Brevet FR2378255A1 — publié le 19780818

La présente invention concerne les circuits de mise à feu d'étoupilles, c'est-à-dire d'amorces électriques utilisées comme élément initial d'allumage dans une channe pyro technique. Les étoupilles sont généralement constituées d'un filament résistif auquel on applique une tension ou un courant suffisants pour provoquer son échauffement très rapide et par suite l'allumage et la détonation d'une charge explosive. Après la mise à feu qui se produit dans les millisecondes qui suivent la mise sous tension de l'étoupille, celle-ci fond et, de circuit rFistif elle se transforme soit en circuit ouvert soit en court-circuit. Dans ce dernier cas (court-circuit après mise à feu), le circuit de commande de la mise à feu risque d'étire endommagé par le courant élevé qui le traverse et il est nécessaire de prévoir, en série avec le circuit d'alimentation en courant de l'étoupille, des résistances de limitation de courant. Ces résistances doivent autre faibles devant la résistance nominale de l'étoupille, pour ne pas réduire trop le courant qui traverse celle-ci. Par conséquent, en cas de court-circuit après mise à feu, elles consommeront une puissance élevée, ce qui est néfaste. I1 est souhaitable de supprimer cet inconvénient qui apparat dans les circuits d'allumage connus, lesquels fonctionnent généralement au moyen de relais électromagnétiques dont la fermeture applique une tension à l'étoupille pendant une durée non négligeable. La présente invention vise à supprimer cette dissipation de puissance élevée et à réduire le temps de réponse de l'allumage. A cet effet, on propose un circuit électronique de commande qui comprend : - un premier transistor dont le collecteur est en série avec une étoupille, - un deuxième et un troisième transistors en série tous deux dans un circuit de polarisation de la base du premier transistor, - une capacité pour relier une entrée de commande du circuit à une électrode de commande du deuxième transistor et une liaison résistive entre cette entrée de commande et une électrode de commande du troisième transistor, et - un circuit de polarisation du second transistor, commandé par le collecteur du premier transistor pour maintenir le second transistor conducteur tant qu'une tension est présente aux bornes de l'étoupille reliée à ce collecteur. Une résistance est en série dans le circuit émetteurcollecteur du premier transistor. Le circuit de maintien de la polarisation dans l'état conducteur du second transistor comprend de préférence une diode Zener connectée entre le collecteur du premier transistor et des résistances reliant la diode Zener à la masse, l'électro- de de commande du second transistor étant connectée à ces résistances. Les deuxième et troisième transistors sont de préférence des transistors à effet de champ du type Metal-Oxyde Semiconducteur (MOUSSE2), car ils se comportent comme des résistances pures, de valeur finie ou infinie et ne laissent pas passer d'impulsions de courant parasites. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence au dessin annexé qui représente le schéma électrique du circuit de l'invention. Le circuit de commande de la mise à feu d'une étoupille est représenté à la figure unique. I1 est alimenté par une tension continue qui dans cet exemple est égale à 27 volts ; la borne négative est connectée entre la borne de sortie 12 et la masse. Les éléments essentiels du circuit sont les suivants Un transistor Qt, qui est ici un montage larlington PNP, est monté en limiteur de courant entre la borne positive de l'alimentation et la borne de sortie 12. A cet effet, il comprend une résistance RI connectée entre son émetteur et la borne positive de ltalimentation. Cette résistance est de faible valeur de sorte que le courant maximum dans le transis tor a une valeur relativement élevée.La base du transistor Q1 est polarisée de manière à pouvoir soit bloquer le transistor en portant sa base au potentiel positif de l'alimentation, soit à le rendre conducteur en portant sa base à un potentiel qui dans l'exemple présent est déterminé par la chute de tension dans plusieurs diodes il, D2, D3, D4 connectées entre la borne positive de l'alimentation et la base du transistor QI. Si ces diodes sont bloquées, le transistor & Q1 l'est également. Si ces diodes sont passantes, le transistor Qi est conducteur et fonctionne en limiteur de courant. Pour commander le transistor Q1, on prévoit donc la possibilité de commander à volonté la polarisation des diodes D1 à D4. Ces diodes en série sont connectées à la masse par l'iI > termédiaire d'une résistance R4 en série avec deux transistors Q2 et Q3. Si l'un des transistors Q2 et Q3 est bloqué, les diodes D1 à D4 ne sont pas polarisées et le transistor Qi est également bloqué. Si au contraire les deux transistors Q2 et Q3 sont en mEme temps passants, les diodes D1 à D4 sont poiarisées en direct et le transistor Q1 est passant. Afin de commander la mise à feu de l'étoupille, on s'arrangera donc pour commander en méme temps les deux transistors Q2 et Q3 pour les mettre en l'état passant. Mais par ailleurs, on s'arrangera également pour que l'un de ces deux transistors, en l'occurence Q2 redevienne bloqué si jamais l'étoupille se met en court-circuit après la