FR3089365A1 - DC / DC step-up converter with bypass device for its protective diode - Google Patents
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Abstract
Convertisseur (1) continu/continu élévateur de tension comportant une bobine (4), un interrupteur d’élévateur (7), ainsi qu’une diode de protection (8) dont l’anode est reliée à la bobine (4) et dont la cathode est reliée à l’interrupteur d’élévateur (7). Le convertisseur comporte en outre un dispositif de dérivation (9) de la diode de protection (8), ce dispositif de dérivation (9) étant activé pour court-circuiter la diode de protection (8) lorsque le convertisseur (1) est activé. Figure 2DC / DC step-up converter (1) comprising a coil (4), a step-up switch (7), as well as a protection diode (8), the anode of which is connected to the coil (4) and of which the cathode is connected to the elevator switch (7). The converter further comprises a bypass device (9) of the protection diode (8), this bypass device (9) being activated to short-circuit the protection diode (8) when the converter (1) is activated. Figure 2
Description
DescriptionDescription
Titre de l'invention : Convertisseur continu/continu élévateur de tension à dispositif de dérivation de sa diode de protection Domaine technique [0001] L’invention concerne le domaine de l’électronique et vise plus particulièrement les convertisseurs continus/continus élévateurs de tension.Title of the invention: DC / DC step-up converter with bypass device for its protective diode Technical field [0001] The invention relates to the electronic field and is more particularly aimed at DC / DC step-up converters.
[0002] Les convertisseurs continus/continus élévateurs de tension sont couramment utilisés dans de nombreuses applications pour fournir en sortie une tension continue plus élevée qu’une tension continue fournie en entrée.DC step-up / step-up converters are commonly used in many applications to output a higher DC voltage than a DC voltage supplied at the input.
Etat de la technique [0003] Ces convertisseurs continus/continus élévateurs de tension sont notamment employés dans le domaine de l’automobile pour alimenter un calculateur à partir de l’énergie fournie par la batterie du véhicule. Le convertisseur continu/continu élévateur de tension est un élément de sécurité garantissant au calculateur une tension minimale d’alimentation et ce, même en cas de fluctuation de la tension continue délivrée par la batterie du véhicule.State of the art These DC / DC step-up converters are used in particular in the automotive field to power a computer from the energy supplied by the vehicle battery. The DC / DC step-up converter is a safety element that guarantees the computer a minimum supply voltage, even in the event of fluctuation in the DC voltage supplied by the vehicle battery.
[0004] Un tel calculateur de véhicule automobile est une unité électronique de contrôle comportant des dispositifs de calcul (microcontrôleur, microprocesseur, etc.) permettant de piloter diverses fonctions au sein du véhicule telles que le contrôle moteur (injection, allumage, commande des diverses vannes, etc.), le contrôle d’accès (gestion des serrures, des ouvrants, etc.), la centrale de navigation ou autres éléments de confort, ou toute autre fonction du véhicule.Such a motor vehicle computer is an electronic control unit comprising calculation devices (microcontroller, microprocessor, etc.) making it possible to control various functions within the vehicle such as engine control (injection, ignition, control of the various valves, etc.), access control (management of locks, doors, etc.), the navigation unit or other comfort elements, or any other function of the vehicle.
[0005] Ces unités électroniques de contrôle sont alimentées par la batterie du véhicule dont la tension peut présenter des fluctuations en fonction, par exemple, de la charge de la batterie. De plus, lors de certaines opérations critiques telles que l’alimentation du démarreur électrique d’un moteur thermique durant le démarrage du véhicule, une importante chute de la tension de la batterie est courante.These electronic control units are powered by the vehicle battery, the voltage of which may fluctuate as a function, for example, of the battery charge. In addition, during certain critical operations such as supplying the electric starter to a heat engine during vehicle starting, a large drop in battery voltage is common.
