Brevet FR2339980A1 — publié le 19770826

La présente invention concerne un procédé pour la commande et la protection des transistors de commutation contre les courtscircuits et les surcharges. Elle a également pour obJet diverses formes de réalisation d'un dispositif pour la mise CIL oeuvre de ce procédé. D'une manière générale, l'invention se rapporte aux circuits électriques dans lesquels au moins une charge est alimentée à travers un transistor dit de eowmatation, qui est commandé de manière à permettre ou interdire le passage du courant à travers la charge. Elle s'applique plus particulièrement, quoique non ezclusiveaent,aux circuits de commande des feux clignotants pour véhicules motorisés,dans lesquels les charges soit constituées par des lampes, éventuellement branchées en série avec Ces résistances. Dans les dispositifs de protection contre les courtscircuits connus, on utilise des limitateurs de contrant qui ont l'inconvénient de provoquer l'échauffement du transistor de commu- tation, ou encore des disjoncteurs qui ont le défaut de se déclencher lors de la mise en route,pendant laquelle le contrant passant par la charge est parfois élevé. Ce dernier défaut est particu fièrement sensible dans le cas ou la charge,constituée par une lampe à filament, a la particularité~d'avoir à froid une résistance ohmique très faible. De plus, ces dispositifs sont difficiles à ajuster lorsque des résistances sont branchées en série avec les charges. Le procédé selon l1inventioi renédie 4 ces inconvénients par la combinaison de deux effets Selon ce procédé, la commutation est asorcée par une impul sion de courant de durée et d'intensité limitées, qui développe aux bornes de la charge une tension qui Daintient le transistor de commutation à l'état conducteur après la fin de l'impulsion dlamorçage, à condition que cette tension ne descende pas en dessous d'une valeur prédéterminée. En l'absence de défaut, ce procédé assure le déblocage du transistor de commutation et crée la tension nécessaire pour maintenir conducteur ce transistor, donc pour alimenter la char ge de façon permanente. En cas de court-circuit pendant le fonctionnement, la tension aux bornes de la charge baisse forte ment, ce qui rend immédiatement non-conducteur le transistor.Par contre, Si le court-circuit existe déjà au moment de la mise en routes il passe bien un courant par le transistor mais sa durée et son intensité sont suffisamment limitées pour éviter l'endommagement du semi-conducteur, ce qui constitue le deuxième effet du procédé. Le dispositif selon l'invention qui met en oeuvre ce procédé comprend essentiellement un transistor de commande relié au transistor de commutation, à une source de courant ou de tension influencée par la tension aux bornes de la charge, et à un générateur d'impulsions qui est associé à un limitateur de courant et qui est soumis à l'action de moyens de commande. Le transistor de commande, auquel sont appliquées les impulsions d'amorçage provenant du générateur d'impulsions, pilote en quelque sorte le transistor de commutation mais est bloqué dès que la tension aux bornes de la charge descend en-dessous d'une certaine valeur, à la suite d'un court-circuit ou d'une surcharge anormale. Suivant une première forme de réalisation du dispositif, qui est particulièrement simple, la source de courant ou de tension reliée au transistor de commande est située dans la ligne alimentant la charge. Dans un mode d'exécution particulier, la base du transistor de commande est reliée à une borne de la charge,par l'intermédiai- re d'une branche de circuit comprenant au moins un composant tel qu'une résistance. Ainsi, dès que la tension aux bornes de la charge baisse à la suite d'un court-circuit ou d'une surcharge anormale, le courant de base devient insuffisant et le transistor est bloqué. Avantageusement, le limitateur de courant est composé d'un premier transistor, branché aux bornes d'une résistance intercalée dans la ligne alimentant la charge,qui devient conducteur dès que le courant passant par cette ligne atteint une intensité déterminée, et d'un second transistor commandé par le premier, qui lorsqu'il est rendu conducteur absorbe une partie du courant fourni par le générateur d'impulsions pouf limiter l'intensité du courant d'amorgage.Ce transistor peut en quelque sorte dériver une partie de l'énergie de l'impulsion