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3031136A1 (en) * | 2013-08-08 | 2016-06-15 | Tyco Electronics Corporation | Solid state relay protective device |
EP3744003A1 (en) * | 2018-01-23 | 2020-12-02 | Renesas Electronics Corporation | Over-temperature protection circuit |
US11750186B2 (en) | 2018-01-23 | 2023-09-05 | Renesas Electronics Corporation | Over-temperature protection circuit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2302341A2 (en) | Detection circuit with improved anti-blooming circuit | |
FR2677793A1 (en) | Circuit for producing an internal supply voltage | |
EP1977514B1 (en) | Controlling a mos transistor | |
FR2844404A1 (en) | CONTROL CIRCUIT CONNECTED TO PULSE SHAPING CIRCUITS AND ITS OPERATING METHOD | |
EP0700141A1 (en) | Temperature detector on an integrated circuit | |
FR2708399A1 (en) | Amplifier polarization control system. | |
EP0568440A1 (en) | Detection circuit having voltage thresholds | |
EP0014149A1 (en) | Reference voltage generator and circuit for measuring the threshold voltage of a MOS transistor, applicable to such a reference voltage generator | |
FR2826198A1 (en) | Device and method for thermal protection of a switching component, in particular a power transistor | |
EP3087647A1 (en) | Power controller with linear control of current peak limitation and with short-circuit protection | |
FR2581458A1 (en) | FEMTOAMPEREMETRE | |
EP3086131A1 (en) | Device for measuring a current in an electric circuit | |
FR2539932A1 (en) | DEVICE FOR COMPENSATING THE TEMPERATURE GAIN DERIVATIVES OF A MICROWAVE ELECTRICAL SIGNAL AMPLIFIER | |
FR3092706A1 (en) | Power supply device | |
FR2890239A1 (en) | Integrated circuit, has comparison device comparing measured values of one of transistors and reference values, and biasing device delivering bias voltage, based on comparison, to substrates of transistors for biasing substrates to voltage | |
EP0050583A1 (en) | Alternating voltage to direct current converter and oscillator circuit comprising said converter | |
EP4002212B1 (en) | Microcircuit board | |
EP1580887A1 (en) | Motor speed control system for a fan and motor unit, in particular a heating and/or air-conditioning unit for a motor vehicle | |
EP4179339A1 (en) | Detector for detecting the polarity of an alternating signal | |
FR2819656A1 (en) | VOLTAGE LIMITER FOR INTERFACE CIRCUIT OF A COMMUNICATION BUS | |
FR2807193A1 (en) | Electric circuit for transmission of binary state information from a rail vehicle, uses energy storage devices to deliver current indicating state of mechanical contact | |
FR2916278A1 (en) | METHOD FOR MANAGING A CIRCUIT OF A SOLENOID VALVE OF AN ELECTRONIC BRAKE SYSTEM | |
FR2602932A1 (en) | LOGICAL DOOR BFL COMPENSATED IN TEMPERATURE | |
FR3134666A1 (en) | Electronic system comprising a power module and an electronic device | |
EP0138706A2 (en) | Threshold fail-safe logic circuit |