ITMI20010075A1

ITMI20010075A1 - Circuito di pilotaggio per una accensione lenta di un elemento di potenza connesso ad un carico induttivo

Info

Publication number: ITMI20010075A1
Application number: IT2001MI000075A
Authority: IT
Inventors: Giovanni Luca Torrisi; Antonino Torres
Original assignee: St Microelectronics Srl
Priority date: 2001-01-17
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2002-07-17
Also published as: US6784721B2; US20020109417A1

Description

Domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:

"Circuito di pilotaggio per una accensione lenta di un elemento di potenza connesso ad un carico induttivo"

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione fa riferimento ad un circuito di pilotaggio per una accensione lenta di un elemento di potenza connesso ad un carico induttivo.

Più specificatamente l'invenzione si riferisce ad un circuito di pilotaggio per un elemento di potenza connesso ad un carico induttivo del tipo comprendente almeno un primo generatore di corrente inserito tra un riferimento di tensione ed un terminale di uscita di detto circuito di pilotaggio ed atto a fornire una prima corrente di carica ad un terminale di comando di detto elemento di potenza a sua volta collegato a detto terminale di uscita.

L'invenzione riguarda in particolare, ma non esclusivamente, un circuito di pilotaggio per una accensione lenta di un transistore di potenza di tipo IGBT inserito in un dispositivo d'accensione elettronica per applicazioni automotive e la descrizione che segue è fatta con riferimento a questo campo di applicazione con il solo scopo di semplificarne l'esposizione.

Arte nota

Come è ben noto, i carichi induttivi quali le bobine sono normalmente associate ad un opportuno elemento di potenza che consente il loro pilotaggio ed in particolare la loro accensione ed il loro spegnimento. A tale elemento di potenza è quindi associato un opportuno circuito di pilotaggio.

Nel caso di un sistema di accensione elettronica di tipo automotive, è noto utilizzare un transistore di potenza di tipo IGBT collegato, ad esempio, ad una candela.

La Figura 1 mostra schematicamente uno stadio finale 1 di un noto sistema di accensione elettronica. In particolare, lo stadio finale 1 è inserito tra un primo riferimento di tensione di alimentazione, ad esempio una tensione di batteria VB ed un secondo riferimento di tensione, ad esempio una massa GND.

Lo stadio finale 1 comprende un interruttore [switch] elettronico 2, inserito tra una induttanza L1 di avvolgimento primario di una bobina 3 avente una corrispondente induttanza L2 di avvolgimento secondario collegata ad un terminale di uscita OUT1 dello stadio finale 1 a cui è applicato un carico 4, ad esempio una candela, come nel caso di applicazioni automotive.

L'interruttore elettronico 2 è inoltre collegato ad un terminale IN1 di ingresso dello stadio finale 1.

Fornendo a tale terminale di ingresso INI un segnale logico Vin1 di ingresso con valore logico alto, linterruttore elettronico 2 abilita un flusso di corrente di carica Iload1 che lo percorre ed immagazzina energia nell' induttanza L1 di avvolgimento primario.

In maniera complementare, quando il segnale logico Vin di ingresso assume un valore logico basso, l'interruttore elettronico 2 si apre, generando un valore di extra tensione Vc1 ad un capo dell'induttanza L1 di avvolgimento primario.

E' opportuno notare che tale extra tensione Vc1, tramite un rapporto di spire tra avvolgimento primario e secondario della bobina 3, genera una corrispondente tensione Vsec1 di innesco ai capi dell'induttanza L2 di avvolgimento secondario.

Nell'esempio di carico considerato, il rapporto di spire della bobina 3 viene scelto in modo che tale tensione Vsec1 di innesco sia dell'ordine delle migliaia di Volt, in maniera tale da riuscire a generare sul terminale di uscita OUT1 una scintilla nella candela 4.

In Figura 2 sono schematicamente rappresentate forme d'onda tipiche di una accensione di un carico tramite un sistema di accensione elettronica noto con stadio finale comprendente un interruttore elettronico del tipo illustrato in relazione alla Figura 1.

In sistemi di accensione elettronica siffatti, possibili condizioni di errore si verificano in caso di una non desiderata sovraelongazione dVsec1/dt della tensione di innesco ai capi dell'induttanza L2 di avvolgimento secondario. Ad esempio, in corrispondenza di una fase di accensione [tum-on] del sistema di accensione elettronica comprendente lo stadio finale 1 e la candela 4, una variazione di tensione dVc1/dt ai capi dell'induttanza L1 di avvolgimento primario può in alcuni casi generare una variazione di tensione dVsec1 /dt ai capi dell'induttanza L2 di avvolgimento secondario sufficiente a generare una scintilla nella candela 4.

