Brevet FR2090186A1 — publié le 19720114

la présente invention concerne un procédé et--an dispositif pour stabilisateur de tension- continue, destiné à protéger un élément commandé contre leSburcharges.TJedit-stabilisateur de tension continue est connecté à une source de tension continue et maintient constante la tension qu'il délivre, au moyen d'un élément commandable connecté à l'une des sorties de la source de tension. L'été ment est commandé par un organe sensible à la tension qui, selon la valeur de la tension délivrée par rapport à la valeur de la tension d'une source de tension de référence, délivre un signal de commande à l'entrée de commande dudit élément commandable. On connaît à l'heure actuelle des dispositifs destinés à protéger les stabilisateurs de tension continue contrc les surcharges. La forme la pius simple est constituée par des fusibles qui coupent le circuit lors d'un passage de courant trop élevé. Dans d'autres dispositifs, une partie du courant de commande destiné à l'élément commandable est shuntée;ce dernier est, de ce fait, soumis à un courant plus faible et, en conséquence, à une plus faible dissipation de puissance, mais si un court-circuit -intervient à la sortie du stabilisateur, la totalité de la tension d'entrée sur le stabilisateur est trop élevée pour lfélément commandable, exposant ce dernier à une dissipation de puissance élevée malgré le fait que le courant soit limité à une valeur assez faible.Il existe cependant une façon connue de surmonter cet inconvénient au moyen d'un dispositif qui limite en outre le courant de sortie lorsque la tension de sortie du stabilisateur décrit, mais, dans les cas où la charge demande un courant de départ important, un tel stabilisateur ne peut, quand il est branché, fournir un courant suffisant pour que la tension de sortie atteigne rapidement sa valeur stable. La présente invention-permet d'obviera ces inconvénients en fournissant une protection simple mais efficace contre les surcharges pour l'élément commandable d'un stabilisateur de courant continu. L'invention sera décrite plus en détail ci-dessous suivant une forme de réalisation possible, en regard des dessins annexés sur lesquels les figures 1 à 4 représententdes schémas détaillés de circuits de dispositifs connus pour stabilisateurs en courant continu la figure 5 représente un schéma de circuit pour stabilisateur en courant continu muni d'une protection contre les surcharges conforme à l'invention la figure 6-représente le principe d'un procédé pour l'étude détaillée d'une protection contre les surcharges conforme à l'inven tion les figures 7 à 10 représentent différents passages de courant dans le circuit stabilisateur selon la figure 5 ; et la figure 11 représente un exemple d'un schéma de circuit dé taillé selon le circuit stabilisateur de la figure 5. En se référant à la figure 1, un stabilisateur de tension con tinue connu L, connecté à une source de tension continue E, comprend un élément commandable A, un organe sensible à la tension B, une source de référence E et une source de tension auxiliaire Eh r qui, à travers une résistance Rt, envoie d'une part un courant de commande à l'élément A et, d'autre part, un courant à l'organe B. Conformément à cet exemple, l'élément A est connecté au p81e positif de la source de courant continu. Outre qu'il est connecté à RI, l'or- gane B est également relié, d'une part, à l'un des piles d'une source de tension de référence E dont l'autre ptle est connecté au ptle négatif de la source de courant continu et, d'autre part, à la sortie du stabilisateur de courant continu. Tant que la tension de la sortie U, par exemple après mise en fonctionnement du stabilisateur, n'a pas atteint la valeur désirée, la totalité du courant passe de la source auxiliaire E à l'élé h ment A qui est amené à sa conductivité maximum. Lorsque la tension de sortie commence à atteindre la valeur désirée, le courant allant vers l'organe B augmente, moyennant quoi le courant allant sur l'é- lément -A décroît et l'on obtient une stabilisation de la tension de sortie. la figure 2 représente plus en détail la façon dont le stabili sateur selon la figure 1 peut être étudié. L'élément commandable A y est représenté par un transistor T1, bien que pratiquement il comporte souvent plusieurs transistors montés en cascade. L'organe sensible à la tension B est représenté par un transistor T2 dont la base est reliée à la sortie du diviseur de tension R3-R4 qui est lui-mEme connecté entre la sortie positive et la sortie négative du stabilisateur, moyennant quoi le transistor est commandé par la tension de sortie. L'émetteur du transistor est relié à une diode Zener Z qui constitue la source de tension de référence Er. La diode Zener Z est alimentée en courant de fonctionnement convenable à l'aide de la résistance R2 reliée à la borne de sortie du stabilisateur. Sur court-circuit de la sortie, le transistor T1 est porté à sa conductivité maximum, ce qui peut se traduire par l'obtention d'un courant trs important et une dissipation de puissance élevée dans le transistor qui peut Outre facilement détruit. De façon connue en soi, cela peut Outre