mise à feu, ce que l'on remarquera par-le fait que la tension à ses bornes diminue fortement par rapport à la tension nominale qui lui est appliquée pendant la mise à feu, On prévoit donc de commander les deux transistors Q2' et Q3 par un signal appliqué à la borne d'entrée 10 du circuit, mais d'une manière telle que si le transistor Q3 est rendu conducteur pendant tout le temps que le signal de commande est appliqué à l'entrée, par contre le transistor Q2 n'est rendu conducteur par ce signal de commande que lors de la transition par laquelle le signal de commande passe de son état inactif à son état actif, le transistor Q2 étant ensuite maintenu conducteur par un circuit de maintien qui lui est propre et qui est couplé à l'étoupille de manière à ne maintenir le transistor Q2 conducteur que tant que la tension aux bornes de l'étoupille est suffisante. Pour rendre le transistor Q3 conducteur aussi longtemps que le signal de commande est présent à l'entrée 10, on relie une électrode de commande 16 du transistor Q3 à l'entrée 10 par l'intermédiaire d'une résistance R6. Pour déclencher transitoirement la conduction du transistor Q2 à l'apparition du signal de commande, on relie l'entrée 10 du circuit à une électrode de commande 18 du transistor Q2 par l'intermédiaire d'une capacité CI de faible valeur. Pour maintenir ensuite le transistor Q2 conducteur tant qu'une tension suffisante existe aux bornes de l'étou- pille 14, on connecte également cette électrode de commande 18 au point milieu d'un pont de résistances R5, R9, par lequel on polarise l'électrode 18 de la manière suivante le groupe de deux résistances en série, R5, R9 est lui-même connecté à une borne d'une diode Zener Z1 dont 11 autre borne est reliée au point de jonction entre le transistor Q1 et l1étoupille 14. Ainsi, le circuit de maintien de la polarisation du transistor Q2 comprend la diode Zener Z1 et les résistances R5, R9. Il ne circule un courant dans la diode Z1 et les résistances R5 et R9 que si le transistor Q1 est conducteur et si la tension au collecteur du transistor QI est supérieure à la tension nominale de la diode Zener ZI. En l'absence de signal de commande à l'entrée 10 du circuit, le transistor QI est bloqué et le transistor Q2 l'est donc par conséquent également.Lors de l'apparition d'un signal de commande, les transistors Q2 et Q3 sont instantanément rendus conducteurs et par conséquent le transistor Q1 également, de telle manière qu'un courant se met à circuler dans la diode Zener Z1, la résistance R5 et la résistance R9, ce qui maintient l'électrode de commande 18 du transistor Q2 à un potentiel élevé et donc maintient ce transistor Q2 conducteur pendant la mise à feu de l'étoupille. Si à la fin de la mise à feu l'étoupille 14 en brûlant se met en circuit ouvert, cela n a pas d'importance car le courant consommé par le transistor Q1 s'écoule ensuite dans la diode Zener et les résistances R5 et R9 et on choisira pour ces dernières une valeur ohmique suffisante pour limiter le courant dans le transistor Q1. En effet, les résistances R5 et R9 n'ont pas besoin de laisser passer d'autre courant que celui nécessaire à la polarisation de la diode Zener Z1. Par conséquent, dans le cas où l'étoupille reste en circuit ouvert après la combustion, les transistors Q2, Q3 et Q1 restent conducteurs jusant à la disparition du signal de commande à l'entrée 10, mais les courants qui continuent à circuler dans l'ensemble du circuit sont suffisamment faibles pour qu'il n'y ait aucun risque d'endommagement du circuit. Si au contraire ltétoupille se met en court-circuit après la mise à feu, par suite de la fusion du matériau qui la constitue, un courant élevé se met à circuler dans le transistor Qi et ce courant n'est limité que par la résistance RI de faible valeur. Il y a risque d'endommagement du transistor Q1 et de la résistance RI. Nais, selon l'invention, le circuit gui sert à maintenir le transistor Q2 conducteur est monté de telle façon aux bornes de ltétoupille 14 qu'il cesse de maintenir le transistor Q2 conducteur dès que la tension aux bornes de l'étoupille 14 est descendue au-dessous d'une certaine valeur.Cette valeur est déterminée par la diode Zener Z1 car si la tension à ses bornes devient inférieure à sa tension nominale, le couranfeesse de circuler dans les résistances R5 et R9 et le transistor Q2 se bloque en bloquant également le transistor Q1. La tension aux bornes de l'étoupille peut baisser lorsque celle-ci se met en court-circuit grâce à la résistance démetteur R1 du transistor Q1. Le transistor Q1 se met à consommer une puissance importante (forte tension à ses bornes et courant constant déterminé par la résistance R1), mais cette consommation de puissance n'a lieu que pendant un très court instant, puisaue la très faible tension aux bornes de llétoupille en court-circuit entrain instantanément le blocage du transistor Q2 et donc du transistor Q1. La résistance R1 doit titre choisie faible devant la résistance de l'étoupille (qui peut entre très variable), pour ne pas limiter le courant de mise à feu de celle-ci, et forte devant la résistance en court-circuit de l'étoupille brillée (ou au moins du méme ordre de grandeur que celle-ci) pour que la mise en court-circuit de l'étoupille entraine bien