La Figura 3 mostra schematicamente una forma d'onda relativa ad una procedura di accensione classica di un sistema di accensione elettronica noto ed utilizzante come interruttore elettronico 2 un transistore IGBT.

E' noto che, in seguito ad una variazione di tensione dVc1/dt negativa, la tensione Vsec1 di innesco può raggiungere un valore elevato, pari a 1000V, che provocherebbe una scintilla nella candela 4.

Per questo motivo, numerose specifiche relative ad applicazioni automotive stabiliscono per la tensione Vsec1 di innesco sull'induttanza L2 di avvolgimento secondario un valore massimo pari a 500÷600V, nelle fasi in cui non è richiesta la generazione della scintilla.

E' noto a tal fine utilizzare una procedura di accensione lenta [soft turn -on] dell' interruttore elettronico 2, in corrispondenza dell'accensione del sistema di accensione elettronica che lo comprende, per minimizzare gli effetti di una prima variazione dVcl/dt negativa della tensione sull'induttanza L1 di avvolgimento primario ed la conseguente sovraelongazione dVsec1/dt della tensione Vsecl di innesco sull'induttanza L2 di avvolgimento secondario.

In particolare, per rallentare la fase di accensione del dispositivo di potenza compreso nell'interruttore elettronico 2 è comunemente utilizzato un condensatore, inserito tra un terminale di collettore ed un terminale di comando del dispositivo di potenza.

Questa prima soluzione nota necessita di un elemento ad alta tensione (HW) esterno al sistema di accensione, avente quindi un impatto sul costo del sistema nel suo complesso. Essa inoltre presenta uno svantaggio principale consistente nel rallentamento della fase di spegnimento del dispositivo di potenza durante la fase di generazione della scintilla per il carico, con una conseguente perdita d'energia trasferita dall'induttanza L1 di avvolgimento primario all'induttanza L2 di avvolgimento secondario.

In Figura 4 sono schematicamente rappresentate forme d'onda di segnali interni ad un transistore IGBT pilotato con ima corrente Ig di gate costante.

In particolare, è opportuno notare che, non appena una tensione Vg di gate del transistore IGBT raggiunge un valore di tensione di soglia Vth del transistore stesso, esso conduce abilitando il passaggio di una corrente le di collettore ed una conseguente accensione del dispositivo di carico.

In questa fase è evidente come l'effetto Miller del transistore IGBT aumenta la pendenza iniziale della tensione Vg di gate.

Come è ben nota, l'effetto Miller è legato all'evoluzione in tensione di un terminale di collettore del transistore IGBT e termina quando si esaurisce la variazione dVc/dt negativa della tensione di collettore. In altre parole, il transistore IGBT presenta una capacità equivalente di effetto Miller con un valore elevato in parallelo alla intrinseca capacità Cgs di gate-source.

L'unico modo per intervenire sulla fase di accensione del transistore IGBT risulta quindi quello di pilotare il suo terminale di gate con una corrente Ig di gate molto piccola, in modo da rallentare e prolungare ulteriormente la fase di carica della capacità equivalente totale Cgs*, che tiene conto dell'effetto Miller, modificando in tal modo la pendenza di una corrente le del terminale di collettore. ;Questo tipo noto di pilotaggio risulta scollegato dall'andamento del riferimento di tensione di elettronico, in particolare un'alta tensione, collegato al transistore IGBT e risulta particolarmente problematico in presenza di circuiteria alimentata dal terminale di gate del transistore IGBT. ;E’ altresì noto utilizzare un circuito di pilotaggio con limitazione, schematicamente illustrato in Figura 5 e complessivamente indicato con 5. ;In particolare, il circuito 5 di pilotaggio con limitazione è inserito tra un primo riferimento di tensione, ad esempio una tensione di alimentazione VDD, ed un secondo riferimento di tensione, ad esempio una massa GND ed è collegato ad un terminale G6 di gate e ad un terminale E6 di emettitore di un transistore IGBT 6. ;Il transistore IGBT 6 presenta inoltre un terminale C6 di collettore connesso ad un dispositivo di carico 9, a sua volta collegato al riferimento di tensione di alimentazione VDD. ;Il circuito 5 di pilotaggio con limitazione comprende anche un generatore 7 di una corrente Idriv di pilotaggio, inserito tra il riferimento di tensione di alimentazione VDD ed il terminale G6 di gate del transistore IGBT 6, nonché un circuito limitatore 8, a sua volta inserito tra il terminale G6 di gate ed il terminale E6 di emettitore del transistore IGBT 6, nonché alla massa GND. ;In tal modo, la corrente Idriv di pilotaggio si suddivide in una prima porzione di corrente, una corrente Ilim assorbita dal circuito limitatore 8 di limitazione ed in una secondo porzione di corrente, una corrente Ig di gate, per il terminale G6 di gate del transistore IGBT 6. La capacità equivalente totale Cgs* del transistore IGBT 6 si carica quindi con una corrente Ig di gate pari a:

