DOMAINE DE L' INVENTION

La présente invention concerne un dispositif de commutation d'une charge électrique. Plus précisément, elle vise un dispositif de commutation comprenant un commutateur et un circuit de commande de ce commutateur. Le dispositif peut comprendre un circuit d'auto-alimentation d'une partie du circuit de commande. L'invention concerne également un circuit intégré de commutation permettant de mettre en œuvre le dispositif lorsqu' il est combiné à un organe de commande .

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L' INVENTION

On connaît de l'état de la technique des dispositifs de commutation d'une charge associant, dans un montage en série, un transistor haute tension en mode déplétion et un transistor basse tension en mode enrichissement pour former un commutateur. Les transistors sont commandés pour placer sélectivement le dispositif dans un état passant de conduction ou un état bloquant selon la valeur d'un signal extérieur de commutation, appliqué à un nœud du dispositif. Le dispositif de commutation est destiné à être intégré dans un système dans lequel il est électriquement relié à une charge constituée d'un circuit de puissance et d'un générateur, et permet de transférer de l'énergie du générateur au circuit de puissance pendant les périodes de conduction. La tension fournie par le générateur est usuellement de forte valeur, par exemple 400V, 600V ou plus. Les deux transistors peuvent être montés en cascode, et dans ce cas la source du transistor basse tension est électriquement reliée à la grille du transistor haute tension. Un circuit de commande du dispositif peut sélectivement placer ce dispositif dans un état passant ou un état bloquant par l'intermédiaire d'un signal de commande appliqué à la grille du transistor basse tension.

Les deux transistors peuvent alternativement être montés en cascade, et dans ce cas le circuit de commande génère un premier et un deuxième signal de commande appliqués respectivement à la grille du transistor basse tension et à la grille du transistor haute tension pour sélectivement placer ce dispositif dans l'état passant ou l'état bloquant.

Dans les deux cas, le dispositif de commutation est normalement bloquant, c'est-à-dire qu'en l'absence d'alimentation du dispositif, et notamment en l'absence d'alimentation du circuit de commande, le dispositif de commutation est dans un mode inactif, à l'état bloquant. On évite ainsi de refermer le dispositif sur la charge de manière intempestive, ce qui pourrait causer de graves problèmes de sécurité.

Outre ses fonctions de commande de l'état de conduction, il est souhaitable que le circuit de commande veille au bon fonctionnement du dispositif de commutation. En cas de détection d'un dysfonctionnement ou d'un évènement susceptible de provoquer un tel dysfonctionnement, il génère le ou les signaux de commande plaçant le dispositif dans un mode inactif, dans lequel il est rendu bloquant. C'est le cas notamment lorsque la température de fonctionnement du dispositif est excessive ou que certaines tensions s'écartent de leurs tensions de consigne .

Le dispositif de commutation peut être réalisé en combinant une pluralité de circuits intégrés et/ou discrets sur un support de routage électrique. Ces circuits mettent en œuvre les fonctionnalités du circuit de commande et du commutateur (les transistors haute et basse tension montés en série) . Dans la pratique l'architecture choisie du dispositif de commutation est dictée par l'existence ou la disponibilité de circuits intégrés mettant en œuvre les fonctionnalités désirées. On connaît ainsi du document WO2017203186 un circuit intégré de commutation relativement simple, dans le sens où il n' intègre que les transistors haute et basse tension mettant en œuvre la fonctionnalité de commutation. Les fonctionnalités du circuit de commande doivent donc être réalisées à l'aide de composants complémentaires, ce qui peut rendre complexe la conception du dispositif de commutation .

Munir un circuit intégré de commutation de fonctions complémentaires peut nécessiter de l'alimenter électriquement, en appliquant une tension qui provient d'un circuit d'alimentation dédié du système à une broche d'alimentation du circuit intégré. Lorsque la tension d'alimentation doit être référencée à une tension différente de la masse électrique du dispositif de commutation (comme c'est le cas d'un commutateur haut d'un dispositif en demi-pont), le circuit d'alimentation met en œuvre des composants haute tension tels que des diodes, des inductances et/ou des capacités. Ces composants sont configurés pour prélever de l'énergie à la charge commutée du système et pour conditionner cette énergie pour fournir au circuit intégré une tension d'alimentation de relativement faible amplitude (quelques volts vis-à-vis de la tension de référence) et stable. Un tel circuit d'alimentation est complexe à réaliser, ce qui ne simplifie donc pas la conception du dispositif de commutation.

OBJET DE L' INVENTION

La présente invention vise à fournir un circuit intégré de commutation permettant de réaliser un dispositif de commutation d'architecture simplifiée. Elle vise également à fournir un dispositif de commutation mettant en œuvre le circuit intégré de commutation.

BREVE DESCRIPTION DE L' INVENTION

En vue de la réalisation de ce but, l'objet de l'invention propose un circuit intégré de commutation d'une charge comprenant

- un boitier ;

- une première et une seconde broche de puissance, une broche d'alimentation, une broche de défaillance et, optionnellement une broche de point milieu ;

- une première puce électronique disposée dans le boitier comprenant un transistor haute tension en mode déplétion, la première puce électronique comprenant un plot de grille, un plot de drain électriquement relié à la première broche de puissance et un plot de source définissant un point milieu ; - une deuxième puce électronique disposée dans le boitier comprenant un transistor basse tension en mode enrichissement, la deuxième puce électronique comprenant au moins un plot de drain électriquement relié au plot de source de la première puce électronique et un plot de source électriquement reliée à la seconde broche de puissance ;

- un circuit de surveillance du bon fonctionnement du circuit intégré disposé dans le boitier et relié à la broche d'alimentation, le circuit de surveillance établissant un signal de défaillance rapporté sur la broche de défaillance.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :

- le circuit intégré comprend une broche de commutation et un circuit d'attaque relié électriquement à la broche de commutation et à la grille du transistor basse tension ; le circuit de surveillance et le circuit d'attaque sont intégrés dans la deuxième puce électronique ; la deuxième puce électronique comprend une pluralité de plots de connexion, tous disposés sur une même face de la deuxième puce électronique ; le boitier comprend un support de boitier électriquement isolant, la première et la deuxième puce électronique étant fixés au support du boitier ; le circuit de surveillance est intégré dans une troisième puce électronique ; la deuxième puce électronique comprend un plot de grille et le circuit intégré comprend une broche d'attaque électriquement reliée au plot de grille de la deuxième puce électronique ; le circuit de surveillance est électriquement relié à la broche d'alimentation pour établir un signal de défaillance lorsque la tension portée par la broche d'alimentation est sous une valeur seuil minimale prédéterminée ;

Le circuit de surveillance comprend un circuit de mesure d'un courant de commutation ; le circuit intégré comprend un circuit d' auto- alimentation ; le circuit d'auto-alimentation comprend :

o une entrée reliée au point milieu et une sortie pour fournir une tension d'alimentation ;

o un interrupteur, disposé entre l'entrée et une capacité réservoir établissant la tension d'alimentation lorsque le circuit intégré est relié à la charge, l'interrupteur étant normalement passant et apte à isoler électriquement la capacité réservoir du point milieu lorsqu' il est ouvert ; - le circuit intégré comprend une broche de désactivation électriquement reliée à une borne de désactivation de l'auto-alimentation.

L' invention concerne également un dispositif de commutation comprenant :

- un support de routage électrique et au moins deux bornes de connexion ;

- un organe de commande disposé sur le support de routage et présentant une pluralité de broches ;

- au moins un circuit intégré conforme à ce qui a été exposé ci-dessus et disposé sur le support de routage, la première et la seconde broche de puissance du circuit intégré étant électriquement et respectivement reliées aux bornes de connexion ;

- la broche de défaillance du circuit intégré étant électriquement relié à une des broches de l'organe de commande.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable - le système de commutation comprend, disposé sur le support de routage, un circuit d'auto alimentation ;

- le circuit d'auto-alimentation comprend : o une entrée reliée au point milieu et une sortie pour fournir une tension d'alimentation ;

o une capacité réservoir établissant la tension d'alimentation lorsque le circuit de commutation est relié à la charge ; o un interrupteur, disposé entre l'entrée et la capacité réservoir, normalement passant et apte à isoler électriquement la capacité réservoir du point milieu lorsqu' il est ouvert .