d'amorçage,évitant que le transistor de commutation ne s'échauffe dangereusement, ce qui présente un progrès technique par rapport aux dispositifs de limitation connus,dans lequels la limitation de courant persiste pendant le court-circuit ou la surcharge, ce qui fait chauffer le transistor. Suivant une autre caractéristique de l'invention, des moyens tels qu'une ou plusieurs diodes sont prévus pour élever la tension de l'émetteur du transistor de commande,de manière qu'au-dessous d'un certain seuil les transistors de commande et de commutation deviennent non-conducteurs.Ces moyens assurent la protection efficace du circuit en cas de surcharge ou si le court-circuit n'est pas franc mais possède une résistance ohmique. Dans une application particulière de l'invention,correspondant notamment à la commande de feux clignotaDts,le générateur d'impulsions qui fournit les impulsions d'amorçage est composé de deux sections soumises à l'action de moyens de commande distincts, l'une étant commandée par un contact de mise en route du dispositif et fournissant une impulsion relativement longue pour le premier amorçage, et l'autre étant commandée par un oscillateur et fournissant des impulsions plus brèves pour des amorçages périodiques, l'oscillateur étant relié au transistor de commande de manière que le courant d'amorçage initial soit interrompu au rythme des impulsions fournies par lossOillateuZo La première impulsion doit être relativement longue pour chauffer la lampe à filament constituant la charge,tandis que les allumages périodiques qui suivent peuvent etre commandés par des impulsions plus courtes, la lampe étant devenue plus chaude. Jusqu'ici on n'a considéré qu'une seule charge associée à un unique transistor de commutation.Cependant l'invention ne se limite aucunement à ce cas élémentaire. Ainsi, dans le cas d'application envisagé,où la charge est multiple puisque constituée par un ensemble de lampes,le dispositif comprend de préférence plusieurs sections possédant chacune leur propre transistor de commutation alimentant au moins une charge partielle,tandis que le transistor de commande est commun à toutes les sections et relié,d'une part, au générateur d'impulsions et à l'oscillateur qui sont communs à toutes les sections, d'autre part, à chaque transistor de commutation, des transistors supplémentaires étant intercalés entre le transistor de commande et chaque transistor de commutation et reliés à un contacteur à plusieurs directions permettant de choisir la section qui doit être mise en route.Ce contacteur sert notamment à allumer soit les feux clignotants -de gauGhenX soit ceux " de droite ", sur un véhicule automobile Suivant un mode de réalisation, la base du transistor de commande, commun à toutes les sections, est reliée à chacune des charges par des résistances, de façon que la tension aux bornes d'une des charges suffit pour rendre conducteur ledit transistor, et qu'une tension insuffisante aux bornes d'une des charges partielles suffit pour interdire sa conduction. Dans une autre forme de réalisation assez différente du dispositif selon l'invention, la source de courant ou de tension reliée au transistor de commande et influencée par la tension aux bornes de la charge est située hors de la ligne alimentant la charge, et des circuits logiques relient cette source aux bornes de la charge de manière à interdire la coaduction du transistor de commande lorsque la tension aux bornes de la charge descend en-dessous d'une certaine valeur. Lorsque cette solution est appliquée à un dispositif qui comprend plusieurs sections et un oscillatear,conme défini plus haut, les circuits logiques précités se composent par exemple d'une porte"ET pour chaque section, ayant au moins une entrée reliée à une borne de la charge et une autre entrée reliée à l'oscillateur, et d'une porte n OU tt unique,dont les entrées sont constituées par les sorties des différentes portes " ET n et-dont la sortie est reliée au transistor de commande. Cette variante de l'invention se révèle particulièrement intéressante lorsque des résistances doivent être branchées en série avec les charges. Les circuits logiques peuvent être réalisés de manière extrêmement simple, au moyen de diodes et de résistances convenablement groupées. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexe représentant, à titre d'exemples non limitatifs, quelques formes de réalisation de ce dispositif pour la commande et la protection des transistors de commutation. Figure 1 représente un premier circuit simple qui met en oeuvre le procédé selon l'invention; Figure 2 représente un circuit selon l'invention appliqué à un système de clignotement,avec possibilité de commuter plusieurs groupes de charges constituées par des lampes à filament; Figure 3 montre une variante du précédent circuit,dans laquelle des résistances sont branchées en série avec les charges, seules les parties modifiées étant représentées. Un dispositif simple conforme à l'invention est représenté à la figure 1. Un transistor PNP 1, qui alimente une charge 2, est commandé par un transistor NPN 3 dont la base est reliée à un point Â situé entre le transistor 1 et la charge 2 par une branche ds circuit 4. Cette dernière comprend, ici, une simple résistance 2. La base du transistor 3 est encore reliée,par l'intermédiai- re d'un autre transistor 6, à un générateur d'impulsions 7 composé d'un condensateur 8 et d'une résistance 9. L'alimentation de la partie de circuit constituée par le transistor 6 et le générateur d'impulsions 2, à partir d'une source de courant 10, est contrée par un contact Il, ici représenté comme un interrupteur manuel mais pouvant entre réalisé par tout moyen équivalent. Lorsque le contact Il est ouvert, la base du transistor de commande 3 n'est pas alimentée et, si l'on suppose que les transistors I et 3 n'ont pas été préalablement amorcés,ceux-ci restent nom-conducteurs. La mise en route a lieu par fermeture du contact 11. Le générateur d'inpulsiois 7 émet alors une impulsion qui est traesmise à la base du transistor de commande 3 et rend conducteurs les transistors I et 3. La charge 2 est parcourue par un courant, la tension au point Â devient positive et elle alimente la base du transistor 3 à travers la résistance 5. Ainsi les transistors 1 et 3 restent conducteurs après la fin de l'iepulsion d'amorçage fournie par le générateur 7. En cas de court-circuit pendant le fonctionnement,la tension au point Â baisse,ce qui rend. non-conducteur le transistor de commande 3 et par conséquent le transistor de commutation 1. La charge 2 n'est plus alimentée et le circuit est ainsi protégé. Pour remettre le circuit en route, après élimination du défaut, on actionne le contact Il de manière à produire une nouvelle impulsion d'amorgage. En cas de court-circuit avant ou pendant l'impulsiom d'amorçage, cette dernière rendrait les transistors 1 et 3 conducteurs mais l'alimentation de la base du transistor 3 est coupée après la fin de-l'impulsion, car la tension au point Â sera restée faible. Pour ne pas endommager le transistor 1 dans cette circonstance, l'intensité du courant d'amorçage est limitée. A cet effet, le circuit comprend encore un limitateur de courant 12,composé essentiellement d'une résistance 13 en série avec le transistor 1 et de deux transistors PNP 14 et NPN 15; la base du transistor 14 est reliée à un point situé entre le transistor 1 et la résistance 1f,tandis que la base du transistor 15 est reliée à celle du transistor 6. Si le courant passant par la résistance 13 dépasse une certaine intensité,le transistor 14 se met à conduire,ce qui rend également conducteur le transistor 15 La base du transistor 6 est ainsi liée à la masse et l'intensité du courant passant par le transistor 1 est limitée à une valeur déterminée par la résistance 15 et le seuil de conduction du transistor 14. L'invention prévoit aussi des moyens pour protéger le circuit contre des surcharges qui ne sont pas des courts-circuits francs. Ces moyens sont ici constitués par des diodes 16 et 21 qui élèvent la tension de ltémetteur du transistor 3,et déterminent le seuil au-dessous duquel les transistors I et 3 sont rendus non-conducteurs. Ils pourraient être constitués également par une ou plusieurs diodes zener. Dans l'exemple de la figure 1 précédemment décrit, la nature de la charge 2 et le but de la commutation ne sont pas spécifiés. Avec le dispositif représenté à la figure 2, le procédé selon l'invention est appliqué aux circuits de commande des lampes clignotantes pour véhicules motorisés. Deux groupes de lampes à filament 18,19 et 20,21 constituent les charges 2 et 22. La charge 2 dite n de gauche ",constituée par les lampes 18 et 19 montées en parallèle, est alimentée par le transistor de