Ig = Idriv - Ilim

Per ottenere un valore molto limitato della corrente Ig di gate, le correnti Idriv e Ilim devono avere valore confrontabile.

Tale condizione risulta però critica a causa delle variazioni [spread] di processo o di temperatura del sistema di accensione che comprende il circuito 5 di pilotaggio con limitazione e che potrebbero causare un bilancio di corrente tale da non riuscire ad accendere il dispositivo di carico 9.

Il problema tecnico che sta alla base della presente invenzione è quello di escogitare un circuito di pilotaggio per una accensione lenta di un elemento di potenza in modo da evitare sovraelongazioni di tensione su di un carico connesso all'elemento di potenza, superando le limitazioni e gli inconvenienti che tuttora affliggono i circuiti di pilotaggio realizzati secondo l'arte nota.

Sommario del'invenzione

L'idea di soluzione che sta alla base della presente invenzione consiste nel pilotare l'elemento di potenza mediante una coppia di generatori di corrente, aventi valore diverso, posti in parallelo: il circuito di pilotaggio abilita la carica della capacità di gate con una corrente bassa soltanto se l'elemento di potenza ha iniziato una fase di accensione.

Sulla base di tale idea di soluzione il problema tecnico è risolto da un circuito di pilotaggio del tipo precedentemente indicato caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre almeno un secondo generatore di corrente, inserito, in parallelo a detto primo generatore di corrente, tra detto riferimento di tensione e detto terminale di uscita ed atto a fornire a detto terminale di comando una seconda corrente di carica in funzione di un valore di tensione presente su detto terminale ingresso a sua volta collegato ad un terminale di conduzione di detto elemento di potenza.

Le caratteristiche ed i vantaggi del circuito di pilotaggio secondo l'invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di un suo esempio di realizzazione dato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati.

Breve descrizione dei disegni

In tali disegni:

la Figura 1 mostra schematicamente un circuito di pilotaggio di un elemento di potenza secondo l'arte nota;

le Figure 2, 3 e 4 mostrano schematicamente l'andamento in funzione del tempo di segnali interni al circuito di Figura 1 ;

la Figura 5 mostra schematicamente una variante di realizzazione del circuito di Figura 1 ;

la Figura 6 mostra schematicamente un circuito di pilotaggio realizzato secondo l'invenzione;

la Figura 7 mostra schematicamente una struttura integrata realizzante il circuito di Figura 6;

la Figura 8 mostra schematicamente una caratteristica capacità/ tensione di un elemento della struttura integrata di Figura 7;

le Figure 9 e 1 1 mostrano schematicamente l'andamento in funzione del tempo di segnali interni al circuito di Figura 6;

la Figura 10 mostra in maggior dettaglio il circuito di Figura 6.

Descrizione dettagliata

Facendo riferimento alle Figure, ed in particolare alla Figura 6, con 10 è schematicamente e complessivamente indicato un circuito di pilotaggio per una accensione lenta di un elemento di potenza secondo l'invenzione.

Il circuito 10 di pilotaggio presenta un terminale di ingresso IN connesso ad un punto di interconnessione di un elemento di potenza, in particolare un transistore IGBT 11, ed un dispositivo 12 di carico, a loro volta inseriti, in serie tra loro, tra un primo riferimento di tensione, ad esempio una tensione di alimentazione VDD, ed un secondo riferimento di tensione, ad esempio una massa GND.