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée de l'invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles :

- la figure 1 représente un exemple de mise en œuvre d'un dispositif de commutation conforme à l'invention ;

- la figure 2 représente un chronogramme des tensions se développant dans un dispositif conforme à l'invention au cours de son fonctionnement;

- les figures 3a à 3d représentent schématiquement l'état d'un dispositif conforme à l'invention à différentes étapes de son fonctionnement ;

- la figure 4 représente une version améliorée d'un dispositif de commutation 1 conforme à l'invention ;

- la figure 5 représente un exemple de mise en œuvre d'un circuit de régulation de la tension d'alimentation ;

- la figure 6 représente de manière simplifiée les principes généraux des modes de réalisation préférés de l'invention ; - les figures 7a, 7b et 7c représentent respectivement un premier, un deuxième et un troisième mode de réalisation du dispositif de commutation ; - la figure 8 représente un autre dispositif de commutation conforme à 1 ' invention ;

- la figure 9 représente une portion d'un circuit de commande d'un dispositif conforme à l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L' INVENTION

On désignera par « broche », dans la suite de cette description, tout élément d'un circuit intégré émergeant d'un boitier et permettant de donner un accès électrique à l'un des nœuds du circuit. Le nœud peut être un plot de contact d'une puce électronique mettant en œuvre le circuit, et la puce électronique est disposée dans le boitier. La broche peut ainsi être constituée ou comprendre un élément conducteur saillant du boitier ou une simple surface de contact disposée sur l'une des faces du boitier.

Par souci de simplification de la description, les mêmes références sont utilisées pour des éléments identiques ou assurant la même fonction dans les différents modes de mise en œuvre du dispositif. On désignera ainsi par une même référence un signal électrique élaboré par un circuit intégré et la broche d'un circuit intégré portant ce signal.

On a représenté schématiquement sur la figure 1 un exemple de mise en œuvre d'un dispositif de commutation 1 conforme à l'invention. Il comprend deux bornes de commutation 2a, 2b auxquelles peut être relié, comme cela est représenté en pointillés sur cette figure, une charge P et un générateur G symbolisant un circuit de puissance auquel le dispositif de commutation 1 est connecté. La tension Vbus du générateur G peut être importante, par exemple de 400V, 600 V ou plus, et le courant susceptible de circuler dans le dispositif de puissance de forte intensité, par exemple supérieur à 1 A.

Comme cela est bien connu en soi, le dispositif de commutation 1 permet de sélectivement appliquer la tension du générateur G à la charge P selon l'état d'un signal digital de commutation COM qui peut être appliqué à une borne du dispositif pour être fourni à un circuit de commande 4. On peut également envisager que ce signal de commutation COM soit généré par le dispositif de commutation 1 lui-même, ou plus précisément par le circuit de commande 4 de ce dispositif 1.

Transistors haute et basse tension

Le dispositif de communication 1 comprend un transistor haute tension 5 en mode déplétion.

Par « transistor haute tension », on désigne un transistor comprenant un drain, une source et une grille, la tension de faible amplitude appliquée sur la grille (de l'ordre de quelques volts) permettant de rendre électriquement passant ou bloquant la liaison entre le drain et la source. À l'état bloqué, la tension se développant entre le drain et la source peut être de forte amplitude, par exemple de 400V, 600 V ou plus, sans endommager le transistor. Un transistor en mode déplétion présente une tension seuil négative (typiquement comprise dans le cadre de la présente invention entre -8V et -5V) . La tension entre la grille et la source doit donc être négative, inférieure à cette tension seuil, pour rendre bloquant ce transistor .

Le transistor à haute tension en mode déplétion 5 peut être un transistor HEMT par exemple à base de GaN ou de SiC. Ce type de transistor présente une tension d'avalanche (c'est-à-dire la tension maximale applicable entre le drain et la source du transistor sans qu' il soit endommagé, il peut s'agir d'une tension de claquage) de forte amplitude, choisie pour être supérieure à la tension du générateur du circuit de puissance, par exemple de plus de 400V ou 600V.

Pratiquement, le transistor à haute tension est réalisé sous la forme d'une première puce électronique comprenant sur une de ses faces un plot de grille, de drain et de source électriquement reliés, respectivement, à la grille, au drain et à la source du transistor haute tension 5. Le dispositif de commutation 1 comprend également un transistor basse tension 6 en mode enrichissement, comprenant un drain, une source et une grille.

Un transistor en mode enrichissement présente une tension seuil positive. La tension entre la grille et la source doit donc être positive et supérieure à cette tension seuil, pour rendre passant ce transistor.

La tension d'avalanche du transistor basse tension est inférieure à celle du transistor haute tension. Elle peut être par exemple de l'ordre de 30 V. Le transistor basse tension 6 peut-être un transistor MOSFET à base de silicium. Le transistor basse tension 6 est alors réalisé sous la forme d'une deuxième puce électronique à base de silicium. La deuxième puce électronique peut présenter une architecture verticale et être munie de plots de source, de drain et de grille respectivement reliés à la source, au drain et à la grille du transistor basse tension 6. Dans le cas d'une telle architecture verticale, les plots de source et de drain sont disposés sur des faces opposées de la deuxième puce. La deuxième puce peut alternativement présenter une architecture latérale et être munie de plots de source et de drain respectivement reliés à la source et au drain du transistor basse tension 6, et d'autres plots fonctionnels, tous les plots étant disposés sur une même face de la puce électronique. Les plots fonctionnels sont reliés à d'autres circuits de la puce électronique mettant en œuvre d'autres fonctions que celle fournie par le transistor basse tension, comme cela sera décrit plus en détail ultérieurement.

Le transistor basse tension 6 et le transistor haute tension 5 sont disposés en série entre les deux bornes de commutations 2a, 2b. Ainsi, le drain du transistor haute tension est relié à une de ces deux de ces bornes, et la source du transistor basse tension est reliée à l'autre de ces bornes. La source du transistor haute tension 5 est reliée au drain du transistor basse tension 6 au niveau d'un nœud milieu M. Dans l'exemple représenté, la première borne 2a est reliée à la charge et la seconde borne 2b à une masse électrique du système, mais l'invention n'est nullement limitée à cette configuration particulière . Dans l'exemple représenté le transistor basse tension 6 et le transistor haute tension 5 sont montés en cascode, c'est-à-dire que la source du transistor basse tension, ici reliée à la masse du système, est également électriquement reliée à la grille du transistor haute tension 5.

Dans cette configuration, l'état passant ou bloquant du dispositif 1 est déterminé par la tension appliquée sur la grille du transistor basse tension 6. Une tension supérieure la tension seuil Vt de ce transisto:r le rendant passant, et une tension inférieure à cette tension seuil Vt le rendant bloquant.

Lorsque le transistor basse tension 6 et haute tension 5 sont inclus dans un même circuit intégré de commutation, la première et la deuxième puce électronique sont disposées dans un même boitier. Le plot de drain de la première puce est électriquement relié à une première broche de puissance du circuit intégré. Le plot de source de la deuxième puce électronique est électriquement relié à une deuxième broche de puissance du circuit intégré. Ces broches de puissance peuvent respectivement former ou être connectées aux deux bornes du dispositif de commutation. Le plot de source de la première puce est électriquement relié au plot de drain de la deuxième puce pour former le nœud milieu M du circuit intégré. Dans le cas d'un circuit cascode, le plot de source de la deuxième puce est également relié au plot de grille de la première puce.