[0006] Par exemple, une batterie de véhicule classique de tension 12 volts peut, lors de la phase d’actionnement du démarreur, subir une chute de tension de près d’une dizaine de volts pendant un court instant. Durant cet instant, si la tension d’alimentation du calculateur passe en dessous d’une valeur seuil de réinitialisation, des éléments électroniques tels que les microcontrôleurs sont alors réinitialisés. Cette réinitialisation d’éléments électroniques du calculateur est de préférence à éviter car elle conduit à une discontinuité dans la fonction du calculateur et éventuellement des pertes de données, voire des problèmes de sécurité.For example, a conventional vehicle battery with a voltage of 12 volts can, during the starter actuation phase, undergo a voltage drop of almost ten volts for a short time. During this instant, if the computer supply voltage drops below a reset threshold value, electronic elements such as microcontrollers are then reset. This reinitialization of electronic elements of the computer is preferably to be avoided since it leads to a discontinuity in the function of the computer and possibly data loss or even security problems.
[0007] Les convertisseurs continus/continus élévateurs de tension, placés entre la batterie du véhicule et le calculateur, permettent d’éviter une chute de tension qui résulterait en une réinitialisation des éléments électroniques du calculateur.The DC / DC step-up converters, placed between the vehicle battery and the computer, prevent a voltage drop that would result in a reset of the electronic components of the computer.
[0008] On connaît, dans le domaine automobile, des agencements dans lesquels un convertisseur continu/continu élévateur de tension est disposé entre la batterie du véhicule et un calculateur. Lorsque la batterie délivre une tension acceptable, proche de sa tension nominale, le convertisseur continu/continu élévateur de tension n’est pas activé et le calculateur est directement alimenté par la batterie. En cas de chute de tension de la batterie, par exemple lorsque cette dernière passe en dessous d’une tension-seuil de 8 volts, le convertisseur est commandé pour élever la tension qu’il reçoit de la batterie en vue de fournir au calculateur une tension d’alimentation qui soit toujours supérieure à un seuil de tension qui est au-dessus du seuil de réinitialisation des éléments électroniques du calculateur.There are known, in the automotive field, arrangements in which a DC / DC step-up converter is arranged between the vehicle battery and a computer. When the battery delivers an acceptable voltage, close to its nominal voltage, the DC step-up converter is not activated and the computer is directly powered by the battery. In the event of a battery voltage drop, for example when the latter drops below a threshold voltage of 8 volts, the converter is controlled to raise the voltage it receives from the battery in order to provide the computer with a supply voltage which is always greater than a voltage threshold which is above the threshold for resetting the electronic elements of the computer.
[0009] Ces convertisseurs continus/continus élévateurs de tension sont couramment utilisés dans l’automobile et ont donné satisfaction par le passé. Cependant, les conditions de fonctionnement de ce type de convertisseur tendent à devenir plus difficiles. D’une part, les consommateurs susceptibles d’entraîner des chutes de tension de la batterie sont actuellement plus nombreux et plus puissants. D’autre part, les besoins en puissance de calcul sont régulièrement en hausse pour les calculateurs, tels que les microcontrôleurs, ce qui entraîne une augmentation de la consommation électrique des éléments du calculateur, notamment les microcontrôleurs ou microprocesseurs. Ces nouvelles conditions plus difficiles nécessitent des convertisseurs continus/continus élévateurs de tension qui, à partir d’une tension d’entrée susceptible de chutes de tension plus nombreuses et plus fortes, soient adaptés à alimenter des calculateurs plus puissants.These DC / DC step-up converters are commonly used in the automotive industry and have been successful in the past. However, the operating conditions of this type of converter tend to become more difficult. On the one hand, there are currently more and more powerful consumers likely to cause a drop in battery voltage. On the other hand, the computing power requirements are steadily increasing for computers, such as microcontrollers, which leads to an increase in the electrical consumption of the elements of the computer, in particular microcontrollers or microprocessors. These new, more difficult conditions require step-up DC / DC converters which, from an input voltage capable of more and greater voltage drops, are adapted to supply more powerful computers.
[0010] Les convertisseurs continus/continus élévateurs de tension sont couramment utilisés dans de nombreuses applications pour fournir en sortie une tension continue plus élevée qu’une tension continue fournie en entrée.DC step-up / step-up converters are commonly used in many applications to provide a higher DC voltage at output than a DC voltage supplied at input.