commutation I, lui-sOme commandé par le contact" gauche " d'un contacteur manuel 24, et par un transistor 25. La charge 22 dite n de droite ",constituée par les lampes 20 et 21 montées en parallèle, est alimentée par un second transistor de commutation 26, lui-meme commandé par le contact n droit " 27 du contacteur 24, et par un transistor 28. Les émetteurs des deux transistors 25 et 28 sont reliés au transistor de commande 3 qui est commun aux charges de gauche et de droite :en effet, la base du transistor 3 est reliée d'une part à un point À situé entre le transistor 1 et la charge de gauche 18, 19, d'autre part à un point B situé entre le transistor 25 et la charge de droite 20,21. La branche de circuit 4 comprend toujours une résistance 5 connectée au point À mais est ici complétée par une seconde résistance 29 en parallèle avec la précédente,connectée an point 3. Le circuit comprend encore,comme celui de lafigure 1, un générateur d'impulsions z, un limitateur de courant 12 et des diodes 16 et 21 pour la protection contre les surcharges,communs aux sections de circuit n gauche " et " droite En outre,compte tenu de l'application particulière de ce circuit, il est prévu un oscillateur de clignotement 30 réalisé de manière connue en soi, qui est alimenté å partir du commutateur 24. Cet oscillateur est relié, d'une part, à la base du transistor 3 par-une diode 31, d'autre part, par un condensateur 32, à un point situé entre le condensateur 8 et la résistance 9 du générateur d'impulsions 7. En fermant par exemple le contact" gauche " 23 du contacteur 24, on rend conducteur le transistor 25 et simultanement on alimente le générateur d'impulsions 7 ainsi que l'oscillateur 30. Le condensateur 8 émet une impulsion d'amorçage qui est transmise au transistor de commande 3 par l'intermédiaire du transistor 6 et le transistor 1 devient conducteur et alimente la charge correspondante 18,19,comme expliqué plus haut en référence à la figure 1. Le courant qui parcourt les lampes 18 et 19 chauffs ces dernières et leur résistance augmente jusqu'a ce que la tension au point Bsoit suffisamment élevée pour alimentes la base du transistor 3 à travers la résistance 5, et maintenir ainsi les transistors 1 et 3 à l'état conductsur. Cependant l'alimentation de la base du transistor de commai- de 3 est périodiquement coupée par l'oscillateur 30, et amorcée de nouveau par le condensateur 32 alimenté par l'oscillateur qui produit des impulsions d'amorçage périodiques, ce qui permet d'obtenir le clignotement. L'invention prévoit que la première impulsion d'amorçage, provoquée par la fermeture du contact 23 etengendrée par le condensateur 8, est plus longue que les impulsions périodiques engendrées par le condensateur 32, et que cette impulsion agit sur la base du transistor 3 dans le rythme de clignotement, grâce la résistance 33 intercalée entre les transistors 3 et 6 èt à la diode 31. Le contact " droit tt 27 commande de la mEme manière le clignotement des lampes 20 et 21, par l'intermédiaire des parties de circuit communes et des composants 2b, 28 et 29 spécialement prévus pour la charge " de droite ". En cas de défaut affectant l'une ou l'autre des deux charges, la protection est assurée de manière identique à ce qui a été décrit en référence à la figure 1, soit par la baisse de tension au point A ou B, soit par l'action des diodes 16 et 17, soit par l'intervention du limitateur de courant 12, selon la nature du défaut. Dans l'exemple de la figure 7 comme dans celui de la figure 2, la tension présente aux bornes de la charge,soit au point A ou 3, constitue une des sources de courant nécessaires pour rendre conducteur le transistor de commande 2. La variante représentée à la figure 3 se rapporte à une autre solution, suivant laquelle les tensions et courants nécessaires pour faire conduire le transistor de commande 3 ont d'autres provenances. Cette variante est ici décrite et représentée dans le meme cas d'application que celui envisagé pour la figure 2, ét la figure 3 représente seulement les parties du circuitXmodifiées ou indispensables à la compréhension. Lesparties non représentées qui n'interviennent pas directement dans le système décrit ciaprès sont identiques à celles de la figure 2. Des résistances 34, 35, 36, 37 sont branchées en série avec les charges partielles respectives 18, 19, & 21, entre lesdi- tes charges