Dans le cas où la deuxième puce présente une architecture latérale dans laquelle tous les plots sont disposés sur une même face, on pourra fixer la face opposée à celle portant les plots de la première et la deuxième puce sur un même support de boitier, isolant et préférentiellement choisi en un matériau présentant une grande conductivité thermique. D'autres puces électroniques, mettant en œuvre d'autres fonctions peuvent également être fixés à ce support, et les différents plots des puces reliés entre eux et/ou aux broches du boitier par des connexions électriques. Ces connexions électriques peuvent être constituées ou comprendre des connexions électriques filaires, soudées sur les plots et/ou sur les broches du circuit intégré pour les relier entre eux.

Circuit de commande

Poursuivant la description du dispositif de commutation 1 de la figure 1, celui-ci comprend également un circuit de commande 4. Comme on l'a vu, ce circuit peut recevoir un signal de commutation COM élaboré à l'extérieur du dispositif 1. Alternativement, le circuit de commande 4 peut élaborer lui-même ce signal de commutation selon l'état du dispositif, c'est à dire à partir de mesures de certaines tensions ou certains courants prélevées dans le dispositif, et qui lui sont communiquées par l'intermédiaire de liaisons électriques (non représentées sur la figure 1 de principe) . Quelle que soit la manière dont le circuit de commande 4 reçoit ou élabore un signal de commutation COM, le circuit de commande traite ce signal pour établir et générer un signal de commande IN qui est appliqué à la grille du transistor basse tension 6, pour effectivement placer le dispositif 1 dans un état passant ou bloquant. A ce titre, et comme cela est représenté sur la figure 9, le circuit de commande 4 comprend un circuit d'attaque 20 qui reçoit en entrée le signal digital de commutation COM. Le circuit d'attaque reçoit également une tension d'alimentation Va et une tension de référence du dispositif de commutation (par exemple une masse électrique) et fournit un signal de commande IN qui bascule entre ces deux tensions selon la valeur du signal de commutation COM. Le signal de commande IN est appliqué à la grille du transistor basse tension 6.

Comme cela sera détaillé dans une autre partie de cette description, le circuit d'attaque peut être intégré à un circuit intégré de commutation, par exemple dans la deuxième puce comportant le transistor basse tension 6 ou dans une autre puce électronique du circuit intégré. Dans ce cas, le signal de commutation COM est fourni sur une broche de commutation du circuit intégré de commutation, électriquement relié à un plot de commutation de la deuxième puce ou de cette autre puce électronique, lui-même électriquement relié à l'entrée du circuit d'attaque 20.

Alternativement, le circuit d'attaque peut être placé à l'extérieur du circuit intégré de commutation. Le signal de commande IN est alors fourni à une broche de commande IN du circuit intégré, électriquement reliée à un plot de grille de la deuxième puce électronique.

Le circuit de commande 4 peut également inclure d'autres fonctions. Il peut notamment mettre en œuvre des fonctions de surveillance du bon fonctionnement du dispositif de commutation de manière à bloquer son fonctionnement si une défaillance était détectée. II peut ainsi s'agir de surveiller la température de la première et/ou de la deuxième puce électronique, ou d'un autre point du dispositif, et s'assurer qu'elle n'excède pas une température seuil. Il peut également s'agir de surveiller que la tension d'alimentation ou de référence du dispositif (ou d'une partie du dispositif) présente bien des caractéristiques régulières, c'est à dire dans une gamme de valeurs spécifiée entourant une valeur de consigne. Le circuit de commande 4 peut également conditionner les tensions et/ou les courants du dispositif pour les rendre disponibles et permettre leur traitement. On peut ainsi souhaiter élaborer un signal Is représentatif du courant de commutation circulant entre le drain du transistor haute tension et la source du transistor basse tension. On peut ainsi prendre en compte ce signal pour bloquer le fonctionnement du dispositif si le courant circulant dans cette branche excède une valeur déterminée.

En référence à la figure 9, le circuit de commande 4 peut être configuré pour qu'un signal de défaillance FAULT fourni par un circuit de surveillance 30 (de température, de tension d'alimentation et/ou de courant de commutation Is par exemple) indiquant un risque pour le bon fonctionnement du dispositif, place le dispositif dans une position de sécurité, par exemple en basculant ou en maintenant le signal de commande IN de grille du transistor basse tension dans un état ouvert.

Le circuit de surveillance 30 est ici formé d'un générateur de tension (s) de référence BG, par exemple une (ou des) tension (s) de bandgap. Cette tension de référence BG est fournie à un premier circuit comparateur UVLO reliée à la tension d'alimentation Va, et permettant de déterminer si la tension d'alimentation est inférieure à la tension de référence BG, par exemple 3V lorsque la tension d'alimentation de consigne est de 5V. Le même principe peut être utilisé pour déterminer si la tension d'alimentation excède une tension seuil, représentée par une autre tension fournie par le générateur BG. Le circuit de surveillance 30 de la figure 9 comprend également un deuxième circuit comparateur TSD, générant une tension variable selon la température d'un nœud particulier du dispositif, par exemple une jonction d'un des transistors 5, 6. Par comparaison de la tension fourni par ce circuit et une tension calibrée du générateur BG, on peut déterminer si la température surveillée excède une température maximale acceptable. Le circuit de surveillance 30 de la figure 9 comprend également un troisième circuit comparateur ISHI, recevant une tension du générateur de tension de référence BG et une tension représentative du courant de commutation Is. Le troisième circuit comparateur permet de signaler que le courant de commutation excède un courant maximal auquel est calibré la tension de référence. La tension représentative du courant de commutation Is, est élaboré par un circuit amplificateur Am du circuit du commande, à partir d'une tension prélevée à une borne d'une résistance de référence de shunt Ro de faible valeur disposée dans la source du transistor basse tension 6.

Dans l'exemple représenté sur la figure 9, le signal de défaillance FAULT correspond à la combinaison OU des signaux fourni par le premier, le deuxième et le troisième comparateur. Mais on pourrait bien entendu former ce signal de défaillance FAULT à partir d'autres signaux, en complément ou en remplacement de ceux qui ont été donnés ici en exemple.

Circuit d'auto-alimentation

Comme on l'a vu, le circuit de commande 4 comprend des circuits actifs qui nécessitent donc d'être alimentés électriquement. A cet effet, le dispositif 1 peut être pourvu d'un circuit d'auto-alimentation 7. Ce circuit comprend une entrée 7a reliée électriquement au nœud milieu M défini entre le transistor haute tension 5 et le transistor basse tension 6. Il dispose également d'une sortie 7b, délivrant une tension d'alimentation Va, et électriquement reliée au circuit de commande 4. La tension électrique d'alimentation Va est de faible valeur, en comparaison avec les tensions qui peuvent apparaître au niveau des bornes de commutations 2a, 2b ou du point milieu M. Elle est de l'ordre de quelques volts, comme par exemple 5V .

Le circuit d'auto-alimentation 7 comprend une capacité réservoir Cm dont une des électrodes est reliée à la sortie 7b et l'autre à la masse électrique du système ou à une autre tension de référence de ce système. Cette capacité Cm a pour fonction de stocker des charges prélevées au niveau du nœud milieu M afin d'établir la tension d'alimentation Va qui pourra être fournie au circuit de commande 4, ou à une partie de celui-ci.

La tension Vm au nœud milieu M varie au cours du fonctionnement du dispositif entre une tension de référence (qui peut être la masse électrique du système) , lorsque le dispositif est passant, et la tension d'avalanche du transistor basse tension lorsque le dispositif est bloquant. Le circuit d'auto-alimentation 7 comprend une diode 7d reliée entre l'entrée 7a et la borne de la capacité réservoir Cm portant la tension d'alimentation Va.

