Brevet FR2379942A1 — publié le 19780901

La présente invention est relative à un dispositif électronique commutateur , destiné à découper un courant électrique. Un tel dispositif peut être utilisé dans un grand nombre d'applications , et notomment - sur un convertisseur de courant , préw pour convertir un courant con tinu en courant alterno;tif - sur la centrale clignotante d'un véhicule automobile , pour commander les feux de signalisation clignotants - etc... On connaît des dispositifs commutateurs de ce type , mais ils présentent deux inconvénients principaux. Tout d'abord , ils introduisent une perte de tension et d'énerr gie entre leur entrée et leur sortie , ce qui est gênant dans tous les domaines , mais particulièrement pour l'usage sur un véhicule automobile, car les feux clignotants sont alors sous-voltés , et ile éclairent mal. Par ailleurs , ces systèmes connus ne permettent pas de détecter un seuil de courant , nécessaire pour avertir l'utilisateur de la présence d'un défaut sur le circuit de puissance.Si l'on vent détecter un tel seuil , on est obligé d'adjoindre aux systèmes connus , une résistance qui, montée en série , augmente encore la chute de tension. A titre d'exemple , on constate que sur une automobile alimentée en 12 volts continus , l'ensemble du découpeur et du détecteur de défaut contenus dans la centrale clignotante introduisent une perte de tension de l'ordre de 2 volts.Autrement , les lampes des feux cligontants , prévues pour fonctionner sous 12 volts , ne reçoivent en fait que 10 volts ; elles éclairent mal , ce qui nuit a' la sécurité sur les routes. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients en réalisant un dispositif électronique commutateur qui introduit une trs faible perte de tension entre l'entrée et la sortie , tout en assurant la fonction de détecteur de défaut , par exemple pour détecter si une poule est grillée , ou sur court-circuit est présent sur le circuit d'utilisation. Un dispositif commutateur selon l'invention comprend une entrée et une sortie pour le circuit de puissance , ainsi qu'une borne de commande pour recevoir les signaux de commande , et il est caractérisé par le sch6= mc de montage suivant - sur la ligne de puissance qui relie directement l'éntrée à la sortie, sont montés en série , au moins une résistance dite a résistance de seuil" et le circuit "collecteur-émetteur" d'au moins un transistor de puissance - la base de ce transistor de puissance , dit n transistor de découpage" est reliée au collecteur d'un transistor de pilotage , dont l'émetteur est relié à l'entrée de la ligne de puissance , tandis que sa base est reliée à la borne de commande. Bien entendu , la résistance de seuil peut être incluse dons l'entrée de la ligne de puissance et dans le collecteur du transistor de puissance , ce qui a pour effet de compenser la chute de tension aux bornes du transistor de pilotage. Buivant une autre caractéristique de l'invention , on monte en pa- parallèle sur la résistance de seuil , un circuit pour l'alimentation d'une lampe-témoin , destinée par exemple à se trouver sur le tableau de bord d' une automobile ou d'un camion ; si l'une des ampoules clignotantes est grillée , l'intensité dans la résistance de seuil devient inférieure au seuil prédéterminé , et la lampe-témoin s'éteint. Suivant une autre caractéristique de l'invention , on monte en para- llèle sur la résistance de seuil , un circuit disjoncoteur qui coupe l'alimentation si l'intensité dans la résistance de seuil dépasse une valeur prédéterminée ; ce cas se rencontre en cas de court-circuit sur les cir cuits de puissance. Le dessin annexé , donné à titre d'exemple non limitatif , permettra de mieux comprendre les détails de l'invention et les avantages qui en ré sultent. Figure 1 est un schéma de principe illustrant le montage connu d'un dispositif commutateur , pour découper un courant électrique. Figure 2 est le schéma le plus simple d'un commutateur électronique selon l'invention. Figure 3 montre