empêché dans une certaine mesure, comme représenté sur la figure 3, en connectant une résistance R5 entre l'émetteur du transistor T1 et la sortie du stabilisateur, ainsi qu'un transistor T3 dont le circuit base-émetteur est relié à la résistance R5, dont la base est reliée au p81e négatif de la source de tension auxiliaire et dont le collecteur est relié à la base de l'élément commandable T1.On obtient de ce fait une limitation du courant de sortie I lorsque la chute de tension dans la résistance R5 est devenue suffisamment importante pour que le transistor T3 commence à conduire, shuntant ainsi le courant de base du transistor TI. Cependant, dans ce cas également, sur court-circuit de la sortie du stabilisateur, le transistor Ti est exposé à une dissipation de puissance assez élevée. La figure 4 montre comment cette situation peut être améliorée en connectant de façon connue en soi la base du transistor T3 à la sortie d'un diviseur de tension R6-R7. Le transistor T3 est alors soumis à une polarisation négative sur sa base, qui doit être mns- lée par la chute de tension dans la résistance R5 avant que le transistor T3 puisse commencer à conduire. Lorsque le transistor commence à conduire et que la tension de sortie du stabilisateur décroît, la polarisation négative décrit également, de sorte que le transistor T3 limite le courant de sortie à une valeur inférieure. En donnant une valeur convenable aux résistances R5, R6 et R7, on peut obtenir une limitation du courant ne donnant pas d'augmentation de dissipation de puissance dans l'élément commandable Tri. La connexion présente cependant l'inconvénient selon lequel, lors de l'alimentation d'une charge demandant un courant de départ important, par exemple une charge capêcitive, le stabilisateur,lors de l'établissement de a Qe sortie, tension/étant dans les premiers instants presque en court-circuit, ne peut délivrer un courant suffisant pour que la tension de sortie atteigne rapidement sa valeur stable. Un circuit stabilisateur ne présentant pas les inconvénients des circuits stabilisateurs précédents doit donc être capable de limiter le courant, par exemple lors de sa mise en fonctionnement, de façon telle que l'élément commandable du stabilisateur de tension ne soit pas endommagé par une pointage courant trop élevée et que si la surcharge se maintient plus longtemps qu'un temps donné, le circuit soit interrompu. La figure 5 représente le principe d'un stabilisateur de ten sion continue muni d'une protection conforme à ltinvention. Be stabilisateur de tension continue, qui est connecté à une source de courant continu E, comprend un organe sensible à la tension B, un organe de commande S, une source de tension de référence Er et une source de tension auxiliaire Eh. La source de tension auxiliaire fournit du courant à travers une résistance Rî, d'une part à l'été ment A et à l'élément B et, d'autre part, à l'organe S. L'élément A, conformément à l'exemple, est connecté au pele positif de la source de courant continu.Outre qu'il est relié à la résistance R1, l'organe B est connecté, d'une part, à l'un des niôles d'une source de tension de référence Er dont l'autre ptle est connecté au ptle négatif de source de tension continue et, d'autre part, à la sortie du stabilisateur de courant contflnu.Brorgane de commande S est tra- versé par legourant de sortie I, donnant ainsi une évaluation de la grandeur du courant. Une manière usuelle d'effectuer cette évaluation de façon pratique est représentée dans son principe par le dispositif de la figure 6. Le courant de sortie traverse une résistance R5 au moyen de laquelle on obtient une tension proportionnelle au courant qui circule. La tension sur cette résistance est envoyée à un circuit de commande S' en tant que valeur de la grandeur du courant de sortie. Le fonctionnement de ltorgane de commande S et du circuit de commande S' sera expliqué plus en détail ci-après. Le courant iEh venant de la source de tension auxiliaire Eh est en outre distribué comme dans le dispositif connu selon la figure 1, sur l'élément A et/ltorgane B ainsi que sur l'organe de commande S. La grandeur du courant iSh est essentiellement déterminée par la source de tension auxiliaire Eh et la résistance R1 et, dans une forme de réalisation effective, elle est assez constante, ce qui permet au moins de rendre la description plus simple. Pour une charge normale du stabilisateur de courant continu, le courant i5 allant sur l'organe de contrôle S est nul et le stabilisateur fonctionne de la même façon que celle qui a été décrite pour le dispositif connu selon la figure 1. Si cependant le courant de sortie I tend à dépasser une certaine valeur limite 1g choisie de façon appropriée comme il ressort de la figure 7, l'organe de commande S est tel qu'un courant (is) commence à circuler vers lui, comme il ressort de la figure 8a ledit courant, sous l'effet d'une augmentation ultérieure du courant de sortie I, atteint bient8t une valeur telle que le courant iB tombE zéro, comme il ressort delafigure 8b, et le courant de commande iA est limité, comme il est évident sur la figure 8c. Cela implique que le courant de sortie I