Résumé de l’invention [0011] Le but de l’invention est de proposer un convertisseur continu/continu élévateur de tension qui soit optimisé pour répondre à d’importantes chutes de tension sur sa tension d’alimentation et qui permette d’alimenter un équipement avec une tension qui est élevée et sous forte puissance.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the invention is to provide a DC / DC step-up converter which is optimized to respond to large voltage drops on its supply voltage and which makes it possible to supply a equipment with a high voltage and high power.
[0012] A cet effet, l’invention vise un convertisseur continu/continu élévateur de tension comportant une bobine, un interrupteur d’élévateur, ainsi qu’une diode de protection dont l’anode est reliée à la bobine et dont la cathode est reliée à l’interrupteur d’élévateur. Ce convertisseur comporte en outre un dispositif de dérivation de la diode de protection, ce dispositif de dérivation étant activé pour court-circuiter la diode de protection lorsque le convertisseur est activé.To this end, the invention relates to a DC / DC step-up converter comprising a coil, an elevator switch, as well as a protective diode whose anode is connected to the coil and whose cathode is connected to the elevator switch. This converter further comprises a device for bypassing the protection diode, this bypass device being activated to short-circuit the protection diode when the converter is activated.
[0013] Le dispositif de dérivation est réalisé de préférence avec un transistor MOSLET dont la grille est commandée par une pompe de charge réalisée par un montage avec diode et condensateur.The bypass device is preferably produced with a MOSLET transistor, the gate of which is controlled by a charge pump produced by an assembly with diode and capacitor.
[0014] Le convertisseur selon l’invention permet de s’affranchir de la chute de tension générée par la présence de la diode de protection. Cette diode de protection est en effet impérative dans le convertisseur, puisqu’elle permet une protection contre les inversions de polarité de la batterie alimentant le convertisseur ou toute autre impulsion parasite. Dans le cas d’un convertisseur alimenté par une batterie de véhicule de tension nominale 12 volts, une telle diode de protection peut faire perdre jusqu’à 1 volt de tension au niveau du convertisseur, ce qui représente un tiers de la tension disponible lorsque la tension de la batterie disponible, durant une phase de chute de tension, n’est que de 3 volts. Dans ces conditions, la suppression de la diode de protection par un mécanisme de dérivation permet un gain important lorsque l’on s’approche des conditions extrêmes de fonctionnement du convertisseur. En s’affranchissant de la perte de tension entraînée par la présence de la diode de protection, le convertisseur selon l’invention présente de meilleures performances en élévation de tension, à partir d’une tension plus faible, et permet donc de mieux répondre aux fortes contraintes actuelles.The converter according to the invention overcomes the voltage drop generated by the presence of the protection diode. This protection diode is indeed imperative in the converter, since it allows protection against reverse polarity of the battery supplying the converter or any other parasitic pulse. In the case of a converter powered by a vehicle battery with a nominal voltage of 12 volts, such a protection diode can cause a voltage loss of up to 1 volt at the converter, which represents one third of the available voltage when the available battery voltage, during a voltage drop phase, is only 3 volts. Under these conditions, the removal of the protective diode by a bypass mechanism allows a significant gain when approaching the extreme operating conditions of the converter. By eliminating the voltage loss caused by the presence of the protection diode, the converter according to the invention has better performance in voltage rise, from a lower voltage, and therefore makes it possible to respond better to current strong constraints.
[0015] Un autre objet de l’invention est un dispositif de maintien de tension pour batterie électrique, comportant un convertisseur continu/continu élévateur de tension tel que décrit ci-dessus ; des moyens de mesure de la tension de la batterie ; un microcontrôleur adapté à commander l’interrupteur d’élévateur pour activer le convertisseur lorsque la tension de la batterie est inférieure à un seuil prédéterminé. Ce seuil prédéterminé peut être de 3V.Another object of the invention is a voltage maintaining device for an electric battery, comprising a DC / DC step-up converter as described above; means for measuring the battery voltage; a microcontroller adapted to control the elevator switch to activate the converter when the battery voltage is below a predetermined threshold. This predetermined threshold can be 3V.
[0016] Le convertisseur selon l’invention peut également comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison :The converter according to the invention may also include the following additional characteristics, alone or in combination:
le dispositif de dérivation comporte un interrupteur de dérivation dont les bornes sont reliées aux bornes de la diode de protection.the bypass device includes a bypass switch whose terminals are connected to the terminals of the protection diode.