une variante pour commander les feux cligontants d'un véhicule ,tout en détectant les défauts tels qu'un court-circuit ou une ampoule grillée. On a représenté sur la figure 1 un dispositif destiné à alimenter des appareils utilisateurs (pararemple les feux clignotants d'un véhicule automobile) 1 , 2 et 3 , à l'aide d'un courant électrique , découpé par un commutateur 4 . Cet appareil 4 possède trois bornes , à savoir - une borne d'entrée A , reliée par exemple au p8le (+) d'une source de courant continu ; - une borne de sortie B , reliée aux appareils d'utilisation 1 , 2 et 3; - une borne de commande C , reliée à un appareil de commande 6. L'appareil de commande 6 est par ailîe relié à la masse 5 , ainsi que les appareils d'utilisation 1 , 2 et 3 , et le pôle (-) de la source de courant. L'appareil de commande 6 est de type connu : il coupe et rétablit la liaison entre la borne C et la masse 5 suivant une loi prédéterminée, qui est périodique dans le cas d'une centrale clignotante. L'invention concerne le dispositif commutateur 4 qui découpe le courant électrique sur la ligne de puissance A-B , en réponse aux signaux reçus par la borne de commande C. La structure caractéristique du dispositif commutateur selon ltin- vention apparaît sur la figure 2 . Sur la ligne de puissance A-B sont in tercalés en série - une résistance de seuil R5 - le circuit "collecteur-émetteur" d'un transistor de puissance T1 , dit " transistor de découpage". La borne d'entrée du dispositif 4 est par ailleurs reliée à l'émet- teur d'un transistor de pilotage T2 , dont la base est reliée à la borne de commande . Le collecteur du transistor de pilotage T2 est relié à-la base du transistor de découpage T1 On voit que ce type de montage (collecteur de T2 relié à la base de T1) permet d'ajouter l'un à l'autre les gains des deux transistors complé- mentaires , si bien que la perte de tension est voisine de celle que pro duirait un transistor unique à très grand gain. Elle est ait si négligeable entre les bornes d'entrée A et de sortie B de l'appareil 4 . Ainsi , les ampoules clignotantes 1 , 2 et 3 sont alimentées sous pleine tension et éclairent avec leur pleine puissance. En plaçant la résistance de seuil dops le circuit de puissance entre l'entrée et le collecteur du transistor de puissance T1 , la chute de ten sion à ses bornes est compensée par la fait qu'elle se trouve en parallèle avec la tension du transistor de pilotage T2 . Cette disposition permet ainsi de pouvoir saturer plus-facilement le transistor de puissance T1, car sa base (par rapport au collecteur) est alimentée par un potentiel plus élevé. La résistance de seuil intercalée en série dans le circuit de puis sance à un autre point , aurait la chute de tension à ses bornes tout à fait non compensée. La tension perdue aux bornes des deux transistors s'ajouterait à cel le aux bornes de la résistance de seuil . Cette somme de tensions ferait une chute de tension globale importante . C'est cela même que l'invention per met d'éviter. On a supposé sur la figure 2 que T1 est un transistor n-p-n , alors que T2 est un p-n-p . Bien entendu 8 l'invention couvre également le cas inverse , où T1 serait un transistor p-n-p , alros que T2 serait un n-p-n, en inversant les tensions . En pratique , la solution illustrée sur la fi gure 2 présente seulement un avantage de prix de revient , les transistors de puissance au silicium n-p-n étant moins coûteux que les p-n-p. On voit par ailleurs que le dispositif selon l'invention permet de mesurer la tension entre les bornes de la résistance R5 pour la compa rer à un seuil haut at à un seuil bas préalablement fixés , pour détecter les éventuels défauts du circuit de puissance . En effet , si l'on se re porte à l'exemple illustré sur la figure 1 , on comprend que - si l'intensité dans R5 (et par conséquent la tension entre ses bornes) devient trop forte , cela signifie qu'un court-circuit s'est établi sur le circuit ; on peut utiliser ce dépassement du seuil supérieur pour