Il circuito 10 di pilotaggio presenta inoltre un terminale di uscita OUT connesso ad un terminale G 11 di gate del transistore IGBT 11, avente a sua volta un terminale El i di emettitore connesso alla massa GND ed un terminale CI 1 di collettore connesso al dispositivo 12 di carico.

Vantaggiosamente secondo l'invenzione, il circuito 10 di pilotaggio comprende un primo generatore GL di una prima corrente Ilow di carica ed un secondo generatore GH di una seconda corrente Ihigh di carica, inseriti, in parallelo tra loro, tra il riferimento di tensione di alimentazione VDD ed il terminale Gl i di gate del transistore IGBT 11.

In particolare, il secondo generatore GH risulta collegato al terminale Gl i di gate del transistore IGBT 11 tramite un interruttore SW pilotato.

Il primo GL ed il secondo generatore GH presentano diverso valore, vale a dire generano correnti di diverso valore; in particolare, la prima corrente Ilow di carica presenta un valore inferiore alla seconda corrente Ihigh di carica.

Il circuito 10 di pilotaggio comprende inoltre opportuni mezzi di rilevamento e confronto di tensione inseriti tra il terminale di ingresso IN ed un terminale di pilotaggio dell'interruttore SW.

In particolare, tali mezzi di rilevamento e confronto di tensione comprendono un blocco rilevatore 13 collegato al terminale di ingresso IN e ad un primo terminale di ingresso non invertente (+) di un comparatore 14 di tensione, avente un secondo terminale di ingresso invertente (-) connesso ad un riferimento interno di tensione Vref ed un terminale di uscita connesso al terminale di pilotaggio dell'interruttore SW.

Vantaggiosamente secondo l'invenzione, il blocco rilevatore 13 provvede, tramite il comparatore 14 di tensione, ad aprire l'interruttore SW scollegando il secondo generatore GH dal terminale Gl i di gate del transistore IGBT 11 non appena una tensione Ve del terminale C 11 di collettore inizia a decrescere.

In tal modo, il circuito 10 di pilotaggio abilita una fase di carica di una capacità equivalente Cgs di gate del transistore IGBT 11 tramite la prima corrente Ilow di carica di basso valore (fornita dal primo generatore GL) soltanto se il transistore IGBT 11 ha iniziato una fase di accensione [tum-on].

Si evitano così problematiche relative alla mancata accensione per mancanza di corrente dell'elemento di potenza.

In particolare, il blocco rilevatore 13 deriva la tensione Ve di collettore. Esso può essere realizzato in modo noto con diverse tecniche dipendenti essenzialmente dalla tecnologia utilizzata.

Ad esempio, come schematicamente illustrato in Figura 7, nel caso di tecnologia VIPower, è possibile realizzare il blocco rilevatore 13 utilizzando una capacità CG di giunzione di un diodo PBL-EPI di alta tensione, tale capacità risultando connessa elettricamente, tramite frame di package, ad un substrato su cui viene realizzato il transistore IGBT 11.

In particolare, in Figura 7 viene schematicamente illustrato un circuito integrato 15 comprendente uno strato conduttivo 16 detto di frame su cui vengono realizzati il transistore IGBT 11 ed il blocco rilevatore 13.

Il transistore IGBT 1 1 comprende un substrato 17 di un primo tipo di conducibilità, ad esempio di tipo P, ad altissimo drogaggio (P++) su cui giace uno strato intermedio 18 di un secondo tipo di conducibilità, ad esempio di tipo N, ad alto drogaggio (N+) ed uno strato epitassiale 19 del secondo tipo di conducibilità a basso drogaggio (N-).

Nello strato epitassiale 19 viene quindi realizzata una prima sacca 20 del primo tipo di conducibilità a basso drogaggio (P-) ed una seconda sacca 2 1 di body sempre del primo tipo di conducibilità ad alto drogaggio (P+), nonché opportune aree 22 del secondo tipo di conducibilità ad alto drogaggio (N+), corrispondenti alle aree attive del transistore IGBT 11 .

Il blocco rilevatore 13 comprende a sua volta un substrato 23 del secondo tipo di conducibilità ad alto drogaggio (N+) su cui giace uno strato epitassiale 24 del secondo tipo di conducibilità a basso drogaggio (N-).

Nello strato epitassiale 24 viene quindi realizzata una sacca 25 del primo tipo di conducibilità (P), avente uno strato superficiale 26 ad alto drogaggio (P+). Lo strato epitassiale 24 e la sacca 25 realizzano la capacità di giunzione CG.