[0017] L’interrupteur de dérivation est un transistor adapté, lorsqu’il est en mode passant, à court-circuiter la diode de protection ; la diode de protection est constituée par la diode interne du transistor.The bypass switch is a suitable transistor, when in on mode, to short-circuit the protection diode; the protection diode is formed by the internal diode of the transistor.
[0018] L’électrode d’entrée du transistor est reliée à un circuit de commande comportant un condensateur de pompe de charge adapté à se charger lorsque le convertisseur est activé. L’électrode d’entrée désigne la grille dans le cas d’un transistor à effet de champ, tel qu’un transistor MOSLET.The transistor input electrode is connected to a control circuit comprising a charge pump capacitor adapted to charge when the converter is activated. The input electrode designates the gate in the case of a field effect transistor, such as a MOSLET transistor.
[0019] Le transistor est un transistor Mosfet à effet de champ de type P et le circuit de commande comporte une première branche comportant un premier condensateur et une première diode de commande en série, cette première branche étant reliée entre l’anode de la diode de protection et la masse, la cathode de la première diode de commande étant reliée à la masse ; une deuxième branche comportant une deuxième diode de commande dont la cathode est reliée au premier condensateur et à la première diode de commande, et dont l’anode est reliée à la grille de l’interrupteur de dérivation ; un condensateur de pompe de charge dont l’une des électrodes est reliée à la grille du transistor, et dont l’autre électrode est reliée à la masse.The transistor is a P-type field effect Mosfet transistor and the control circuit comprises a first branch comprising a first capacitor and a first control diode in series, this first branch being connected between the anode of the diode protection and ground, the cathode of the first control diode being connected to ground; a second branch comprising a second control diode, the cathode of which is connected to the first capacitor and to the first control diode, and the anode of which is connected to the grid of the bypass switch; a charge pump capacitor, one of the electrodes of which is connected to the gate of the transistor, and the other of which is connected to ground.
[0020] Le transistor Mosfet est un transistor à effet de champ de type N et le circuit de commande comporte une première branche comportant une diode de commande et une résistance en série, cette première branche étant reliée entre la bobine et la grille du transistor, la cathode de la diode de commande étant reliée à la résistance ; une deuxième branche comportant un condensateur de pompe de charge, reliée d’une part entre la diode de commande et la résistance et reliée d’autre part à l’anode de la diode de protection.The Mosfet transistor is an N-type field effect transistor and the control circuit comprises a first branch comprising a control diode and a resistor in series, this first branch being connected between the coil and the gate of the transistor, the cathode of the control diode being connected to the resistor; a second branch comprising a charge pump capacitor, connected on the one hand between the control diode and the resistor and connected on the other hand to the anode of the protection diode.
Description des dessins [0021] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :Description of the Drawings [0021] Other characteristics and advantages of the invention will become apparent on reading the description which follows. This is purely illustrative and should be read in conjunction with the accompanying drawings in which:
[0022] [fig.l] représente une vue schématique d’un calculateur couplé à un capteur de type source de tension.[Fig.l] shows a schematic view of a computer coupled to a voltage source type sensor.
[0023] [fig-2] représente un convertisseur selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.[Fig-2] shows a converter according to a second embodiment of the invention.
Description des modes de réalisation [0024] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments, c’est-à-dire que les éléments communs au premier et au deuxième mode de réalisation portent les mêmes références numériques.Description of the embodiments In these figures, the same references are used to designate the same elements, that is to say that the elements common to the first and to the second embodiment bear the same numerical references.
[0025] La figure 1 illustre un premier mode de réalisation de l’invention. Cette figure est un schéma électrique montrant un convertisseur 1 continu/continu élévateur de tension. Ce convertisseur 1 comporte une entrée d’alimentation 2 destinée à être reliée au pôle positif d’une batterie de véhicule et comporte une sortie 3 destinée à alimenter un calculateur du véhicule.Figure 1 illustrates a first embodiment of the invention. This figure is an electrical diagram showing a DC converter 1 / DC step-up. This converter 1 has a power input 2 intended to be connected to the positive pole of a vehicle battery and has an output 3 intended to supply a computer of the vehicle.
