Control de un transistor MOS.

Dispositivo de control (10) de un transistor de potencia (5) formado por un canal que comprende una compuerta,

una fuente y un drenaje, comprendiendo dicho dispositivo:

- un dispositivo de amplificación (15) que emite una señal de control de salida para controlar la compuerta deltransistor de potencia (5), comprendiendo dicho dispositivo de amplificación:

- una primera entrada (NEG) conectada al drenaje del transistor a través de una primera resistencia (R9), formandoel conjunto una primera porción de circuito;

- una segunda entrada (POS) conectada a la fuente del transistor, formando el conjunto una segunda porción decircuito;

- un bucle de realimentación con al menos una resistencia (R18) de la salida hacia una de las primera y segundaentradas (NEG, POS); y

- un medio para producir una corriente de polarización (I1, I2), inyectándose dicha corriente en una de dichasprimera y segunda entradas (NEG, POS) de tal modo que provoque un desplazamiento de la medición de tensióndrenaje-fuente y conserve un régimen de funcionamiento lineal de dicha señal de control de salida, antes de que seabra el transistor;

caracterizado porque el dispositivo de control comprende un mismo número N de uniones semiconductoras en laprimera y en la segunda porciones de circuito, siendo N un entero al menos igual a 1, y la(s) unión (uniones) en laprimera porción de circuito es del mismo tipo que la(s) de la segunda porción de circuito.

Control de un transistor MOS

La presente invención se refiere al control de un transistor, y de manera más particular a un dispositivo de control de un transistor de potencia (MOSFET) . En el documento US 6194884 B1 se ofrece un ejemplo de un dispositivo de este tipo.

Un dispositivo de control de este tipo se aplica por ejemplo en el marco de la carga de baterías en paralelo. Tal y como se ilustra en la figura 1, una unidad de control 1 dirige la carga de las baterías 2 y 3 por medio de transistores MOS de potencia 4 y 5 cuyos caminos de conducción están dispuestos en serie. La batería 2 está, por ejemplo, conectada a un alternador 6, arrancador o alterno-arrancador, y la batería 3 a unas cargas no representadas, como una red de a bordo. La batería 3 está conectada en paralelo con la batería 2 por medio de los transistores 4 y 5, encontrándose el transistor 4 dispuesto en el lado de la batería 2 y encontrándose el transistor 5 dispuesto en el lado de la batería 3. Estos transistores están controlados por la unidad de control 1, como unos interruptores, por ejemplo en base a una señal de control externa. Los transistores 4 y 5 están montados de tal modo que sus diodos parásitos estén dispuestos al revés con sus cátodos girados respectivamente hacia la batería 2 y hacia la batería 3. De este modo, cuando los dos transistores están en el estado bloqueado (abierto) , ninguna corriente puede circular de una batería hacia la otra.

Para cargar la batería 3 mediante el alternador 6, la unidad de control 1 debe conmutar el transistor 4 en el estado conductor (cerrado) . El transistor 5 se mantiene en el estado abierto, impidiendo su diodo parásito la circulación inversa de la batería 3 hacia la batería 2. La corriente de carga que libera el alternador 6 permite cargar la batería 2 y pasa por el diodo interno del transistor 5 hacia la batería 3, provocando una caída de tensión importante, del orden de 0, 7 V, a causa de la tensión de umbral del diodo. Por lo tanto, las dos baterías 2, 3 no se cargan con la misma tensión, estando la batería 2 más cargada que la batería 3 en ese momento.

Ahora bien, por un lado, la tensión en los terminales de la batería 3 debe ser mayor que la tensión mínima de carga, alrededor de 13 V, para poder recargarla, sino esta se deteriora. Por otro lado, es necesario imponer en los terminales de la batería 2 una tensión inferior a la tensión máxima de carga, alrededor de 15 V, si no también se deteriora.

Para cumplir con las dos condiciones, hay que recargar las dos baterías con la misma tensión por medio del alternador o alterno-arrancador 6.

Además, las pérdidas en el diodo interno del transistor, iguales al producto de la tensión umbral y de la corriente que atraviesa el diodo, son importantes, lo que provoca un calentamiento o en el peor de los casos un deterioro del transistor 5.

La presente invención tiene, en particular, como objetivo resolver estos inconvenientes, esto es reducir las pérdidas de julios y recargar correctamente las dos baterías en paralelo.