On évite ainsi de décharger la capacité réservoir Cm dans l'un des transistors haute ou basse tension 5, 6, et donc de préserver les charges, dans le cas où la tension du point milieu M venait à passer sous la tension d'alimentation disponible aux bornes de la capacité réservoir Cm (ce qui est le cas lorsque le transistor basse tension 6 est passant) .

Le circuit d'auto-alimentation 7 comprend également un interrupteur 7c disposé en série avec la diode, c'est à dire entre l'entrée 7a et la borne de la capacité réservoir Cm portant la tension d'alimentation Va, correspondant à la sortie 7b. L'interrupteur 7c est normalement passant, c'est-à-dire que l'interrupteur est fermé en l'absence de toute commande et la capacité réservoir est bien reliée dans ce cas au point milieu M du dispositif 1.

La caractéristique « normalement passante » de l'interrupteur 7c est importante, car elle assure qu'au démarrage du dispositif 1, c'est-à-dire au moment où il est mis en contact électrique avec la charge au niveau des deux bornes de commutation 2a, 2b, le circuit d'alimentation puisse prélever des charges au niveau du point milieu M pour emplir la capacité réservoir Cm, élaborer et fournir une tension d'alimentation Va suffisante, pour qu'elle puisse activer le dispositif de commande 4, ou une partie de celui-ci. Le fonctionnement du dispositif sera explicité plus en détail dans la suite de cet exposé. L'interrupteur 7c est rendu ouvert par l'intermédiaire d'un signal de désactivation DIS élaboré par le circuit de commande 4. Lorsque le circuit de commande 4 est alimenté et en fonctionnement, il établit et génère le signal de désactivation DIS de l'interrupteur 7c lorsque le signal de commande IN est généré pour placer le dispositif 1 dans un état passant. On isole ainsi le circuit d'alimentation 7 des transistors haute et basse tension 5, 6 pendant cette période de temps. Plus spécifiquement, on isole électriquement la capacité réservoir Cm du point milieu, afin d'éviter qu'elle ne se décharge .

Comme cela est bien connu en soi, l'interrupteur 7c peut comprendre transistor normalement passant, par exemple un transistor basse tension tel qu'un transistor MOSFET en mode déplétion. La diode intrinsèque (ou diode de « body » ou « body diode » selon la terminologie anglo-saxonne fréquemment employée) , intrinsèquement présente dans de tels transistors, conduit à laisser un courant inverse circuler dans le transistor. Du fait de l'existence de ce courant inverse, un tel transistor ne peut constituer à lui seul un interrupteur permettant, lorsqu'il est ouvert, d' isoler électriquement la capacité réservoir Cm du point milieu M.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'interrupteur 7c comprend un transistor basse tension en mode déplétion et une diode électriquement reliée à l'entrée 7a du circuit, disposée en série avec le transistor basse tension en mode déplétion.

La présence d'une telle diode présente l'avantage de permettre d'éviter de décharger la capacité réservoir Cm dans l'un des transistors haute ou basse tension 5, 6, et donc de préserver les charges, dans le cas où la tension du point milieu M venait à passer sous la tension d'alimentation disponible aux bornes de la capacité réservoir Cm.

Dans cette situation, l'association en série d'une diode et du transistor basse tension en mode déplétion permet d' isoler électriquement la capacité réservoir Cm du point milieu. Le transistor basse tension en mode déplétion peut être un transistor à canal P. Dans ce cas, le drain du transistor basse tension en mode déplétion est relié à la borne de la capacité réservoir Cm, sa source à la diode, et sa grille au circuit de commande 4. Ainsi, lorsque le transistor basse tension en mode déplétion est dans un état passant, le courant circule du point milieu vers la capacité réservoir Cm. Lorsque le transistor basse tension en mode déplétion se trouve dans un état bloquant, la diode intrinsèque laissant circuler le courant du drain vers la source, la diode bloque le courant circulant à travers la diode intrinsèque, isolant la capacité réservoir Cm du point milieu M. Alternativement, le transistor basse tension en mode déplétion peut être un transistor à canal N. Dans ce cas, la source du transistor basse tension en mode déplétion est reliée à la borne de la capacité réservoir Cm, son drain à la diode, et sa grille au circuit de commande 4. Ainsi, lorsque le transistor basse tension en mode déplétion est dans un état passant, le courant circule du point milieu vers la capacité réservoir Cm. Lorsque le transistor basse tension en mode déplétion se trouve dans un état bloquant, la diode intrinsèque laissant circuler le courant de la source vers le drain, la diode bloque le courant circulant à travers la diode intrinsèque, isolant la capacité réservoir Cm du point milieu M.

Dans quatre autres modes de réalisation, l'association en série de la diode et du transistor basse tension en mode déplétion est remplacée par un premier et un second transistor basse tension en mode déplétion reliés en série. Selon un mode de réalisation, le premier et le second transistors basse tension en mode déplétion sont deux transistors à canal N ou deux transistors à canal P, les drains de chaque transistor étant reliés entre eux ou les sources de chaque transistor étant reliées entre elles.

Le premier et le second transistors basse tension en mode déplétion peuvent être deux transistors à canal P. Dans cette situation, la diode intrinsèque de chaque transistor laissant circuler le courant de la source vers le drain, il convient de placer ces deux transistors tête- bêche (ou « back-to-back » selon la terminologie anglo- saxonne fréquemment employée) . Ainsi, lorsque les deux transistors basse tension en mode déplétion se trouvent dans un état passant (c'est-à-dire leur état par défaut), le courant circule du point milieu M vers la capacité réservoir Cm. Lorsque les deux transistors basse tension en mode déplétion se trouvent dans un état bloquant, leurs diodes intrinsèques se trouvant dans un sens opposé, le courant ne peut circuler dans aucun sens, isolant la capacité réservoir Cm du point milieu M.

Alternativement, le premier et le second transistors basse tension en mode déplétion peuvent être deux transistors à canal N. Dans cette situation, la diode intrinsèque de chaque transistor laissant circuler le courant du drain vers la source, il convient également de placer ces deux transistors tête-bêche. Ainsi, lorsque les deux transistors basse tension en mode déplétion se trouvent dans un état passant, le courant circule du point milieu M vers la capacité réservoir Cm. Lorsque les deux transistors basse tension en mode déplétion se trouvent dans un état bloquant, leurs diodes intrinsèques se trouvant dans un sens opposé, le courant ne peut circuler dans aucun sens, isolant la capacité réservoir Cm du point milieu M.

Le terme tête-bêche signifie que les drains de chaque transistor sont reliés entre eux ou que les sources de chaque transistor sont reliées entre elles. Ainsi, dans toutes ces configurations, le drain du premier transistor est relié au point milieu, sa source à la source du second transistor, et le drain du second transistor est relié à la borne de la capacité réservoir Cm.

Il est bien entendu possible d'inverser les bornes du premier et du second transistor, de sorte que la source du premier transistor est reliée au point milieu, son drain est relié au drain du second transistor, et la source du second transistor est reliée à la borne de la capacité réservoir Cm.

Selon un autre mode de réalisation, le premier et le second transistor basse tension en mode déplétion sont respectivement un transistor à canal N et un transistor à canal P ou un transistor à canal P et un transistor à canal N, la source du premier transistor étant reliée au drain du second transistor.

Le premier transistor peut être un transistor à canal N et le second transistor un transistor à canal P. Dans cette situation, les diodes intrinsèques du transistor à canal N et du transistor à canal P laissant respectivement circuler le courant de la source vers le drain et du drain vers la source, il convient de placer les deux transistors en série, c'est-à-dire que la source du premier transistor est reliée au drain du second transistor. Ainsi, lorsque les deux transistors basse tension en mode déplétion se trouvent dans un état passant, le courant circule du point milieu M vers la capacité réservoir Cm. Lorsque les deux transistors basse tension en mode déplétion se trouvent dans un état bloquant, leurs diodes intrinsèques se trouvant dans un sens opposé, le courant ne peut circuler dans aucun sens, isolant la capacité réservoir Cm du point milieu M.