soit également limité à une valeur maximum i comme il ressort de la figure 7 à l'instant t1. m L'élément commandable A est alors ainsi protégé contre une charge de courant trop élevée et, dans une certaine mesure également, contre une charge de puissance trop élevée.Cependant,lors par exemple d'un court-circuit de la sortie du stabilisateur de courant continu, toute la tension de la source d'alimentation E est pratiquement trop élevée pour l'élément A. Comme mentionné plus haut, cela se traduit par une dissipation de puissance assez élevée dans l'élément A mal gré le fait que le courant de sortie ait été limité-E la valeur Im. m Si la surcharge, due nar exemple à un court-circuit, est accidentelle et suffisamment courte, la même charge de circuit ne cause pas d'endommagement de l'élément A, ce qui au contraire est le cas si la surcharge se maintient longtemps. Cette dernière présuppose bien entendu que l'élément A n'est pas prévu avec une grande tolérance, ce qui naturellement serait possible mais de réalisation coûteuse. Dans le cas où la surcharge disparate avant un temps t m compté à partir de son origine,ltorgane de contre S est prévu, conformément à l'invention, de telle sorte que l'on obtienne seulement la limi tationducourant de sortie décrite ci-dessus.Si alors à l'instant t (tel que t2 - t1 (t ) la surcharge disparate, le stabilisateur revient à son mode normal de fonctionnement, ce qui était le cas avant l'instantt t1 comme il ressort des figures 7 et 8. Dans le cas où la surcharge se maintient plus longtemps qu'zon certain temps maximum choisi t , c'est-à-dire la condition qui prévaut lorsque I > I Ig, le fonctionnement est alors le suivant (voir les figures 9 et:O). A l'instant t1, voir figure 9, intervient une surcharge du stabilisateur de courant continu, due par exemple à un court-circuit extérieur, qui se traduit par une augmentation du courant de sortie I au-delà de la valeur limite i . Le fonctionnement est tout d'a g bord le même que celui décrit plus haut en référence aux figures 7 et 8. A l'instant t2 cependant, une surcharge du stabilisateur a duré pendant un temps tm L'organe de commande S est tel que le courant i5 subit une augmentation telle qu'il devient égal à la totalité ou pratiquement la totalité du courant iEh venant de la source de tension auxiliaire Eh, comme il ressort de la figure 10a. Le courant iB allant à l'organe B ainsi que le courant de commande iA allant à l'élément A, de ce fait, s'annule ou tend vers zéro (voir et comparer les figures 10b et 10 c). Cela se traduit par le fait que l'élément commandable A devient non-conducteur et que le courant de sortie tombe à zéro ou tend vers zéro. De ce fait, la dissipation de puissance dans l'élément A tombe à zéro ou tend vers zéro. L'organe de commande S est réalisé de telle sorte que le courant i5 soit bloqué à la valeur dépendant de la précédente (is ziEh), de sorte qu'il devient indépendant du courant de sortie I, ce qui entratne le fait que le courant de sortie I est bloqué a la valeur zéro ou proche de zéro. Lorsque la cause de la surcharge du stabilisateur à courant continu a été éliminée, le blocage peut être annulé par un moyen approprié qui dépend cependant du type particulier de l'organe de commande S comme ce sera décrit ci-après. La figure 11 représente un schéma d'une forme de réalisation d'un dispositif selon le circuit stabilisateur de la figure 5, en combinaison avec le schéma de circuit de l'organe de commande S divisé en une résistance R5 et un circuit de commande S' selon la figure 6. Comme décrit plus haut, l'élément commandable A est représenté par un transistor Ti et l'organe sensible B est représenté par un transistor 2 dont la base est reliée à un diviseur de tension R3-R4, et dont l'émetteur est relié à une résistance R2 (voir figures 1 et 2). Comme dans le cas ci-dessus, la source de tension de référence Er consiste en une diode Zener Z.Le circuit de commande S' comprend, comme il ressort de la figure 11, deux transistors T3 et T4, une diode D, un condensateur C, une résistance R8 et un diviseur de tension R9-Rî O. Comme décrit en référence à la figure 3, le transistor T3 a son circuit base-émetteur connecté à une ré- sistance R5 et sa base au p81e négatif de la source de tension auxi- liaire, tandis que la liaison du collecteur à la base de l'élément commandable T1 a lieu dans ce cas par l'intermédiaire de la diode D. La base du transistor T3 est en outre connectée par l'intermédiaire de la résistance R8 au collecteur du transistor T4 dont l'émetteur est relié au pôle positif dela source de tension auxiliaire \. Le transistor T4 a également le condensateur C en parallèle sur son circuit base-émetteur et la base est également reliée à la prise du diviseur de tension R9-R10. lors d'une augmentation de courant sur la sortie du stabilisateur, ce courant augmenté cause une chute de tension augmentée sur la résistance R5. La valeur de la résistance R5 est choisie de telle sorte que le transistor IS commence à conduire lorsque le courant I a dépassé la valeur limite 1g (comparer les figures 7 et 9). La diode dérive alors une partie du courant d'attaque sur la base du