déclencher un disjoncteur de protection ; - si au contraire , l'intensité dans R5 (et par conséquent la tension entre ses bornes) devient trop faible ,cela signifie que l'une des ampoules 1 , 2 ou 3 est grillée ; on peut utiliser ce franchissement du seuil inférieur pour provoquer l'extinction d'une lampe-témoin au tableau de bord du véhicule. On a représenté sur la figure 3 le schéma d'ensemble d'un dispo sitif selon l'invention , ainsi monté pour assurer 1 la fois la fonction de découpage du courant (circuit 7) , la fonction de disjoncteur (circuit 8) , et la fonction de lampe-témoin (circuit 9). La fonction de commande est assurée par le circuit 10 , qui ne fait pas partie de l'invention. Par commodité , on fractionné la résistance de seuil R5 en deux résistances R1 et R2 . On pourrait aussi utiliser une résistance unique en parallèle sur laquelle serait monté un potentiomètre pour prélever la fraction de tension juste nécessaire côté disjoncteur. Le transistor de puissance T1 découpe le courant principal . Il est piloté par le transistor T2 . Le cpllecteur de T2 est relié à la base de T1 , Si bien que les gains des deux transistors s'ajoutent. En En cas de court-circuit , le transistor T3 (dont l'émetteur est relié à l'entrée A) détecte le franchissement du seuil haut du courant dens les résistances R1 et R2 . La base du transistor T3 est reliée au point L entre les résistances R1 et R2 , ainsi qu'au collecteur d'un tran sistor T5* L'émetteur de celui-ci est relié à la sortie B . T3 est par exzm- i ple un transistor p-n-p , alors que T5 est un n-p-n . Ainsi , T3 et T5 constituent une mémoire déclenchée par T3 en cas de court-circuit . Lors que cette mém,oire a dSclenché une disjpnction , le courant reste coupé indéfinimint , jusqu'à ce que le défaut ait été réparé, ou l'alimentation du point M interrompue .Autrement dit , T3 est susceptible d'envoyer une commande permanente pour le blocage de T2 , anihilant complètement le si gnal de commande.de découpage en provenance de 10. Par ailleurs , l'entrée A est reliée à l'émetteur d'un transistor p-n-p T4 dont la base est reliée au point E , entre la résistance R2 et T1. Le collecteur de T4 est relié à la base d'un transistor T6 de type n-p-n, dont le collecteur est relié à la sortie B , alors que son eret- teur est relié à la première borne d'une lampe-témoin il . La deuxième borne de cette dernière est branchée sur la masse 5 , comme pour les ampoules clignotantes 1 , 2 et 3. Dans ces conditions , on voit que le transistor T4 ditecte-le seuil bas de l'intensité dans les rbsistances R1 et R2 (cas d'une ampoule 1 , 2 ou 3 grillée) , et ne peut plus commander en conduction le transistor T6 qui laisse donc la lampe-témoin 71 éteinte en permanence . Au contraire , en fonctionnement normal , T6 reçoit sa commande de T4 pour dé- couper le courant alimentant la lampe-tmoin 11 : celle-ci clignote alors au tableau de bord du véhicule , signalant au conducteur que tout est normal. On remarque par ailleurs que le courant de la lampe-témoin 11 passe dans le circuit détecteur d'intensité , puisque cette lampe 11 est en parallèle sur les clignotants 1 , 2 et 3 . Ainsi , la lampe-témoin 11 bénéficie elle aussi de la fonction "disjoncteur't de protection assurée par le circuit 8. Enfin , on a fait figurer sur le dessin la borne de validation M , qui est utilisée à la manière connue , pour commander le clignotement sur le côté droit ou sur le côté gauche du véhicule. Cette borne M est tour à tour connectée à l'alimentation au mê- me potentiel que la borne A lorsque l'on désire le fonctionnement décrit. Sa déronnexion arrête immédiatement le dispositif et permet aussi d'annuler la mémoire constituée par T3 et T5 en cas de détection de court-circuit. Dune manière générale ,on notera que , dans tous les cas , à la place des transistors Ts et T4 , il est possible d'utiliser des-semi-con- ducteurs simples ou complexes (circuits intégrés). Par ailleurs , dans la fonction "disjoncteur 8 , on-pourrait remplacer