et leurs transistors de commutation correspondants 1 ou 26.Une première porte " ET n est réalisée par une résistance 38 liée à la tension positive et associée à trois diodes 39,40 et 41; les deux premières diodes 39 et 40 relient la résistance 38 à des points ' et A" situés, l'un, entre la lampe 18 et la résistance 34, l'autre, entre la lampe 19 et la résistance , tandis quelea troisième diode 41 relie la même résistance 38 -à ltoscillateur de clignotement 30.Une seconde porte"ET " est réalisée, de manière similaire, par une résistance 42 liée à la tension positive et associée à trois autres diodes 43, 44 et 45; les deux premières diodes 43 et 44 relient la résistance 42 à des points B' et B" situés, l'un, entre la lampe 2O et la résistance 36, l'autre, entre la lampe 21 et la résistance 37,tandis que la dernière 45 relie la résistance 42 à l'oscillateur 30. Ces circuits logiques comprennent encore une porte "OU constituée par deux diodes 46 et 47 et par une résistance 48, reliée à la masse; la diode 46 relie la base du transistor 3 et la résistance 48 à un point situé entre la résistance 38 et les diodes de la première porte " ET ",tandis que la diode 47 relie la base du transistor 3 et la résistance 48 à un point situé entra la résistance 42 et les diodes de la seconde porte"ET". En fonctionnement normal, du côté "gauche" par exempl-e,les tensions élevées aux points A'et A" maintiennent deux des entrées de la première porte " ES " " 38,39,40,41 au niveau n haut ".La porte est " ouverte n ou n fermée " selon le signal reçu à sa troisième entrée liée à l'oscillateur 30. Les impulsions en pro venance de l'oscillateur agissent donc sur la base du transistor 3, par l'intermédiaire de la porte n OU " 46,47,48 qui permet la commande soit pour le côté n gauche n ,soit pour le côté 11droit n. Si l'une des lampes 18 et 19 de la section de circuit en service est en court-circuit,la tension au point A' ou At' baisse et maintient l'une des entrées de la porte "ET" 38,39,40,41 au niveau n bas n. La tension positive assenée à la résistance 38 ne peut pas atteindre la base du transistor 3, lequel devient donc non-conducteur Comme il va de soi,l'inventioi ne se limite pas aux seules formes de réalisation de ce dispositif qui ont été décrites cidessus à titre d'exemples; elle en embrasse, au coitraire,toutes- les variantes d'exécution et d'applicatiol. Ainsi il est bien évident que l'on ne s'éloignerait pas de 11 esprit de l'invention en remplaçait certains circuits ou certains de lueurs composants par des équivalents usuels danslâ technique des circuits analogiques et logiques, en réalisant des circuitsde polarité inversée, ou en modifiant la combinaison de fonctions logiques du dispositif représenté 4 la figure 3 selon le cas particulier d'application envisagé, etc... -REVENDICÂTIONS 1.- Procédé pour la commande et la protection des transistors de commutation contre les courts-circuits et les surcharges, se rapportant aux circuits électriques dans lesquels au moins une charge est alimentée à travers un transistor de commutatiop qui est commandé de manière à permettre ou interdire le passage du courant à travers la charge, caractérisé en ce que la covautatios est amorcée par une impulsion de courant de durée et d'intensité limitées, qui développe aux bornes de la charge une tension qui maintiens le transi-stor de commutation à l1 état conducteur après la fin de l'impulsion d'amorçage, à condition que cette tension ne descende pas en-dessous d'une valeur prédéterminée. 2.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement un transistor de commande relié au transistor de commutation, à une source de courant ou de tension influencée par la tension aux bornes de la charge, et à un générateur d'impulsions qui est associé à un limitateur de courant et qui est soumis å l'actiov de moyens de commande. 3.- Dispositif selon la revendication 2,caractérisé en ce que la source de courant ou de tension reliée au transistor de commande est située dans la ligne alimentant la charge. 4.- Dispositif selon la revendication 3,caractérisé en ce que la base du transistor de commande est reliée à une borne de la charge,par l'intermédiaire d'une branche de circuit comprenant au moins un composant tel qu'une résistance. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 9 4,caractérisé en ce que le limitateur de courant est composé d'un premier transistor, branché aux bornes d'une résistance intercalée dans la ligne alimentant la charge, qui devient conducteur dès que le courant passant par cette ligne atteint une intensité déterminée, et d'un second transistor commandé par le premier, qui lorsqu'il est rendu conducteur absorbe une partie du courant fourni par le générateur d'impulsions pour limiter l'intensité du courant d'amorçage. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que des moyens tels qu'une ou plusieurs diodes sont prévus pour élever la tension de l'émetteur du transistor de commande, de manière qu'au-dessous d'un certain seuil les transistors de commande et de commutation deviennent nonconducteurs. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6,caractérisé en ce que le générateur dlispulsions qui fournit les impulsions d'amorçage est composé de deux sections soumises à l'action de moyens de commande distincts,l'une étant commandée par un contact de mise en route du dispositif et fournissant une impulsions relativement longue pour le premier aiorçage,et l'autre étant ommandée par un oscillateur et fournissant des impulsions plus brèves pour des amorçages périodiques, l'oscillateur étant relié au transistor de commande de manière que le courant d'amorçage initial soit interrompu au rythme des impulsions fournies par l'oscillateur. 8.- Dispositif selon la revendication 7,caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs sections possédant chacune leur propre transistor de commutation alimentant au moins une charge partielle,tandis que le transistor de commande est commun à toutes les sections et relié, d'une part, au générateur d'impulsions et à l'oscillateur qui sont communs a toutes les sections, d'autre part, à chaque transistor de commutation, des transistors supplémentaires étant intercalés entre le transistor de commande et chaque transistor de commutation et reliés 8 un contacteur A plusieurs directions permettant de choisir la section qui doit autre mise en route. 9.-Dispositif selon l'ensemble des revendications 4 et 8, caractérisé en ce que la base du transistor de commande,commui à toutes les sections, est reliée 4 chacune des charges par des résistances, de façon que la tension aux bornes d'une des charges suffit pour rendre conducteur ledit transistor, et qu'une tension insuffisante aux bornes d'une des charges partielles suffit pour interdire sa conduction. 10.- Dispositif selon la revendication 2,caractérisé en ce que la source de courant ou de tension reliée au transistor de commande et influencée par la tension aux bornes de la charge est située hors de la ligne alimentant la charge,et en ce que des circuits logiques relient cette source aux bornes ddla charge de manière 4 interdire la conduction du transistor de commande lorsque la tension aux bornes de la charge descend endessous d'une certaine valeur. Il. Dispositif selon l'ensemble des revendications 8 et 10, caractérisé en ce que les circuits logiques précités se compo- sebt d'une porte " ET n pour chaque section, ayant au moins une entrée reliée 4 une borne de la charge et une autre entrée reliée à l'oscillateur, et d'une porte " OU tt unique,dont les entres sont constituées par les sorties des différentes portes " ET " et dont la sortie est reliée au transistor de commande. 12.- Dispositif selon la-revendication 11, caractérisé en ce que chaque porte n ET " est composée d'une résistance associée 4 des diodes doit l'une relie ladite résistance à la sortie de l'oscillateur et dont les autres relient ladite résistance à un point situé entre une des charges partielles de la section considérée et une résistance branchée en série avec cette charge partielle. 13.- Dispositif selon la revendication 8 et l'une quelconque des revendications 9,11 et 12,caractérisé par son application à la commande et à la protection d'un système de feux clignotants pour véhicules motorisés,le circuit comprenant deux sec tions, deux charges constituées par des ensembles de lampes formant les feux respectivement " de gauche l et n de droite ", et deux transistors de commutation reliés,par l'intermédiaire de deux transistors supplémentaires, d'une part à un contacteur manuel à deux directions, d'autre part au transistor de comman de commun aux deux sections, qui est lui-meme relié à l'oscil lateur donnant le rythme d'allumage et d'extinction des lampes.