transitor T1 et le courant de sortie est limité à la valeur maximum 1m mentionnée ci-dessus. Simultanément le condensateur C commence à se charger. Si la surcnarge est ae courte durée, le condensateur se dé- charge dans la résistance R9 et le stabilisateur revient à ses conditions normales de fonctionnement.Si, au contraire, la surcharge est suffisamment longue, ctest-à-dire supérieure au temps t. (compa m rer les figures 9 et 10), le condensateur se chargera à l'instant t2=tl +tm à une tension rendant conducteur le transistor T4. De ce fait, le transistor T3 reçoit un apport de courant de base et un processus de régénération intervient causant rapidement la saturation de T3, moyennant quoi l'élément commandable T1 est complètement privé de courant de base et, de ce fait, complètement bloqué. Les transistors T3 et T4 se maintiennent mutuellement conducteurs et la tension de sortie du stabilisateur reste à zéro.LJne remise en fonctionnement du stabilisateur peut par exemple intervenir en déconnectant éventuellement la tension auxiliaire Eh au moyen d'un interrupteur K. Si la surcharge ne se maintient pas, la tension de sortie retourne à sa valeur nominale lorsque la tension auxiliaire Eh est reconnectée. Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qutà titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra y apporter toute équivalence technique sans pour autant sortir de son cadre, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICAtIONS 1. Procédé de protection contre les surcharges de l'élément commandable d'un stabilisateur de tension continue, relié à une source de tension continue et maintenant constante une tension délivrée par le stabilisateur, ledit élément commandable étant relié à l'une des sorties de la source de tension et étant commandé par un moyen sensible à la tension qui, suivant la valeur de la tension fournie par rapport à la valeur d'une tension de référence, délivre un signal de commande à l'entrée dudit élément commandable, procédé caractérisé par le fait que l'on évalue le courant de sortie du stabilisateur de tension continue,-et qu'au cas où il dépasse une certaine valeur limite l'on fait décroftre ledit signal de commande dudit élément commandable de façon que le courant de sortie soit limité à une valeur maximum elle-meme supérieure d'une quantité déterminée à ladite valeur limite, et qu'au cas où la valeur limite est dépassée pendant un temps supérieur à un temps donné, l'on donne au signal de commande une valeur telle que l'élément commandable devienne sensiblement non-conducteur, cette condition se maintenant malgré le fait que le courant de sortie atteint une valeur proche de zéro. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est constitué d'un organe de commande connecté entre la sortie de l'élément commandable et la sortie du stabilisateur de tension continue, ledit organe de commande évaluant le courant de sortie du stabilisateur de tension continue et, au cas où celui-ci dépasse une certaine valeur limite, supprime une partie dudit courant qui circulait en tant que courant de commande de l'élément commandable avant que le courant de sortie ait atteint ladite valeur limite, moyennant quoi il se forme une limitation de courant à une certaine valeur maximum et, au cas où la valeur limite est dépassée plus longtemps qu'un temps donné, dérive la totalité du courant qui circulait en tant que courant de commande de l'élément commandable avant que le courant de sortie ait dépassé ladite valeur limite, moyennant quoi le courant de sortie atteint une valeur proche de zéro. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'organe de commande consiste en une première résistance à travers laquelle passe le courant de sortie du stabilisateur et en un circuit de commande connecté en parallèle avec la résistance,ledit circuit de commande régulant le signal de commande de l'élément contrdlable suivant la chute de tension dans ladite résistance. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le circuit de commande comprend un premier élément électronique de connexion qui, suivant la tension existant sur ladite première résistance, devient plus conducteur ou moins conducteur et qui, par l'intermédiaire d'une diode, transmet du courant à partir d'une seconde résistance qui est alimentée par une source de tension auxiliaire, à la sortie du stabilisateur, moyennant quoi le signal de commande de l'élément commandable décroît de façon que le courant de sortie soit limité, ledit premier élément électronique de connexion dans son état conducteur chargeant également un condensateur dont la tension commande un second élément électronique de connexion de sorte qu'il devienne conducteur lorsque le condensateur atteint une certaine condition de charge et qu'il ouvre un autre passage de courant à l'électrode de commande du premier élément électronique de conne xion de sorte que ce dernier atteigne un état irréversible à haute conductivité dans lequel il dérive la totalité du courant traversant ladite seconde résistance vers ladite sortie, moyennant quoi le signal de commande de l'élément commandable cesse et ce dernier est complètement bloqué.