la suppression de la polarisation de la diode Zener Z1. Un transistor Q4 est prévu par mesure de sécurité aux bornes de l'étoupille 14. Ce transistor est rendu complètement passant de manière à court-circuiter l'étoupille lorsque aucun signal de commande n'est appliqué à l'entrée 10, de manière à dériver dans ce transistor Q4 les courants de Suite éventuels qui pourraient passer à travers le transi sa tor Q1 bien que celui-ci soit bloqué.A cet effet une électrode de commande 20 du transistor Q4 est connectée par l'intermé- diaire d'une résistance R8 au point du jonction entre les transistors Q2 et Q3 en série, pour rendre passant le transistor Q4 lorsque le transistor Q3 est bloqué Une résistance R3 est prévue entre ce point de jonction des transistors Q2 et Q3 et la borne positive de l'alimentation de manière à fixer le potentiel de ce point de jonction à une valeur positive. Dès qu'un signal de commande est appliqué à l'entrée 10 et que le transistor Q3 est rendu conducteur, le transistor Q4 se bloque de manière à ne plus dériver de courant et à laisser passer le principal du courant dans l'étoupille 14. De préférence les transistors Q2, Q3 et Q4 sont des transistors à effet de champ du type Métal-Oxyde-Semiconducteur (NOSFET). Ce type de transistor est peu sensible aux parasites ce qui est important dans un système de commande logique tel que celui de l'invention.Les transistors à effet de champ de ce type se comportent par ailleurs comme des résistances pures, soit infinies lorsqu'ils sont bloqués, soit finies et constantes lorsqu'ils sont dans leur état conducteur, ce qui est particulièrement important pour les transistors Q2 et Q30 A titre d'exemple sont donnés ci-après des exemples de valeurs numériques les divers éléments du circuit, qui permet à ce dernier de fonctionner pour commander des étoupilles de résistance de 20 à 2000 Ohms, RI : 1 Ohm CI : 47 picofarads R2 : 3,3 Kilohms Z1 : SZX46C Sescosem R3 : 100 Eilohms 10 volts QI : 3,3 Kilohms Q1 : Darlington PNP MJ2501 R4 : 3,3 Kilohms Notorola R5 : 47 Kilohms Q2 R6 : 15 Kilohms Q3 R7 : 1 Mégohm Q4 R8 : 15 Kilohms VMP 2 Siliconix R9 : 47 Xilohms Le circuit de l'invention présente grâce à son système de disjonction automatique l'avantage d'éviter toute détérioration aussi bien du circuit lui-même que de sa source d'alimentation lorsque l'étoupille se met en court-circuit après la mise à feu. il peut entre utilisé dans d'autres applications où un court-circuit est à craindre dans un circuit de puissance. REVENi?ICkTT0NS 1. Circuit électronique de commande pour un circuit de mise à feu d'une étoupille, caractérisé par le fait qu'il comprend: - un premier transistor dont le collecteur est en série avec l'étoupille, - un deuxième et un troisième transistors, en série dans un circuit de polarisation de la base du premier transistor, - une entrée de commande du circuit pour recevoir un signal de commande-apte à commander la conduction du troisième transistor et à déclencher transitoirement la conduction du deuxième transistor, - un circuit de polarisation du second transistor, commandé par le collecteur du premier transistor pour maintenir le second transistor conducteur tant qu'une tension est presente aux bornes de l'étoupille reliée à ce collecteur. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit de maintien est constitué par un ensemble en série d'une diode Zener et de résistances de polarisation de cette diode, cet ensemble étant connecté aux bornes de l'étoupille, et par le fait qu'une électrode de commande du deuxième transistor est reliée aux résistances de polarisation de la diode Zener pour bloquer le deuxième transistor lorsque la tension aux bornes- de l'étoupille devient inférieure à la tension nominale de la diode Zener. 3. Circuit selon l'une -des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'entrée de commande du circuit est connectée à une électrode de commande du troisième transistor par une liaison résistive et à une électrode de commande du deuxième transistor par une liaison capacitive. 4. Circuit selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'une résistance est en série dans le circuit émetteur-collecteur du premier transistor pour faire chuter la tension du collecteur lorsque le courant dans le transistor augmente. 5. Circuit selon la revendic-ation 4, caractérisé par le fait que la résistance a une valeur faible devant la résistance normale de l'étoupille et une valeur au moins du méme ordre que la résistance de I'étoupille en court-circuit. 6. Circuit selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que le circuit de polarisation de la base du premier transistor est tel que le transistor fonctionne en limiteur de courant lorsque le transistor est polarisé dans son état conducteur. 7. Circuit selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'un quatrième transistor est connecté en parallèle sur l'étoupille et est commandé de façon inverse du troisième transistor pour maintenir à zéro la tension aux bornes de l'étoupille en l'absence de signal de commande à l'entrée du circuit. 8. Circuit selon- l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les transistors autres que le premier sont des transistors à effet de champ de type Métal Oxyde-Semiconducteur (MOSPET)