[0026] Le convertisseur 1 comporte, de manière classique, une bobine 4, un condensateur 5, une diode d’élévateur 6 et un interrupteur d’élévateur 7. Le convertisseur 1 est un convertisseur élévateur de tension, également dénommé « convertisseur boost » ou « step-up », en anglais, qui convertit une tension continue provenant de la batterie en une autre tension continue de plus forte valeur destinée au calculateur, en cas de chute de tension de la batterie. Lorsque l’interrupteur d’élévateur 7 est fermé, le courant augmente dans la bobine 4 et de l’énergie électrique y est ainsi stockée. Lorsque l’interrupteur d’élévateur 7 est ouvert, le condensateur 5 se charge. Le fonctionnement d’un convertisseur continu/continu élévateur de tension est bien connu et ne sera pas décrit plus en détail ici. La commande de l’interrupteur d’élévateur 7 peut être réalisée par tout circuit électronique connu et peut, de plus, être réalisée directement par le calculateur que le convertisseur 1 alimente.The converter 1 comprises, in a conventional manner, a coil 4, a capacitor 5, an elevator diode 6 and an elevator switch 7. The converter 1 is a voltage step-up converter, also called a "boost converter" or “step-up”, in English, which converts a DC voltage from the battery into another DC voltage of higher value intended for the computer, in the event of a drop in battery voltage. When the elevator switch 7 is closed, the current increases in the coil 4 and electrical energy is thus stored there. When the elevator switch 7 is open, the capacitor 5 charges. The operation of a DC step-up converter is well known and will not be described in more detail here. The elevator switch 7 can be controlled by any known electronic circuit and can also be performed directly by the computer which the converter 1 supplies.
[0027] Le convertisseur 1 comporte également une diode de protection 8, qui est par exemple une diode Schottky, dont l’anode est connectée à la bobine 4 et dont la cathode est connectée à l’interrupteur d’élévateur 7. Comme indiqué plus haut, cette diode de protection 8 est impérative, notamment dans une application automobile, pour protéger le dispositif contre les impulsions transitoires indésirables.The converter 1 also includes a protective diode 8, which is for example a Schottky diode, the anode of which is connected to the coil 4 and the cathode of which is connected to the elevator switch 7. As indicated more top, this protection diode 8 is imperative, especially in an automotive application, to protect the device against undesirable transient pulses.
[0028] L’utilisation d’une diode de Schottky permet de limiter la chute de tension présente aux bornes de la diode. Cette chute de tension, même ainsi limitée, reste trop élevée lors d’une forte chute de tension de la batterie et lorsqu’une puissance importante est à fournir au calculateur, car la diode dissipe alors une part non négligeable de puissance.The use of a Schottky diode makes it possible to limit the voltage drop present at the terminals of the diode. This voltage drop, even so limited, remains too high during a large voltage drop in the battery and when a large power is to be supplied to the computer, because the diode then dissipates a non-negligible part of power.
[0029] Le convertisseur 1 comporte de plus un dispositif de dérivation 9 de la diode de protection 8. L’expression « dispositif de dérivation » désigne ici un dispositif permettant à un flux de contourner un élément par un chemin dérivé. Les dispositifs de dérivation sont également couramment dénommés « by pass », en anglais. Le dispositif de dérivation 9 permet ici au courant électrique de contourner la diode de protection 8 au moment opportun pour permettre d’éviter toute dissipation d’énergie dans la diode de protection 8.The converter 1 further comprises a bypass device 9 of the protective diode 8. The expression “bypass device” here designates a device allowing a flow to bypass an element by a bypass path. Bypass devices are also commonly referred to as "by pass" in English. The bypass device 9 here allows the electric current to bypass the protection diode 8 at the appropriate time to avoid any dissipation of energy in the protection diode 8.
