Study of control circuits ensuring the electromagnetic compatibility of light dimmer using insulated gate switches: application to MBS
Etude des circuits de commande assurant la compatibilité électromagnétique des variateurs de lumière utilisant des interrupteurs à grille isolée : application aux MBS
Résumé
Insulated Gate devices are more and more often used in AC operated light dimmer. These devices allow to ensure EMC compliance of the systems through waveform shaping. Hence the bulky and expensive main filter generally used for this purpose could be removed. The aim of this work was to study different driving method used to reduce emitted EMI while keeping reasonable power losses. A new behavioural model of the MBS during turn-on over resistive load is first introduced. This model allows to study the influence of the device's electrical parameters on the switching waveforms. It could be similarly used to predict the emitted EMI by circuit simulation. Then we focus on the driving circuit used to design EMC compliant MBS based light dimmer. We introduce a new optimisation method for classical R-C drive. Performances of such driving circuit are analysed through simulations and measurements. The main drawback of such methods is theirs over sensitivity to device's electrical parameters variations. This led us to define a new kind of insulated gate devices driving circuit allowing to obtain low-emission switching waveform in a simple and reliable manner. The new driving method, based on a gate current drive, is introduced and its performances are investigated. It shows reduced sensitivity to electrical parameters variations compared to more classical driving methods. Moreover this solution could be implemented using a monolithic integrated circuit. This driving circuit has been used to design 500W EMC-free light dimmer based on MBS devices. The maximum overall dissipation of the system is reduced to 3.5W thus achieving an efficiency of 99.3%.
Les composants à grille isolée sont de plus en plus souvent utilisés dans les variateurs de lumière connectés au secteur. L'utilisation de ces composants permet d'assurer la compatibilité électromagnétique du système en contrôlant les formes d'onde de commutation. Dans ce contexte, l'objet de ce travail porte sur l'étude des méthodes de commande des composants à grille isolée permettant de réduire les perturbations émises tout en conservant des pertes de commutation acceptables. Nous présentons dans une première partie un modèle comportemental du MBS lors de sa fermeture sur charges résistives. Ce modèle permet d'analyser l'influence des différents paramètres électriques du MBS sur les formes donde de commutation. Il permet également de déterminer en simulation les perturbations électromagnétiques générées. Dans une seconde partie nous nous intéressons aux circuits de commande permettant aux variateurs de lumière utilisant des MBS de respecter les normes de compatibilité électromagnétique. Une méthode de dimensionnement des commandes R-C est présentée. Les performances de ce type de commande en terme de perturbations électromagnétiques générées et de pertes de commutation sont déterminées en simulation puis en mesure. La principale limite de ces commandes provient de leur sensibilité aux variations des paramètres électriques du composant commandé. Ceci nous a poussé à développer un nouveau type de commande permettant d'assurer des commutations peu perturbatrices de manière simple et fiable. Le principe de la commande développée, basée sur un contrôle en courant du composant, est présenté et ses performances sont analysées tant en simulation qu'en réalité. La sensibilité aux dispersions de paramètre obtenue est faible par rapport à celle des commandes classiques. D'autre part, le circuit de commande proposé présente l'avantage d'être réalisable sous forme d'un circuit intégré monolithique. L'utilisation de cette nouvelle commande a permis la réalisation d'un variateur de lumière à MBS d'une puissance maximale de 500W respectant les normes CEM sans filtre secteur et ne dissipant qu'une puissance de 3,5W soit un rendement de conversion de 99,3%.
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