Alternativement, le premier transistor peut être un transistor à canal P et le second transistor un transistor à canal N. Dans cette situation, les diodes intrinsèques du transistor à canal P et du transistor à canal N laissant respectivement circuler le courant du drain vers la source et de la source vers le drain, il convient de placer les deux transistors en série, c'est-à-dire que la source du premier transistor est reliée au drain du premier transistor. Ainsi, lorsque les deux transistors basse tension en mode déplétion se trouvent dans un état passant, le courant circule du point milieu M vers la capacité réservoir Cm. Lorsque les deux transistors basse tension en mode déplétion se trouvent dans un état bloquant, leurs diodes intrinsèques se trouvant dans un sens opposé, le courant ne peut circuler dans aucun sens, isolant la capacité réservoir Cm du point milieu M.

Bien entendu, les bornes du premier et du second transistor peuvent être inversées, de sorte que la source du premier transistor soit reliée au point milieu M, le drain du premier transistor soit relié à la source du second transistor, et le drain du second transistor soit relié à la borne de la capacité réservoir Cm.

Quel que soit le mode de réalisation choisi, il est particulièrement avantageux thermiquement que les deux transistors composant l'interrupteur 7c se trouvent simultanément dans un état passant ou dans un état bloquant .

La fermeture simultanée des deux transistors permet de forcer le courant à passer à travers le canal de chacun d'entre eux, court-circuitant leur diode intrinsèque. Un tel court-circuit permet d'éviter une dissipation thermique à travers les diodes intrinsèques. De manière avantageuse, afin de synchroniser l'état passant ou bloquant de chacun des transistors, l'interrupteur 7c peut comprendre un circuit de contrôle visant à adapter les niveaux de tension fournis aux grilles. Ce circuit est disposé entre le circuit de commande 4 et la grille de chacun des transistors basse tension en mode déplétion. Le circuit de contrôle est configuré de manière à adapter le signal délivré par le circuit de commande pour appliquer une tension à chacune des grilles de manière à placer simultanément les deux transistors dans un état passant ou bloquant. La configuration d'un tel circuit de contrôle est bien connue en soi, et peut par exemple comprendre, selon la nature des transistors basse tension en mode déplétion, un inverseur.

Quelle que soit la configuration choisie, 1' interrupteur 7c est bien un interrupteur normalement passant, apte à isoler électriquement la capacité réservoir Cm du point milieu M lorsqu'il est ouvert.

On a représenté, à titre d'illustration, sur la figure 2 un chronogramme des tensions se développant dans le dispositif 1 au cours de son fonctionnement.

D'une manière très générale le dispositif 1 est commandé par le circuit de commande 4 pour alterner : - une phase bloquante pendant laquelle le circuit de commande 4 génère un signal de commande IN pour ouvrir le transistor basse tension 6. Ce signal est à OV sur le chronogramme de la figure 2. Il est inférieur à la tension seuil Vt du transistor basse tension 6 pour le rendre bloquant .

- Une phase passante (ou de conduction) pendant laquelle le circuit de commande 4 génère un signal de commande IN pour fermer le transistor basse tension 6. Ce signal peut être de quelques volts, mais dans tous les cas, supérieur à la tension seuil Vt du transistor basse tension 6 pour le rendre passant. Pendant cette phase également le circuit de commande génère un signal de désactivation DIS pour que l'interrupteur 7c du circuit d'alimentation 7 soit ouvert.

Revenant à la description de la figure 2, on définit l'instant tO comme l'instant auquel on connecte physiquement le dispositif 1 à sa charge. À cet instant tO, la capacité réservoir Cm est donc totalement déchargée, la tension alimentation Va est nulle. Le circuit de commande 4 n'est pas en mesure de fonctionner, c'est-à-dire de fournir les commandes telles que la commande de la grille du transistor basse tension IN ou la commande de l'interrupteur DIS. La configuration « cascode » des transistors basse et haute tension 5, 6 assure toutefois que le dispositif 1 est bien dans un état bloquant.

La figure 3a représente schématiquement l'état de ce dispositif à cet instant de démarrage tO. Le circuit de commande 4 n'est pas alimenté, le signal de commande IN présente une tension nulle inférieure à la tension seuil Vt du transistor basse tension en mode enrichissement, ce transistor est donc ouvert. L'interrupteur normalement passant 7c du circuit d'alimentation 7 est fermé, le circuit de commande 4 étant dans l'incapacité de fournir un signal de désactivation DIS. La tension de la source du transistor haute tension en mode déplétion 6 (correspondant à la tension de commande Vgs de ce transistor) est également sensiblement nul à l'instant tO de démarrage, mais toutefois supérieure à la tension de seuil Vt' de ce transistor (cette tension seuil étant négative) qui est donc passant. Au cours des instants qui suivent l'instant tO, on prélève donc des charges au niveau du point milieu grâce à un courant I circulant dans le transistor haute tension 5, on charge la capacité réservoir Cm et on établit progressivement une tension d'alimentation Va. La tension aux bornes du transistor haute tension VDM, celui-ci étant passant, est sensiblement nulle (et en tout état de cause au moins un ordre de grandeur plus faible que la tension du générateur Vbus) si l'on néglige la résistance drain-source de ce transistor.

Lorsque cette tension d'alimentation Va est suffisante, par exemple lorsqu'elle atteint une tension d'alimentation nominale du circuit de commande 4 qui peut être, par exemple, de 5V, le circuit de commande 4 s'active et devient fonctionnel. En d'autres termes, le circuit de commande 4 est alors alimenté électriquement par le circuit d'alimentation 7, il est donc fonctionnel et prêt à générer les commandes permettant d'opérer le dispositif 1.

Bien entendu, on a choisi la tension seuil Vt' du transistor haute tension pour qu'elle soit supérieure (en valeur absolue) à une tension d'alimentation Va suffisante pour que le dispositif de commande 4 soit fonctionnel. La tension du point milieu Vm est équivalente à la tension d'alimentation, Cette tension s'élève donc progressivement avec la tension d'alimentation. On désigne tO', l'instant auquel la progression de la tension du point milieu est telle que la tension de commande Vgs

(correspondant à l'opposé de la tension Vm du point milieu) passe sous la tension seuil Vt' du transistor haute tension. À partir de cet instant tO', le transistor haute tension 5 s'ouvre, et 1a tension s'appliquant entre ses bornes VDM s'établit sensiblement à la tension du générateur Vbus) . Toutefois, le courant de fuite traversant ce transistor conduit à poursuivre l'élévation de la tension du point milieu jusque-là la tension d'avalanche VBR du transistor basse tension 6. L'état schématique du dispositif 1 à partir de cet instant tO' est représenté sur la figure 3b.

Dans l'exemple représenté à titre d'illustration du fonctionnement du dispositif 1 sur les figures 2 et 3b, le dispositif de commande génère le signal DIS de désactivation de l'interrupteur 7c à un instant tl, postérieur à l'instant auquel le point milieu a atteint la tension d'avalanche VBR du transistor basse tension 6. Pour éviter de charger la capacité réservoir Vm jusqu'à la tension d'avalanche VBR du transistor basse tension 6, ce qui pourrait être excessif, on peut prévoir que le dispositif de commande 4 (ou le circuit d'auto-alimentation lui-même) génère une commande d'ouverture de l'interrupteur DIS à son démarrage et/ou lorsque la tension d'alimentation atteint une valeur seuil Vamax prédéterminée et tant que la tension d'alimentation Va est suffisante. Quelle qu'en soit la cause, l'interrupteur 7c est ouvert à l'instant tl, et les charges de la capacité réservoir Cm prélevées pour alimenter le circuit de commande ne sont pas renouvelées. La tension d'alimentation Va s'affaiblit donc à partir de cet instant tl.