E' opportuno notare che il valore della capacità CG di giunzione dipende dal valore di tensione applicata al circuito integrato 15 ed assume valori trascurabili per tensioni superiori a decine di volt, come schematicamente illustrato in Figura 8.

Questo garantisce che il circuito 10 di pilotaggio comprendente un blocco rilevatore realizzato tramite la struttura integrata 13 di Figura 7 (vale a dire da una capacità ad alta tensione) non interferisca quando al terminale C11 di collettore viene applicata un'alta tensione, evitando di pregiudicare le prestazioni del sistema di accensione che lo comprende in fase di generazione di una scintilla d'innesco del carico.

In alternativa, il blocco rilevatore 13 può essere realizzato in una parte di potenza del circuito integrato sfruttando una capacità parassita, strutturalmente connessa ad un terminale di alta tensione, che l'elemento di potenza utilizzato presenta (sia esso un transistore Power Mos o un transistore IGBT).

Le forme d'onda in Figura 9 mostrano il funzionamento del circuito 10 di pilotaggio secondo l'invenzione. Si nota che la capacità CG di giunzione del blocco rilevatore 13, rilevando una derivata di tensione dVc/ dt sul terminale C 11 di collettore del transistore IGBT 11 , immette nel comparatore 14 di tensione un picco di corrente e, tramite il comparatore 14 e l'interruttore SW, spegne il secondo generatore GH.

Il basso valore della prima corrente Ilow di carica fornita dal primo generatore GL prolunga quindi il tempo di carica del terminale G11 di gate, forzando il transistore IGBT 11 a generare una derivata negativa dVc/dt della tensione Ve sul terminale C11 di collettore assai meno ripida rispetto ai circuiti di pilotaggio descritti in relazione all'arte nota.

Una volta esaurito il picco di corrente fornito dalla capacità CG di giunzione, il terminale G11 di gate viene caricato tramite la somma delle correnti di carica Ilow e Ihigh fomite dai generatori GL e GH in parallelo.

Nel caso in cui la tensione Ve sul terminale C1 1 di collettore è prossima al suo valore minimo, la capacità equivalente Cgs del transistore IGBT 1 1 continua a caricarsi con un valore massimo Imax di corrente:

Imax = Ilow+Ihigh

Nel caso in cui la transizione del terminale C11 di collettore non è terminata il circuito 10 di pilotaggio, dopo aver abilitato il secondo generatore GH della seconda corrente Ihigh di carica, rileva una nuova derivata di tensione dV/dt e spegne nuovamente il secondo generatore GH.

Il circuito 10 di pilotaggio crea così una reazione [feedback] tra il terminale C11 di collettore ed il terminale Gl i di gate del transistore IGBT 11, in grado di regolare il bilancio di corrente sulla capacità equivalente Cgs.

Inoltre, anche nel caso in cui il valore della prima corrente Ilow di carica risulti troppo basso rispetto agli assorbimenti sul terminale Gl 1 di gate, il transistore IGBT 11 non si spegne comunque.

Vantaggiosamente secondo l'invenzione, picchi di corrente di valore diverso vengono integrati dalla capacità equivalente Cgs (tipicamente dell'ordine dei nF) evitando così oscillazioni sulla corrente per il dispositivo 12 di carico.

Inoltre, vantaggiosamente secondo l'invenzione, il circuito 10 di pilotaggio non necessita di un terminale [pin] cosiddetto di batteria e risulta quindi applicabile anche a dispositivi di tipo "3pin".

Un ulteriore caratteristica vantaggiosa del circuito 10 di pilotaggio secondo l'invenzione è la sua totale integrabilità.

Illustreremo di seguito, con particolare riferimento alla Figura 10, una realizzazione preferita del circuito 10 di pilotaggio secondo l'invenzione nel caso di applicazione in un sistema di accensione elettronica nel settore automotive.

In particolare, il circuito 10 di pilotaggio di Figura 10 comprende un blocco rilevatore 13 realizzato mediante un diodo D1 a giunzione HV avente capacità C1 inserito tra il terminale di ingresso IN del circuito 10 di pilotaggio ed il terminale di ingresso non invertente 114+ del comparatore 14 di tensione.