le transistor T5 par un thyristor capable de bloquer le transistir pilote T2 en cas de court-circuit. Il est à noter que les semi-conducteurs T3 et/ou T4 peuvent avoir leur base respective prépolarisé pour permette leur mis n conduction par une tension de seuil aux bornes de R5 inférieure à leur propre tension de barrière (0,6 MS ,pour le silicium).Ceci permet de réduire en- core la chute de tension aux bornes de Rs Sur la figure 3 , le circuit de prépolarisation est celui mo- térialisé par D3 , R3 , R4 , R5 et D3,, R3 , R4 , R5' R E V E N D I C À T I O N S 1 - Dispositif commutateur électronique , comprenant une entrée et une sortie pour un circuit électrique de puissance , ainsi qu'une borne pour recevoir des signaux électriqu.s de commande , et coeactérisé en ce que son montage est réalisé de la façon suivante - sur la ligne de puissance qui relie directement l'entrée à la sortie , sont montés en série , au moins une résistance de seuil intercalée dans la bfanche " collecteur" , et le circuit collecteur-émetteur d' un semi-conducteur de découpage ; - la base de ce semi-conducteur de découpage est reliée à l'entrée par l'intermédiaire du circuit émetteur-collecteur d'un semi-conducteur de pilotage dont la base est reliée à la borne de commande. 2 - Dispositif côrtinutateur suivant la revendication 1 , caractéri sé en ce que le semi-conducteur de découpage est un transistor n-p-n (T1) dont l'émetteur est relié à la sortie , tandis que le semi-conducteur de pilotage est un transistor p-n-p (T2) dont le collecteur est relié à la base du transistor de découpage T1 , tandis que son émetteur est relié à l'entrée. 3 - Dispositif commutateur suivant la revendication 1 , caracté- risé en ce que le semi-conducteur de découpage (T1) est un transistor p-n-p dont le collecteur est relié à la sortie , tandis que le semi-conducteur de pilotage (T2) est un transistor n-p-n , dont l'émetteur est relié à la sortie , tandis que son collecteur est relié à la base du transistor de découpage (T1). 4 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précé- dentes , caractérisé en ce qu'en parallèle sur la résistance de seuil est connecté un circuit détecteur de seuil par un transistor T3 , constituant avec T5 un circuit disjoncteur de sécurité (8) , lequel forme une mémoire (T3-T5) et disjoncte dès que l'intensité dans la résistance de seuil dépasse un seuil haut prédéterminé , par blocage du transistor pilote T2 (fonction 8). 5 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes ,caractérisé en ce qu'en parallèle sur la résistance de seuil est connecté un circuit détecteur de seuil constitué par un transistor T4 qui permet d'alimenter un circuit à lampe-témoin (9) (fonction 10) groupant - un transistor (T4) dont le circuit"émetteur-collecteur" relie l'entrée à la base d'un autre transistor (T6) alors que sa base est reliée à un point E situé entre la résistance de seuil et le collecteur du transistor de découpage (T1) - le transistor T4 pouvant direcfement alimenter un circuit témoin ,ou au contraire ,en mieux , par l'intermédiaire d'un transistor (T6) dont le circuit "émetteur-collecteur" relie la sortie à une lampe-témoin , qui se trouve ainsi montée en parallèle avec les appareils d'utilisation du dispositif commutateur , tout en bénéficiant de la protection offer te par le circuit disjoncteur (8). 6 - Dispositif suivant la revendication 4 , caractérisé en ce que. le transistor T3 n'a que la fonction de détection de seuil , la fonciion mémoire étant assurée par un thyristor à la place de T5 , ce thyristor bloquant s'il y a court-circuit , le transistor pilote T2 7 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que les semi-conducteurs T3 et /ou T4 peuvent être prépolarisés respectivement par le circuit D3 , R3 , R4 , R5 et D3, R3, , R4, , R5, , pour artificiellement réduire leur propre tension de barrière , prépolarisation qui permet leur entrée en action par une tension de seuil produite aux bornes de R1 / R2 proportionnellement réduite.