A l'instant t2, le circuit de commande 4 génère une commande de la grille du transistor basse tension IN visant à le rendre fermé et à faire entrer le dispositif 1 dans une phase de conduction. Comme on l'a vu, ceci peut être provoqué par le basculement du signal externe de commutation COM. Le circuit de commande 4 a pris soin de faire précéder cet évènement par la désactivation de l'interrupteur 7c du circuit d'alimentation 7 à l'instant tl pour, comme on l'a vu, éviter de maintenir connecté ce circuit au point milieu M pendant cette phase. D'une manière générale donc, et si ce n'est déjà pas le cas, le circuit de commande 4 est configuré pour désactiver l'interrupteur 7c du circuit d'alimentation en générant une commande d'ouverture DIS de cet interrupteur, avant de générer le signal de commande de la grille du transistor basse tension IN pour le rendre fermé. On peut envisager que l'interrupteur 7c soit commandé ouvert simultanément à la génération du signal de commande IN (c'est à dire avoir tl=t2 ) .

Le dispositif de commande 4 génère le signal de commande IN de la grille du transistor basse tension 6 pour placer le dispositif 1 dans un état passant pendant une période de temps s'étendant jusqu'à un instant t3, comme cela est représenté sur les figures 2 et 3c. Pendant toute cette période de temps, entre l'instant t2 et t3, le circuit de commande 4 maintient le signal de désactivation DIS de l'interrupteur 7c pour qu'il soit ouvert. La capacité réservoir Cm continue donc à se décharger au fur et à mesure de la consommation de charges alimentant le circuit de commande. A l'instant t3, le dispositif de commande 4 fait basculer la commande IN de la grille du transistor basse tension 6 pour le rendre ouvert, et interrompre la phase de conduction du dispositif 1. Cet instant t3 peut être provoqué par le basculement du signal de commutation externe COM au dispositif 1 ou établit par le circuit de commande 4 lui-même, par exemple à l'issue d'une durée déterminée de la phase de conduction.

Peu après cet instant t3, voire dans le même instant, le dispositif de commande 4 fait basculer le signal de désactivation DIS de l'interrupteur 7c, à un instant t4 supérieur ou égal à t3, de manière à remettre en contact la capacité réservoir Cm avec le point milieu M et permettre son rechargement. Entre les instants t3 et t4, si ces deux instants sont différents et qui sont dans tous les cas très proches l'un de l'autre, la tension du point milieu s'élève vers la tension d'avalanche VBR du transistor basse tension 6. Le transistor haute tension 5 est maintenu fermé et, en négligeant la résistance drain source du transistor haute tension 5, la tension s'appliquant entre ses bornes VDM est sensiblement nulle. L'état du dispositif entre les instants t3 et t4 est schématiquement représenté sur la figure 3d.

A 1 ' instant t4, le dispositif se retrouve dans un état similaire à celui dans lequel il se trouvait à l'instant tO ou t0' . Les phases passantes et bloquantes du dispositif peuvent alors se succéder (selon l'état du signal de commutation COM) et reproduire le cycle qui vient d'être présenté.

Dans une illustration complémentaire du fonctionnement d'un dispositif 1 conforme à l'invention, on a représenté sur la figure 2 une situation où à un instant t5 le signal de désactivation DIS de l'interrupteur 7c est généré lorsque la tension d'alimentation Va atteint une valeur seuil Vamax prédéterminée, inférieure à la tension d'avalanche VBR du transistor basse tension 6. Cette tension Vamax est choisie pour être supérieure à la tension nominale d'alimentation du circuit de commande 4. Afin d'éviter de charger la capacité réservoir de manière excessive, jusqu'à la tension d'avalanche VBR du transistor basse tension 6, le circuit de commande est configuré pour générer le signal de désactivation DIS de l'interrupteur 7c pour l'ouvrir et cesser de charger la capacité réservoir Cm, dès que la tension d'alimentation Va délivrée par le circuit d'alimentation 7c excède cette valeur seuil Vamax.

On observe ainsi sur la figure 2, à partir de cet instant t5, que l'ouverture de l'interrupteur 7c entraine la remontée brutale de la tension de point milieu Vm à la tension d'avalanche du transistor basse tension VBR. On note également que dans le même temps, tension grille- source Vgs du transistor haute tension 5 passe sous la tension seuil Vt' de ce transistor, ce qui conduit à le rendre ouvert et à appliquer la tension du générateur Vbus entre ses bornes. La consommation électrique du circuit de commande 4 se poursuit, ce qui conduit à faire baisser la tension d'alimentation Va délivrée par le circuit d' alimentation .

Selon une variante non représentée, et comme cela a déjà été évoqué, on peut également prévoir que le circuit de commande 4 lui-même soit configuré pour détecter le passage de la tension d'alimentation Va sous une valeur seuil minimale Vamin prédéterminée. Sous cette tension seuil d'alimentation, le bon fonctionnement du circuit de commande 4 n'est plus garanti. Aussi, le circuit de commande 4 est configuré pour que cette détection entraine l'émission d'un signal de défaillance FAULT et le passage du dispositif 1 dans une configuration de sécurité. Il peut s'agir par exemple de faire basculer ou maintenir le signal de commande de la grille du transistor basse tension 6 dans un état ouvert dès lors que la tension d'alimentation franchit à la baisse ce seuil minimum Vamin. Le dispositif 1 est alors placé dans un état bloquant et sécurisé.

La figure 4 représente une version améliorée d'un dispositif de commutation 1 conforme à l'invention, et plus particulièrement du circuit d'auto-alimentation 7, sur laquelle on a omis de placer les transistors haute tension 5 et basse tension 6 pour plus de visibilité.

Outre les éléments déjà décrits en relation avec le dispositif de la figure 1, le circuit d'auto-alimentation 7 de la version améliorée du dispositif 1 comprend, dans le circuit d'auto-alimentation, un régulateur de tension LDO disposé entre la capacité réservoir Cm et une capacité régulée Cr connectée à la sortie 7b du circuit et fournissant la tension d'alimentation Va au circuit de commande. Ces composants additionnels permettent de délivrer une tension d'alimentation Va bien moins oscillante que celle apparaissant aux bornes de la capacité réservoir Cm et qui fluctue selon les cycles de chargement- déchargement lié aux phases bloquantes passantes du dispositif 1.

On notera que la tension apparaissant aux bornes de la capacité réservoir Cm est néanmoins fournie au circuit de commande 4, au niveau d'une entrée de mesure haute impédance de ce circuit, la mesure de cette tension pouvant être utile, comme on l'a explicité précédemment, pour générer le signal de désactivation de l'interrupteur 7c lorsque la tension mesurée dépasse un seuil prédéterminé Vamax ou pour placer le dispositif dans une configuration de sécurité si la tension mesurée est inférieure à la tension seuil minimum Vamin. Mais cette fonctionnalité n'est pas impérative. La tension Va peut être par exemple régulée ou réduite à une valeur de consigne à partir de la tension délivrée par la capacité Vm, cette tension pouvant atteindre la tension d'avalanche VBR du transistor basse tension 6. Comme cela est bien connu en soi, et représenté sur la figure 5, le circuit de régulation LDO comprend typiquement un transistor dont la grille est connectée à la sortie d'un comparateur d'une tension de référence (telle qu'une tension de bandgap) et d'une tension représentative de celle apparaissant aux bornes de la capacité régulée Cr.

Le comparateur rend passant ou bloquant le transistor de manière à transférer des charges de la capacité réservoir Cm à la capacité régulée Cr selon le besoin de manière à ce que la tension Va aux bornes de la capacité régulée Cr soit sensiblement égale à une tension de consigne suffisante pour alimenter le circuit de commande 4 et le rendre fonctionnel. Cette tension de consigne est déterminée par la valeur des résistances d'un pont diviseur dont la tension de point milieu est comparée à la tension de référence.