Inoltre, nella forma implementativa illustrata in Figura 10, il primo generatore GL comprende un primo transistore Q1 avente un primo terminale di conduzione connesso, tramite un primo resistore R1, al riferimento di tensione di alimentazione VDD, un secondo terminale di conduzione connesso al terminale di uscita OUT del circuito 10 di pilotaggio, nonché un terminale di comando connesso, tramite la serie di un primo blocco 27 di specchio e di un transistore Q3 di abilitazione, ad un terminale TA di abilitazione, ricevente un segnale Va di abilitazione del circuito 10 di pilotaggio.

Il primo blocco 27 di specchio comprende una pluralità di transistori di specchio (Q4, Q5, Q6, Q7) in cascata tra loro e collegati, tramite una pluralità di resistori (R4, R5, R6, R7) al riferimento di tensione di alimentazione VDD.

In particolare, il primo transistore Q1, generatore della prima corrente Ilow di carica e specchio del transistore Q7 all'intemo del primo blocco 27 di specchio, viene abilitato dal transistore Q3 di abilitazione in presenza di un segnale Va di abilitazione sul terminale TA di abilitazione e provvede a fornire la prima corrente Ilow di carica al terminale di uscita OUT, a sua volta collegato al terminale di comando del transistore IGBT.

Analogamente, il secondo generatore GH comprende un secondo transistore Q2 avente un primo terminale di conduzione connesso, tramite un secondo resistore R2, al riferimento di tensione di alimentazione VDD, un secondo terminale di conduzione connesso al terminale di uscita OUT del circuito 10 di pilotaggio, nonché un terminale di comando connesso, tramite la serie di un secondo blocco 28 di specchio e di un transistore Q 9 di abilitazione, al terminale TA di abilitazione.

Il secondo blocco 28 di specchio comprende un transistore Q8 configurato a diodo e collegato al riferimento di tensione di alimentazione VDD tramite un resistore R8, nonché al terminale di comando del secondo transistore Q2.

In particolare, il secondo transistore Q2, generatore della seconda corrente Ihigh di carica e specchio del transistore Q8 all'intemo del secondo blocco 28 di specchio, viene abilitato dal transistore Q9 di abilitazione in presenza di un segnale Va di abilitazione sul terminale TA di abilitazione e provvede anch'esso a fornire la seconda corrente Ihigh di carica al terminale di uscita OUT.

Il circuito 10 di pilotaggio di Figura 10 comprende un interruttore SW realizzato mediante un primo transistore Q10 avente un primo terminale di conduzione connesso al riferimento di tensione di alimentazione VDD tramite un primo resistore RIO, un secondo terminale di conduzione collegato alla massa GND ed un terminale di comando collegato al terminale di uscita 014 del comparatore 14 di tensione.

L'interruttore SW comprende inoltre un secondo transistore Q10' avente un primo terminale di conduzione connesso al riferimento di tensione di alimentazione VDD tramite un secondo resistore RIO', un terminale di comando collegato al primo terminale di conduzione del primo transistore Q 10 ed un secondo terminale di conduzione connesso al terminale di comando del transistore Q8 all'interno del secondo blocco 28 di specchio.

Il circuito 10 di pilotaggio comprende inoltre un generatore interno 29 della tensione di riferimento Vref, inserito tra il riferimento di tensione di alimentazione VDD e la massa GND e comprendente uno specchio di corrente formato da un primo Q11 e da un secondo transistore Q12 di specchio, collegati al riferimento di tensione di alimentazione VDD tramite rispettivamente un primo R11 ed un secondo resistore R1 2.

In particolare, il secondo transistore Q12 di specchio presenta un terminale di comando collegato ad un terminale di comando del primo transistore Q1 1 di specchio configurato a diodo.

Il generatore interno 29 comprende inoltre un terzo Q 13 ed un quarto transistore Q14 inseriti rispettivamente tra il primo Q11 ed il secondo transistore Q12 di specchio ed un nodo interno Y10. In particolare, il terzo transistore Q13 è collegato al nodo interno Y10 tramite un terzo resistore R1 3, a sua volta collegato alla massa GND tramite un quarto resistore R1 4.

Inoltre, il terzo Q13 ed il quarto transistore Q14 presentano i terminale di controllo collegati tra loro e ad un nodo X10 intermedio tra il secondo Q12 ed il quarto transistore Q14 tramite un condensatore C 1 , nonché ad un terminale di controllo di un quinto transistore Q 15 di uscita, a sua volta collegato al riferimento di tensione di alimentazione VDD e ad un terminale di uscita 029 del generatore interno 29 tramite un quinto resistore RI 5.