La invención propone un dispositivo de control de un transistor que permite limitar las pérdidas de julios y reducir la caída de tensión en los terminales del transistor.

La invención también propone un dispositivo de control de un transistor de potencia formado por un canal que comprende una compuerta, una fuente y un drenaje, comprendiendo dicho dispositivo:

- un dispositivo de amplificación que emite una señal de control de salida para controlar la compuerta del transistor de potencia, comprendiendo dicho dispositivo de amplificación:

- una primera entrada conectada al drenaje del transistor, formando el conjunto una primera porción de circuito; y

- una segunda entrada conectada a la fuente del transistor, formando el conjunto una segunda porción de circuito.

De conformidad con la invención, el dispositivo de control comprende:

un bucle de realimentación con al menos una resistencia (R18) de la salida hacia una de las primera y segunda entradas (NEG, POS) ; y

un medio para producir una corriente de polarización (I1, I2) , inyectándose dicha corriente en una de dichas primera y segunda entradas (NEG, POS) de tal modo que se provoque un desplazamiento de la medición de tensión drenaje-fuente y se conserve un régimen de funcionamiento lineal de dicha señal de control de salida, antes de que abra el transistor;

caracterizado porque el dispositivo de control comprende un mismo número N de uniones semiconductoras en la primera y en la segunda porciones de circuito, siendo N un entero al menos igual a 1, y la (s) unión (uniones) en la primera porción de circuito es del mismo tipo que la (s) de la segunda porción de circuito.

De este modo, tal y como se verá en detalle, se limitan las pérdidas en el transistor por medio del control en régimen lineal y se obtiene un desplazamiento de medición muy pequeño y bien controlado en temperatura gracias al mismo número de uniones.

En diferentes modos de realización no excluyentes del dispositivo de control, eventualmente se puede recurrir, además, a una y/o a otra de las siguientes disposiciones:

- El dispositivo de control comprende, además, dos medios para producir dos corrientes de polarización, inyectándose las dos corrientes en las entradas del dispositivo de amplificación.

- El dispositivo de control comprende, además, un dispositivo de protección en la primera porción de circuito. 15

- El dispositivo de control comprende, además, un dispositivo de protección en la segunda porción de circuito.

- Las dos corrientes de polarización atraviesan respectivamente los dispositivos de protección de la primera y de la segunda porciones de circuito.

- La corriente de polarización está integrada en el dispositivo de amplificación.

- El dispositivo de control comprende, además, un dispositivo de protección en el bucle de realimentación. 25 - Un dispositivo de protección comprende un diodo.

- Un dispositivo de protección comprende un interruptor.

- Las corrientes de polarización se realizan mediante un espejo de corriente.

- Las corrientes de polarización son iguales.

- Las corrientes de polarización son diferentes.

- La primera entrada del dispositivo de amplificación es la entrada negativa y la segunda entrada es la entrada positiva.

- El dispositivo de amplificación comprende una primera etapa de amplificación para amplificar la tensión de entrada del dispositivo de amplificación.

- La corriente de polarización atraviesa la primera etapa de amplificación.

- El dispositivo de amplificación comprende, además, una segunda etapa de amplificación para amplificar la tensión

de la primera etapa de amplificación. 45

- El dispositivo de amplificación comprende, además, una tercera etapa de amplificación que comprende una ganancia de corriente importante de tal modo que controle rápidamente al transistor.

- Dicha tercera etapa de amplificación comprende un circuito de descarga rápida del transistor.

- El circuito de descarga comprende unos medios para descargar hasta prácticamente cero la compuerta del transistor.

- Dicha tercera etapa de amplificación comprende un circuito de carga del transistor. 55

- El dispositivo de amplificación comprende, además, una etapa adicional de control para controlar en todo o nada un transistor de potencia.

- La etapa de control todo o nada utiliza la tercera etapa de amplificación.

- El dispositivo de control se realiza en un circuito integrado que comprende o no dicho transistor de potencia.

La invención también se refiere a un sistema de gestión de dos baterías para vehículo automóvil, que comprende una unidad de control que comprende un dispositivo de control de transistor de potencias, estando destinada dicha 65 unidad a colocar en paralelo las baterías, caracterizándose el dispositivo de control de acuerdo con una de las características anteriores.