[0030] Le dispositif de dérivation 9 comporte un interrupteur de dérivation 10 ainsi qu’un circuit de commande 11 pour cet interrupteur de dérivation 10. L’interrupteur de dérivation 10 est par exemple un transistor MOSFET. Dans ce premier mode de réalisation, le transistor MOSFET constituant l’interrupteur de dérivation 10 est de type P et est connecté au circuit de sorte que son drain soit relié à l’anode de la diode de protection 8, que sa source soit reliée à la cathode de la diode de protection 8 et que sa grille soit connectée au circuit de commande 11. Une résistance 12 schématise sur la figure la résistance interne du transistor MOSFET constituant l’interrupteur de dérivation 10.The bypass device 9 includes a bypass switch 10 as well as a control circuit 11 for this bypass switch 10. The bypass switch 10 is for example a MOSFET transistor. In this first embodiment, the MOSFET constituting the bypass switch 10 is of type P and is connected to the circuit so that its drain is connected to the anode of the protection diode 8, that its source is connected to the cathode of the protection diode 8 and that its gate is connected to the control circuit 11. A resistor 12 shows diagrammatically in the figure the internal resistance of the MOSFET transistor constituting the bypass switch 10.
[0031] Le circuit de commande 11 comporte ici un premier condensateur 13 et un condensateur de pompe de charge 14, ainsi qu’une première diode de commande 16 et une deuxième diode de commande 15. Ces éléments sont agencés, dans le présent exemple, comme suit le premier condensateur 13 est relié d’une part à l’anode de la diode de protection 8, et est relié d’autre part à l’anode de la première diode de commande 16 ; la cathode de la première diode de commande 16 est reliée à la masse ; la deuxième diode de commande 15 est connectée entre le premier condensateur 13 et la première diode de commande 16 par sa cathode, et est reliée par son anode à la grille de l’interrupteur de dérivation 10 ; le condensateur de pompe de charge 14 est relié d’une part à la masse et est relié d’autre part entre la deuxième diode de commande 15 et la grille de l’interrupteur de dérivation 10.The control circuit 11 here comprises a first capacitor 13 and a charge pump capacitor 14, as well as a first control diode 16 and a second control diode 15. These elements are arranged, in the present example, as follows, the first capacitor 13 is connected on the one hand to the anode of the protective diode 8, and is connected on the other hand to the anode of the first control diode 16; the cathode of the first control diode 16 is connected to ground; the second control diode 15 is connected between the first capacitor 13 and the first control diode 16 by its cathode, and is connected by its anode to the grid of the bypass switch 10; the charge pump capacitor 14 is connected on the one hand to ground and on the other hand is connected between the second control diode 15 and the grid of the bypass switch 10.
[0032] Le convertisseur 1 qui vient d’être décrit fonctionne de la manière indiquée ci-après. Lorsque la batterie du véhicule présente à ses bornes une tension supérieure à une tension-seuil d’activation (par exemple 8 volts), le convertisseur 1 n’est pas activé. La batterie du véhicule alimente donc directement le calculateur dont la tension d’alimentation est donc la tension exacte de la batterie.The converter 1 which has just been described operates in the manner indicated below. When the vehicle battery has a voltage at its terminals greater than an activation threshold voltage (for example 8 volts), the converter 1 is not activated. The vehicle battery therefore directly supplies the computer, the supply voltage of which is therefore the exact voltage of the battery.
[0033] Lorsque la tension de la batterie chute en dessous de la tension-seuil d’activation, le convertisseur 1 est activé afin de remonter la tension d’alimentation du calculateur à la valeur nominale de 12 volts. Conformément au fonctionnement classique d’un convertisseur continu/continu élévateur de tension, l’interrupteur d’élévateur 7 oscille entre une position passante et une position bloquée selon un rapport cyclique choisi pour permettre de passer de la tension batterie à la tension nominale d’alimentation du calculateur.When the battery voltage drops below the activation threshold voltage, the converter 1 is activated in order to raise the supply voltage of the computer to the nominal value of 12 volts. In accordance with the conventional operation of a DC / DC step-up converter, the step-up switch 7 oscillates between a on position and a locked position according to a duty cycle chosen to allow switching from battery voltage to nominal voltage of computer supply.
[0034] Bien que la commande de l’interrupteur d’élévateur 7 soit la même que pour un convertisseur 1 classique, le circuit de commande 11 intervient par ailleurs pour court-circuiter la diode de protection 8 grâce au dispositif de dérivation, lorsque le convertisseur élévateur de tension est actif en vue de remédier à une chute de tension de la batterie.Although the control of the elevator switch 7 is the same as for a conventional converter 1, the control circuit 11 also intervenes to short-circuit the protection diode 8 thanks to the bypass device, when the step-up converter is active to remedy a drop in battery voltage.