Il generatore interno 29 illustrato in Figura 10 fornisce sul nodo X1 0 un segnale stabile per alimentare il quinto transistore Q15 e generare la tensione di riferimento Vref sul terminale di uscita 029.

Nella forma di implementazione illustrata in Figura 10, il comparatore 14 di tensione comprende una pluralità di transistori (un primo Q16 ed un secondo transistore Q17 di ingresso, un primo Q18 ed un secondo transistore Q19 di uscita, un primo Q20 ed un secondo transistore Q21 di innesco) e di rispettivi resistori (R16, R17, R18, R19, R20, R21), configurati in maniera nota a formare un comparatore di tensione.

In particolare, il terminale di ingresso invertente IN 14- è collegato, tramite un resistore R22, al terminale di uscita 029 del generatore interno 29, dove viene generata la tensione di riferimento Vref come caduta su di un ulteriore resistore R23, inserito tra il terminale di uscita 029 e la massa GND.

Il circuito 10 di pilotaggio è completato tramite rispettivi resistori R24 e R26 inseriti tra i terminali di controllo dei transistori di abilitazione Q3 e Q9 e la massa GND, nonché da un resistore R25 inserito tra tali terminali di controllo ed il terminale di abilitazione TA.

Vediamo ora il funzionamento del circuito 10 di pilotaggio secondo l'invenzione con riferimento all' implementazione di Figura 10.

In condizioni normali di funzionamento, essendo il valore di tensione presente ai capi del resistore RI 5 in uscita dal generatore interno 29 maggiore della tensione ai capi del resistore R23 all'ingresso invertente del comparatore 14 di tensione, il primo transistore Q21 di innesco risulta spento [off] e quindi il corrispondente secondo transistore Q17 di ingresso viene mantenuto spento dal primo blocco 27 di specchio (transistore Q6).

In queste condizioni, il primo transistore Q20 di innesco risulta acceso [on] ed accende il primo transistore Q16 di ingresso.

Sul terminale di uscita 014 del comparatore 14 di tensione, coincidente con un terminale di collettore del secondo transistore di uscita Q19, viene generato un valore di tensione con valore logico basso. Il transistore Q10 risulta quindi spento, così come il transistore Q10' dell' interruttore SW, e quindi il transistore Q2 del secondo generatore GH riesce a fornire corrente all terminale di uscita OUT del circuito 10 di pilotaggio e quindi al transistore IGBT ad esso collegato.

Vantaggiosamente secondo l'invenzione, non appena la tensione sul terminale di ingresso IN, coincidente con la tensione di substrato del blocco rilevatore 13 decresce, il terminale di base del secondo transistore Q21 di innesco viene portata ad un valore basso tramite il condensatore C1 ad alta tensione. In queste condizioni, il comparatore 14 di tensione si sbilancia e, dal momento che il terminale di collettore del secondo transistore di uscita Q19 va alto, disabilita il transistore Q2 del secondo generatore GH.

Il circuito 10 di pilotaggio rimane in questa condizione fino a quando non si esaurisce il picco di corrente generato dal condensatore C1 del blocco rilevatore 13.

La Figura 1 1 mostra in maniera comparativa valore di tensione ad un avvolgimento secondario ottenuti mediante un circuito 10 di pilotaggio secondo l'invenzione (A) ed un circuito di pilotaggio secondo l'arte nota (B).

In conclusione, il circuito di pilotaggio 10, secondo l'invenzione, consente di realizzare una accensione lenta del dispositivo di potenza ad esso connesso, evitando in tal modo sovraelongazioni di tensione che possano rivelarsi inaccettabili per l'applicazione.

Il pilotaggio realizzato prescinde dalla variabilità delle caratteristiche dell'elemento di potenza utilizzato.