Plutôt que d' intégrer cette fonction de régulation de la tension d'alimentation Va dans le circuit d'auto alimentation 7 comme cela est proposé ici, on peut prévoir d'intégrer cette fonction dans le circuit de commande 4. On retrouve alors une configuration similaire à celle représentée sur la figure 1.

D'une manière générale, le circuit d' auto- alimentation 7 permet donc d'accumuler des charges dans la capacité réservoir Cm pendant les phases où le dispositif 1 est bloquant. Pendant les phases où le dispositif 1 est passant, le circuit d'alimentation est isolé des nœuds où circule un fort courant. On choisira donc la capacité réservoir Cm pour qu'elle accumule suffisamment de charges pour alimenter le circuit de commande lorsque le circuit d'auto-alimentation 7 est isolé. Similairement, on maintiendra l'interrupteur 7c fermé suffisamment longtemps, pendant les phases où le dispositif 1 est bloquant, pour charger suffisamment la capacité réservoir Cm. Dans la pratique, cette durée pendant laquelle l'interrupteur 7c est fermé peut-être très courte (par exemple de l'ordre de quelques centaines de nanosecondes par exemple) , de manière à ne pas limiter la faculté du dispositif 1 à commuter d'une phase à l'autre à très grande fréquence.

On notera que le circuit d'auto-alimentation 7 n'est exposé qu'à des tensions de faible grandeur (de l'ordre de la tension d'avalanche VBR du transistor basse tension 6) , référencées à la tension de la source du transistor basse tension, si bien qu' il peut être constitué de composants qu' il est aisé de fabriquer ou de se fournir, et donc peu onéreux. On peut ainsi envisager de l'intégrer en partie au moins à la deuxième puce, comportant le transistor basse tension.

Modes de réalisation

On présente maintenant plusieurs modes de réalisation particulièrement avantageux du dispositif de commutation 1 qui vient d'être présenté fonctionnellement.

En référence à la figure 6, les différents éléments composant le dispositif de commutation 1 sont disposés sur un support de routage électrique 10, par exemple un circuit imprimé comportant des pistes électriques pour connecter entre eux les éléments, l'ensemble formant un système de commutation 100. Le support de routage 10 comporte notamment les bornes de commutation 2a, 2b auxquelles peuvent être rattachés la charge P et le générateur G.

Dans tous les modes de réalisation qui vont être présentés, et selon un aspect de la présente invention, le dispositif de commutation 1 (comprenant donc le circuit de commande 4, les transistors haute tension 5 et basse tension 6, et le cas échéant, le circuit d'auto alimentation 7) est mis en œuvre par l'intermédiaire d'un organe de commande MCU, par exemple un microcontrôleur, qui pilote au moins un circuit intégré de commutation 11. Ces éléments sont disposés sur, et électriquement connectés entre eux par, le support de routage 10, l'ensemble formant le système de commutation 100.

L'organe de commande MCU a pour fonction de superviser le fonctionnement du circuit intégré de commutation 11. Le circuit intégré de commutation 11 a pour fonction de réaliser la commutation en tant que telle et de mettre en œuvre des fonctions de surveillance du bon fonctionnement du dispositif 1. Cette décomposition de fonction du dispositif 1 est particulièrement avantageuse, en ce qu'il met en œuvre un circuit intégré de commutation 11 relativement simple, intégrant un nombre réduit de fonctions, et qui peut être employé dans de nombreuses configurations. Il peut donc être produit en fort volume et à faible coût. L'organe de commande, lorsqu'il est programmable, peut être facilement configuré ou reconfiguré, pour tirer profit des fonctionnalités du circuit intégré de commutation 11. L'organe de commande MCU est électriquement relié à un circuit ou une borne d'alimentation A fournissant l'énergie électrique nécessaire à son fonctionnement.

L'organe de commande MCU élabore le signal de commutation COM qu'il fournit directement ou indirectement au circuit intégré de commutation 11, afin de sélectivement rendre bloquant ou passant le transistor basse tension du circuit .

L'organe de commande MCU est également électriquement relié à une broche de défaillance FAULT du circuit intégré de commutation 11. Comme on l'a vu, cette broche fournit le signal de défaillance FAULT indiquant un fonctionnement irrégulier du circuit intégré 11. Ce fonctionnement irrégulier peut correspondre, à titre d'exemple et comme on l'a déjà noté, à une température du circuit intégré de commutation 11 en excès d'une température limite ou à une tension d'alimentation du circuit intégré de commutation 11 en dehors d'une plage spécifiée, ou inférieure à une limite donnée. Lorsque le signal de défaillance FAULT est activé, et par exemple reçu sur une broche d'interruption de l'organe de commande MCU, celui-ci est configuré pour placer le circuit intégré de commutation 11 en position de sécurité, en basculant ou en maintenant le signal de commutation COM pour qu' il rende bloquant le transistor basse tension 6.

Comme cela est usuel, et de manière optionnelle, l'organe de commande MCU peut également élaborer un signal d'activation EN appliqué à une broche d'activation EN du circuit intégré de commutation 11 pour sélectivement le rendre actif ou inactif, par exemple pour limiter la consommation du dispositif lorsqu'il n'est pas exploité. Une telle broche d'activation EN est électriquement reliée au plot de grille de la deuxième puce électronique 16.

Le circuit intégré de commutation 11 est formé d'un boitier, d'une première broche de puissance lia et d'une deuxième broche de puissance 11b. Le circuit intégré comprend au moins première puce électronique 15 intégrant le transistor haute tension et une deuxième puce électronique 16 intégrant le transistor basse tension. Dans l'exemple représenté sur la figure 6, les deux puces électroniques 15, 16 sont reliées électriquement entre elles (et avec les deux broches de puissance lia, 11b) pour former un circuit cascode, ainsi que cela a déjà été décrit dans le détail dans un passage antérieur de cette description.

En complément des broches déjà décrites dans les paragraphes précédents, le circuit intégré de commutation 11 comprend également une broche d'alimentation Va. Selon le mode de mise en œuvre choisi du dispositif de commutation 1, cette broche d'alimentation Va peut être électriquement reliée au circuit ou à la borne d'alimentation A du dispositif 1 ou à un circuit d'auto alimentation (non représentée sur la figure 6) . Dans tous les cas, et quelle que soit la manière dont le circuit intégré de commutation 11 est alimenté, celui-ci présente une broche d'alimentation Va, électriquement reliée à tous les plots d'alimentation des puces électroniques du circuit intégré. Cette tension d'alimentation peut être relative à une masse du dispositif 1 ou une autre tension de référence .

Pour permettre son alimentation par un circuit d'auto-alimentation externe, le circuit intégré de commutation 11 peut comprendre également une broche de point milieu M permettant de fournir à l'extérieur du boitier la tension du nœud milieu entre le transistor haute tension et le transistor basse tension. Cette broche de point milieu M permet de connecter un circuit d'auto alimentation 7 tel que décrit précédemment ou un circuit de contre mesure permettant de contrôler la tension se développant en ce nœud milieu.

Enfin, et comme on l'a déjà évoqué, le circuit intégré de commutation 11 comprend une broche de défaillance FAULT pour fournir à l'organe de commande un signal de défaillance. La broche de défaillance FAULT est électriquement reliée à un circuit de surveillance (dont on a donné un exemple de réalisation en référence à la figure 9) qui peut être intégré dans la deuxième puce 16 ou intégré dans une autre puce 17 disposée dans le boitier. La broche de défaillance est électriquement reliée à un plot de défaillance de la deuxième puce 16 ou de l'autre puce 17.

Ces éléments composant un système de commutation 100 conforme à l'invention peuvent être déclinés selon plusieurs modes de réalisation qui vont donc être décrits ci-dessous .