[0035] Lorsque le convertisseur est ainsi actif, la source de l’interrupteur de dérivation 10 est mise à la masse à chaque période où l’interrupteur d’élévateur 7 est passant. Durant l’activation du convertisseur 1, le condensateur de pompe de charge 14 se charge négativement (voir flèche 17 de la figure 1). Une tension négative est ainsi forcée sur la grille de l’interrupteur de dérivation 10. L’interrupteur de dérivation 10 étant, dans le présent exemple, un transistor MOS de type P, la tension négative forcée sur sa grille le rend passant, de sorte que la diode de protection 8 est court-circuitée par l’interrupteur de dérivation 10. Ainsi, lorsque l’interrupteur d’élévateur 7 est passant dans le but d’accumuler de l’énergie électrique dans la bobine 4, la tension aux bornes de la bobine 4 n’est pas diminuée de la tension aux bornes de la diode de protection 8. Comme exposé précédemment, dans un cas critique où la tension de la batterie après une chute de tension serait de 3 volts, la mise hors circuit de la diode de protection 8 permet de gagner 1 volt de tension soit un gain d’un tiers de la tension disponible.When the converter is thus active, the source of the bypass switch 10 is grounded at each period when the elevator switch 7 is on. During the activation of the converter 1, the charge pump capacitor 14 charges negatively (see arrow 17 in FIG. 1). A negative voltage is thus forced on the gate of the bypass switch 10. The bypass switch 10 being, in the present example, a P-type MOS transistor, the negative voltage forced on its gate makes it passable, so that the protective diode 8 is short-circuited by the bypass switch 10. Thus, when the elevator switch 7 is on in order to accumulate electrical energy in the coil 4, the voltage across the terminals of the coil 4 is not reduced by the voltage across the protection diode 8. As previously explained, in a critical case where the battery voltage after a voltage drop would be 3 volts, switching off the the protection diode 8 makes it possible to gain 1 volt of voltage, ie a gain of one third of the available voltage.
[0036] Lorsque le convertisseur 1 n’est plus activé, l’interrupteur d’élévateur 7 restant bloqué, le potentiel de la grille de l’interrupteur de dérivation 10 redevient nul et l’interrupteur de dérivation 18 se bloque.When the converter 1 is no longer activated, the elevator switch 7 remains blocked, the potential of the grid of the bypass switch 10 becomes zero again and the bypass switch 18 is blocked.
[0037] La figure 2 illustre un deuxième mode de réalisation de l’invention dans lequel le dispositif de dérivation 9 utilise un interrupteur de dérivation 10 qui est constitué par un transistor MOSFET de type N. Dans ce deuxième mode de réalisation, le convertisseur 1 est également classique en ce qui concerne le condensateur 5 d’élévateur, la diode d’élévateur 6, l’interrupteur d’élévateur 7 et la diode de protection 8.FIG. 2 illustrates a second embodiment of the invention in which the bypass device 9 uses a bypass switch 10 which is constituted by an N-type MOSFET transistor. In this second embodiment, the converter 1 is also conventional with regard to the elevator capacitor 5, the elevator diode 6, the elevator switch 7 and the protection diode 8.
[0038] Le dispositif de dérivation 9 de ce deuxième mode de réalisation comporte un interrupteur de dérivation 18 (qui est donc de type N) dont le drain et la source sont reliés aux deux électrodes de la diode de protection 8. La grille de l’interrupteur de dérivation 18 est reliée à une résistance 19 elle-même reliée à la cathode d’une diode de commande 20. L’anode de la diode de commande 20 est reliée à l’entrée d’alimentation, c’est-à-dire à la borne positive de la batterie. Un condensateur de pompe de charge 21 est de plus branché par l’une de ses électrodes, entre la cathode de la diode de commande 20 et la résistance 19 et, par l’autre de ses électrodes, à la source de l’interrupteur de dérivation 18. Une résistance 22 schématise la résistance interne de l’interrupteur de dérivation 18.The bypass device 9 of this second embodiment comprises a bypass switch 18 (which is therefore of type N) whose drain and source are connected to the two electrodes of the protective diode 8. The grid of the bypass switch 18 is connected to a resistor 19 which is itself connected to the cathode of a control diode 20. The anode of the control diode 20 is connected to the power input, that is to say - tell the positive terminal of the battery. A charge pump capacitor 21 is further connected by one of its electrodes, between the cathode of the control diode 20 and the resistor 19 and, by the other of its electrodes, at the source of the switch. bypass 18. A resistor 22 diagrams the internal resistance of the bypass switch 18.