Tale circuito di pilotaggio può esser utilizzato anche per un transistore di potenza bipolare che viene, quindi, pilotato in corrente, anziché in tensione come nel caso dell'esempio non limitativo illustrato.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Circuito di pilotaggio (10) per un elemento di potenza (11) connesso ad un carico induttivo (12) del tipo comprendente almeno un primo generatore di corrente (GL) inserito tra un riferimento di tensione (VDD) ed un terminale di uscita (OUT) di detto circuito di pilotaggio (10) ed atto a fornire una prima corrente di carica (Ilow) ad un terminale di comando (Gl i) di detto elemento di potenza (11) a sua volta collegato a detto terminale di uscita (OUT), caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre almeno un secondo generatore di corrente (GH), inserito, in parallelo a detto primo generatore di corrente (GL), tra detto riferimento di tensione (VDD) e detto terminale di uscita (OUT) ed atto a fornire a detto terminale di comando (G11) una seconda corrente di carica (Ihigh) in funzione di un valore di tensione (Ve) presente su detto terminale ingresso (IN) a sua volta collegato ad un terminale di conduzione (C 11) di detto elemento di potenza (11).
2. Circuito di pilotaggio (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto secondo generatore di corrente (GH) è collegato a detto terminale di uscita (OUT) tramite un interruttore (SW) avente un terminale di pilotaggio connesso a detto terminale di ingresso (IN) tramite mezzi di rilevamento e confronto di tensione (13, 14).
3. Circuito di pilotaggio (10) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di rilevamento e confronto di tensione (13, 14) comprendono almeno un blocco rilevatore (13) ed un comparatore di tensione (14) connessi, in cascata tra loto, tra detto terminale di ingresso (IN) e detto terminale di pilotaggio di detto interruttore (SW).
4. Circuito di pilotaggio (10) secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto blocco rilevatore (13) presenta un terminale di uscita collegato ad un primo terminale di ingresso (+) di detto comparatore di tensione (14) e dal fatto che detto comparatore di tensione (14) presenta un secondo terminale di ingresso (-) connesso ad un riferimento interno di tensione (Vref) ed un terminale di uscita (014) connesso a detto terminale di pilotaggio di detto interruttore (SW).
5. Circuito di pilotaggio (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta prima (Ilow) e seconda corrente di carica (Ihigh) assumono valori tra loro differenti.
6. Circuito di pilotaggio (10) secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta prima corrente di carica (Ilow) presenta un valore inferiore a detta seconda corrente di carica (Ihigh).
7. Circuito di pilotaggio (10) secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di rilevamento e confronto di tensione (13, 14) aprono detto interruttore (SW) e scollegano detto secondo generatore (GH) da detto terminale di uscita (OUT) non appena detto valore di tensione (Ve) presente su detto terminale ingresso (IN) inizia a decrescere, abilitando una fase di carica di detto terminale di comando (Gl i) di detto elemento di potenza (11) tramite detta prima corrente di carica (Ilow) di basso valore soltanto se detto elemento di potenza (11) ha iniziato una fase di accensione.
8. Circuito di pilotaggio (10) secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto blocco rilevatore (13) deriva detto valore di tensione (Ve) presente su detto terminale ingresso (IN).
9. Circuito di pilotaggio (10) secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto blocco rilevatore (13) comprende una capacità di giunzione (CG) di un diodo integrato ad alta tensione.
10. Circuito di pilotaggio (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti primo (GL) e secondo generatore di corrente (GH) comprendono rispettivi primo (Ql) e secondo transistore (Q2) aventi primi terminali di conduzione connessi, tramite rispettivi primo (RI) e secondo resistore (R2), a detto riferimento di tensione (VDD), secondi terminali di conduzione connessi a detto terminale di uscita (OUT), nonché terminali di comando connessi, tramite rispettivi primo (Q3) e secondo transistore di abilitazione (Q9), ad un terminale di abilitazione (TA) di detto circuito di pilotaggio (10).
11. Circuito di pilotaggio (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto interruttore (SW) comprende almeno un transistore (Q10) collegato a detto riferimento di tensione (VDD) ed avente un terminale di comando collegato a detto terminale di uscita (014) di detto comparatore di tensione (14).
12. Circuito di pilotaggio (10) secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detto interruttore (SW) comprende inoltre un ulteriore transistore (Q 10') avente un terminale di conduzione connesso a detto riferimento di tensione (VDD), un terminale di comando collegato ad un terminale di conduzione di detto transistore (Q10) ed un secondo terminale di conduzione connesso a detto secondo generatore (GH) tramite un transistore di specchio (Q8).
13. Circuito di pilotaggio (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere un generatore interno (29) di detto riferimento interno di tensione (Vref), collegato a detto riferimento di tensione (VDD) ed avente un terminale di uscita collegato a detto secondo terminale di ingresso di detto comparatore di tensione (14).
14. Circuito di pilotaggio (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento di potenza (11) è un transistore IGBT e che detto terminale di conduzione (Cl l) è un terminale di collettore di tale transistore IGBT.