Premier mode de réalisation

La figure 7a représente ainsi un premier mode de réalisation du système de commutation 100. Dans ce premier mode de réalisation, le circuit d'attaque 20 du circuit de commande 4 n'est pas intégré au circuit intégré de commutation 11 mais forme un élément additionnel disposé sur le support de routage 10. Le signal de commutation COM élaborée par l'organe de commande MCU est fourni en entrée du circuit d'attaque 20, et celui-ci élabore un signal de commande IN qui est directement fournie à la grille du transistor basse tension 6 de la deuxième puce 16. À cet effet, le circuit intégré de commutation 11 et muni d'une broche de commande IN, électriquement reliée d'une part à la sortie du circuit d'attaque 20, et d'autre part à un plot de grille de la deuxième puce 16. On note que le circuit d'attaque 20 est relié à la source ou borne d'alimentation A et à la masse électrique du dispositif 1. Dans la représentation de la figure 7a, le circuit de surveillance est intégré à une troisième puce 17. On pourrait toutefois envisager que ce circuit soit intégré à la deuxième puce 16. Le système de commutation 100 de ce mode de réalisation comprend un circuit d'auto-alimentation 7 disposé sur le support de routage, et électriquement relié à la broche de point milieu M et à la broche d'alimentation Va du circuit intégré de commutation 11. Le signal de désactivation DIS du circuit d'auto-alimentation 7 est élaboré et fourni par l'organe de commande MCU. Cet organe est optionnellement relié à la tension d'alimentation Va si l'on souhaite pouvoir contrôler le signal de désactivation DIS pour que la tension Va n'excède pas une tension maximale d'alimentation Vamax. Alternativement, le circuit d'alimentation 7 ou le circuit intégré de commutation peut comprendre le circuit de régulation LDO décrit en relation avec la description des figures 4 et 5.

Dans une alternative à ce premier mode de réalisation, on aurait pu connecter la broche d'alimentation Va au circuit ou à la borne d'alimentation A et dans ce cas il n'aurait pas été utile de relier le signal de désactivation DIS et la tension d'alimentation Va à l'organe de commande. Deuxième mode de réalisation

La figure 7b représente un deuxième de réalisation d'un système de commutation 100 conforme à l'invention. Ce deuxième de réalisation est particulièrement avantageux en ce qu'il limite le nombre d'éléments disposés sur le support de routage 10, sans rendre excessivement complexe le circuit intégré de commutation 11. Il permet également de router entre le circuit intégré de commutation 11 et l'organe de commande MCU des signaux uniquement digitaux, ce qui contribue à simplifier la conception du système de commutation 100. Dans ce mode de réalisation, la deuxième puce électronique 16 intègre le circuit d'attaque 20 et le circuit de surveillance. Une troisième puce 17 n'est donc pas nécessaire. La deuxième puce 16 présente avantageusement une architecture latérale, et la première et deuxième puce 15, 16 peuvent donc être fixées, par leurs faces arrières, sur un support de boitier isolant et thermiquement conducteur.

Le circuit intégré de commutation 11 comprend une broche commutation COM électriquement reliée à l'organe de commande MCU et à un plot de commutation de la première puce 16, relié à l'entrée du circuit d'attaque 20 intégré dans la première puce 16 et connecté directement à la grille du transistor basse tension 6. Il n'est donc pas nécessaire que celle-ci dispose d'un plot de grille.

Dans cet exemple également, la deuxième puce 16 élabore le signal de désactivation DIS du circuit d'auto alimentation 7. Le circuit intégré 11 dispose donc d'une broche de désactivation DIS, relié à une borne de désactivation fournissant le signal de désactivation élaboré par un circuit de la deuxième puce.

On pourrait également envisager dans une variante de mise en œuvre de ce deuxième mode de réalisation, comme dans le premier mode de réalisation, d'élaborer le signal de désactivation DIS par l'organe de commande MCU.

Troisième mode de réalisation

La figure 7c représente un troisième mode de réalisation d'un système de commutation 100 conforme l'invention. Ce mode de réalisation correspond au deuxième mode de réalisation de la figure 7b dans lequel on a intégré la plupart des éléments composant le circuit d'auto-alimentation 7 dans la deuxième puce 16 du circuit intégré de commutation 11, et notamment la diode 7d et l'interrupteur 7c. On a laissé la capacité réservoir Cm à l'extérieur du circuit intégré de commutation 11, connectée entre la broche d'alimentation Va et la masse du système ou une autre tension de référence.

Autre mode de mise de réalisation La figure 8 représente un autre système de commutation 1 conforme à l'invention, présentant une architecture en demi-pont, dont le fonctionnement bien connu n'est pas rappelé ici. Sur un support de routage électrique 10 on retrouve l'organe de commande MCU relié à son circuit ou borne d'alimentation A. On retrouve également dans le système 100 de la figure 8 deux circuits intégrés de commutation 11, 11', formant respectivement le commutateur bas et le commutateur haut d'un demi-pont, et semblables à ceux exposés dans les modes de réalisation précédents. Le support de routage 10 est muni de trois bornes pour respectivement connecter, en demi-pont :

- un générateur G à une première broche de puissance lia' du deuxième circuit intégré de commutation 11' ;

- une charge résonnante P à une deuxième broche de puissance 11b' du deuxième circuit intégré de commutation 11' et à une première broche de puissance lia du premier circuit intégré de commutation 11;

- une masse du système reliée à la deuxième broche de puissance 11b du premier circuit intégré commutation 11. Le premier circuit intégré 11 est relié au circuit ou à la borne d'alimentation A (alimentant également l'organe de commande MCU) par l ' intermédiaire de sa broche d'alimentation Va. La broche de point milieux M de ce premier circuit intégré de commutation 11 n'est pas exploité. Le premier circuit intégré de commutation 11 est également relié à l'organe de commande MCU par sa broche de commutation COM_L et sa branche de défaillance FAULT_L, comme cela a été expliqué en référence aux figures précédentes .

Le deuxième circuit intégré de commutation 11' est quant à lui référencé à la tension présente sur sa deuxième broche de puissance 11b'. La tension d'alimentation Va doit donc être relative à cette tension de référence, et on ne peut relier directement la tension du circuit ou de la borne d'alimentation A à la broche d'alimentation Va' de ce circuit intégré. On a donc prévu un circuit d'auto alimentation 7 disposé entre la broche de point milieu M' et la tension de référence du deuxième circuit intégré 11'. La tension Va' fournie par le circuit d'auto-alimentation 7 est rapportée sur une broche d'alimentation Va' Les autres signaux, et notamment le signal de commutation COM_H et le signal de défaillance FAULT_H sont rapportés à 1 ' organe de commande MCU par l'intermédiaire d'un dispositif d'isolation I, par exemple optoélectronique.

On observe sur le système de commutation 100 de cette figure 8 tout l'intérêt de disposer d'un circuit intégré de commutation 11, 11' pouvant fonctionner indifféremment avec une tension d'alimentation provenant d'un circuit ou d'une borne d'alimentation, ou d'un circuit d'auto-alimentation. La disponibilité d'une pluralité de signaux de défaillance FAULT_L, FAULT_H en provenance de la pluralité de circuits intégrés de commutation 11 permet à l'organe de commande de bien superviser le fonctionnement du dispositif 1, et notamment de placer chacun des deux circuits intégrés de commutation 11, 11' en mode bloquant, dès que l'un de ces circuits 11, 11' signale une défaillance.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.

Ainsi, bien que l'on ait représenté le transistor basse tension 6 et le transistor basse tension 5 reliés en configuration cascode, un dispositif de commutation 1 conforme à l'invention peut être mis en œuvre dans une configuration « cascade ». Dans cette configuration, la grille du transistor haute tension 5 n'est pas reliée à la source du transistor basse tension 6, et le circuit de commande 4 élabore alors un deuxième signal de commande IN' pour commander la grille du transistor haute tension 5. On contrôlera les deux signaux IN, IN' ' pour permettre d'accumuler des charges dans le circuit d'auto-alimentation 7 pendant les phases où le dispositif 1 est bloquant comme cela a bien été illustré dans la présente description.