[0039] Dans cette configuration du deuxième mode de réalisation, lorsqu’en cas de chute de tension, le convertisseur 1 est activé, l’interrupteur d’élévateur 7 passe donc cycliquement entre ses états passants et bloqués. Durant l’activation du convertisseur 1, le condensateur de pompe de charge 21 se charge par paliers jusqu’à ce que la tension à ses bornes se stabilise, de sorte qu’une tension positive est appliquée à la grille de l’interrupteur de dérivation 18 qui devient donc passant, court-circuitant la diode de protection 8 avec les mêmes conséquences avantageuses que pour le premier mode de réalisation.In this configuration of the second embodiment, when in the event of a voltage drop, the converter 1 is activated, the elevator switch 7 therefore passes cyclically between its on and off states. During the activation of the converter 1, the charge pump capacitor 21 is charged in stages until the voltage across its terminals stabilizes, so that a positive voltage is applied to the grid of the bypass switch. 18 which therefore becomes on, short-circuiting the protection diode 8 with the same advantageous consequences as for the first embodiment.
[0040] Lorsque le convertisseur 1 n’est plus activé, l’interrupteur d’élévateur 7 étant donc maintenu bloqué, il n’y a plus de courant circulant dans le condensateur de pompe de charge 21 qui se décharge dans les résistances et l’interrupteur de dérivation 18 passe à l’état bloqué. La diode de protection 8 reprend alors sa fonction.When the converter 1 is no longer activated, the elevator switch 7 is therefore kept blocked, there is no more current flowing in the charge pump capacitor 21 which discharges into the resistors and l Bypass switch 18 goes into the blocked state. The protection diode 8 then resumes its function.
[0041] Selon une variante possible pour le premier et le deuxième mode de réalisation, la diode de protection 8 est constituée par la diode interne de l’interrupteur de dérivation 10,18.According to a possible variant for the first and the second embodiment, the protective diode 8 is constituted by the internal diode of the bypass switch 10,18.
[0042] A titre d’exemple, des mesures ont pu être réalisées pour quantifier le gain apporté par le court-circuitage de la diode de protection 8. Avec une tension de batterie de 3V et la présence de la diode de protection 8, on mesure une perte de 1,2W lorsqu’on alimente un calculateur de 15W, et une perte de 2,14W pour un autre calculateur de 30W. Avec la même tension de batterie de 3V et, cette fois-ci, la diode de protection court-circuitée, la perte pour un calculateur de 15W est de 0,162W et la perte pour un calculateur de 30W est de 0,84W.For example, measurements have been made to quantify the gain provided by the short-circuiting of the protection diode 8. With a battery voltage of 3V and the presence of the protection diode 8, measures a loss of 1.2W when powering a 15W computer, and a loss of 2.14W for another 30W computer. With the same battery voltage of 3V and, this time, the short-circuited protection diode, the loss for a 15W computer is 0.162W and the loss for a 30W computer is 0.84W.
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| FR1872240A FR3089365A1 (en) | 2018-12-03 | 2018-12-03 | DC / DC step-up converter with bypass device for its protective diode |
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| FR3089365A1 true FR3089365A1 (en) | 2020-06-05 |
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Citations (3)
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| US20130200699A1 (en) * | 2012-02-08 | 2013-08-08 | Toshinori Origane | Power-supply device |
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| US9350238B2 (en) * | 2008-11-04 | 2016-05-24 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Power supply device for vehicle including a boosting converter circuit |
-
2018
- 2018-12-03 FR FR1872240A patent/FR3089365A1/en active Pending
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