- El dispositivo de control en el sistema de gestión de batería comprende un control de un transistor de potencia todo

o nada.

La invención también se refiere a un puente de potencia para máquina eléctrica rotativa que comprende unos transistores de potencia asociados a unas fases de un estátor de dicha máquina, controlándose cada transistor mediante un dispositivo de control de acuerdo con una de las características anteriores.

La invención también se refiere a una máquina eléctrica rotativa que comprende un dispositivo de control de un 10 transistor de potencia de acuerdo con una de las... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de control (10) de un transistor de potencia (5) formado por un canal que comprende una compuerta,

una fuente y un drenaje, comprendiendo dicho dispositivo: 5

- un dispositivo de amplificación (15) que emite una señal de control de salida para controlar la compuerta del transistor de potencia (5) , comprendiendo dicho dispositivo de amplificación:

- una primera entrada (NEG) conectada al drenaje del transistor a través de una primera resistencia (R9) , formando el conjunto una primera porción de circuito;

- una segunda entrada (POS) conectada a la fuente del transistor, formando el conjunto una segunda porción de circuito;

- un bucle de realimentación con al menos una resistencia (R18) de la salida hacia una de las primera y segunda entradas (NEG, POS) ; y

- un medio para producir una corriente de polarización (I1, I2) , inyectándose dicha corriente en una de dichas primera y segunda entradas (NEG, POS) de tal modo que provoque un desplazamiento de la medición de tensión drenaje-fuente y conserve un régimen de funcionamiento lineal de dicha señal de control de salida, antes de que se abra el transistor;

caracterizado porque el dispositivo de control comprende un mismo número N de uniones semiconductoras en la primera y en la segunda porciones de circuito, siendo N un entero al menos igual a 1, y la (s) unión (uniones) en la 25 primera porción de circuito es del mismo tipo que la (s) de la segunda porción de circuito.

2. Dispositivo de control de un transistor de potencia (5) , de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende dos medios para producir dos corrientes de polarización (I1, I2) , inyectándose las dos corrientes en las entradas (NEG, POS) del dispositivo de amplificación (15) .

3. Dispositivo de control de un transistor de potencia (5) , de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado porque las dos corrientes de polarización (I1, I2) atraviesan respectivamente los dispositivos de protección (D4, D3) de la primera y de la segunda porciones de circuito.

4. Dispositivo de control de un transistor de potencia (5) , de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la corriente de polarización está integrada dentro del dispositivo de amplificación (15) .

5. Dispositivo de control de un transistor de potencia (5) , de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, caracterizado porque comprende un dispositivo de protección (D9) en el bucle de realimentación (16) .

6. Dispositivo de control de un transistor de potencia (5) , de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de amplificación (15) comprende una primera etapa de amplificación (PD) para amplificar la tensión de entrada (Vds+R9*I2) del dispositivo de amplificación (15) y la corriente de polarización (I1, I2) atraviesa la primera etapa de amplificación (PD) .

7. Dispositivo de control de un transistor de potencia (5) , de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el dispositivo de amplificación (15) comprende una segunda etapa de amplificación (AS) para amplificar la tensión de la primera etapa de amplificación (PD) .

8. Dispositivo de control de un transistor de potencia (5) , de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de amplificación (15) comprende una tercera etapa de amplificación (AT) que comprende una importante ganancia de corriente de tal modo que controla rápidamente el transistor (5) , y dicha tercera etapa de amplificación comprende un circuito de descarga (DECH) rápida del transistor (5) , comprendiendo el circuito de descarga (DECH) unos medios (T20-T21-T22; D103-T20-R108) para descargar hasta prácticamente

cero la compuerta del transistor (5) .

9. Dispositivo de control de un transistor de potencia (5) , de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque dicha tercera etapa de amplificación (AT) comprende un circuito de carga (CHAR) del transistor (5) .

10. Dispositivo de control de un transistor de potencia (5) , de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de amplificación (15) comprende una etapa adicional de control (ON/OFF) para controlar en todo o nada un transistor de potencia (4; 5) , utilizando la etapa de control (ON/OFF) en todo o nada la tercera etapa de amplificación (AT) .

11. Máquina eléctrica rotativa que comprende un dispositivo de control de un transistor de potencia de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10 adaptado para dirigir dicha máquina en modo motor.