Brevet FR2465894A1 — publié le 19810327

L'invention se rapporte à la technique des sys- tèmes électroniques d'allumage, du type inductif, pour moteur à combustion interne. Elle concerne, plus précisé- ment, un dispositif électronique de commande du courant magnétisant. traversant l'enroulement primaire de la bobine d'allumage,compôrtant uncircuit de protection contre les surtensions rencontrées en service ou accidentelles. les systèmes d'allumage classiques font appel à un rupteur électromécanique dont on connaît les principaux inconvénients: érosion électrique rapide des contacts sous forte charge, facteur de fermeture constant et limité par la vitesse d'ouverture mécanique des contacts, phéno- mènes de rebondissement liés aux caractéristiques de réso- nance mécanique des lames élastiques. Dans le but de remédier aux inconvénients précités du rupteur électromécanique, il est maintenant d'usage cou- rant de substituer à celui-ci un dispositif électronique de commande qui ne présente pas les inconvénients inhérents aux dispositifs électromécaniques. Dans le cas d'un disposi- tif électronique mettant en oeuvre un transistor de commu- tation, l'enroulement primaire de la bobine d'allumage est disposé en série avec le collecteur du transistor et la commande du courant magnétisant s'effectue en portant al- ternativement le transistor de l'état de saturation à l'état de blocage. La commande de ce transistor de commu- tation de puissance s'opère généralement à partir d'un capteur électronique, les moyens d'avance automatique à l'allumage pouvant être du type mécanique ou du type élec- tronique. les avantages procurés par l'utilisation d'un tran- sistor de commutation ne doivent pas faire perdre de vue les limitations d'utilisation résultant des caractéristi- ques des jonctions dans les semiconducteurs, notamment la tension directe de claquage du collecteur. Lorsque le tran- sistor se bloque, la surtension qui apparaît aux bornes de l'enroulement primaire dépendcertesde la valeur du con- densateur d'accord disposé aux bornes du transistor mais aussi directement de l'impédance de charge de l'enroule- ment secondaire: résistances d'étincelle et d'encrasse- ment de la bougie d'allumage ou encore de la résistance en circuit ouvert résultant du débranchement occasionnel ou accidentel d'une ou des bougies d'ignition. Dans le but d'assurer la sécurité de fonctionnement du transistor de commutation, il est nécessaire de limiter la tension aux bornes de ce transistor à une valeur maxi- male spécifiée pour le type de transistor utilisé et de prévoir, à cet effet, un moyen de protection efficace contre les surtensions, compte tenu de la rapidité de montée de la surtension (10 à 204s et des tensions de crête mises en jeu (350 à 500 volts). le moyen de protection, universellement utilisé, est constitué essentiellement par une-diode Zener connectée entre le collecteur du tran- sistor et l'entrée de commande de ce transistor, la ten- sion de coude de cette diode Zener étant inférieure à la tension de claquage du transistor. la grandeur du signal aux bornes de l'enroulement secondaire de la bobine d'allu- mage doit pouvoir atteindre, en service normal, une valeur de l'ordre de 50 kV. Compte tenu du rapport de transforma- tion de la bobine, de l'ordre de 60 à 100, la grandeur du signal aux bornes de l'enroulement primaire, c'est-à-dire sur le collecteur du transistor est de l'ordre de 300 à 500 V. la tension de coude de la diode Zener de protection doit être comprise entre cette valeur de 300 à 500 V. et la tension de claquage du transistor. En fait, dans la pratique, cette diode Zener de protection doit être cons- tituée par deux diodes Zener dont la tension de coude se situe dans la gamme des 200 V. Ce moyen de protection par diode Zener présente divers inconvénients: les technologies actuelles ne per- mettent pas d'intégrer de telles diodes Zener au transis- tor de commutation, le coefficient de température de ces diodes varie en sens inverse de celui du transistor, la tension de coude des diodes Zener de la classe des 200 V et plus est largement dispersée. Il résulte des inconvé- nients ci-dessus: une dispersion dans les caractéristiques électriques des dispositifs de commande et une marge de protection réduite. C'est le but de l'invention de remédier aux incon- vénients des dispositifs,de l'art antérieur, protégés par des diodes Zener, un autre but de l'invention est d'inté- grer le moyen de protection au transistor de commutation. L'objet de l'invention est un dispositif de comman- de du courant magnétisant traversant l'enroulement primaire de la bobine d'allumage, ce dispositif comprend un transis- tor de commutation dont le collecteur est relié à l'enrou- lement primaire et la base reçoit un signal de commande à deus étatssynchrone de la rotation du moteur et un moyen de protection constitué par un comparateur de niveau, la première entrée duquel est reliée, à travers un réseau diviseur, au collecteur de ce traisistor et la seconde entrée à une source de tension continue fixe, un amplifi- cateur d'erreur connecté à la sortie de ce comparateur, un circuit de sommation relié à l'entrée de commande du transistor, ce circuit de sommation recevant, d'autre part, le signal de commande à deux états. Par transistor de commutation, il faut entendre, soit un transistor unique, ou plus généralement une combi- naison de plusieurs transistors. L'enroulement secondaire de la bobine d'allumage peut etre du type à sortie unique ou du type à sorties symétriques, sans modifier en rien le fonctionnement du dispositif. D'autres caractéristiques de l'invention apparaî- tront dans la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés. Sur ces dessins: - la figure 1 représente, sous la forme-d'un bloc diagramme, un dispositif de commande selon l'invention, - la figure 2 représente, sous la forme d'un bloc diagramme, un mode-de réalisation d'un dispositif de com- mande de la figure 1. lia figure I représente, sous la forme d'un bloc diagramme, un dispositif de commande, selon l'invention, qui comprend les éléments suivants: - un transistor de commutation 1, réalisé sous la forme d'un montage de Darlington, par exemple,est placé en série avec l'enroulement primaire 2a, d'une bobine d'allumage 2, l'enroulement secondaire 2b de cette bobine étant relié aux bougies d'ignition du moteur, la diode D: est un élément de protection du transistor contre les tensions inverses et l'élément O P la capa- cité shunt du montage, - un comparateur de niveau 3, la première entrée duquel est reliée au point de jonction du transistor 1 et l'enroulement primaire 2a de la bobine d'allumage et la seconde entrée est reliée à une source de tension continue de référence VR, de l'ordre de quelques volts, - un amplificateur d'erreur 4, relié à la sortie du com- parateur précédent, - un circuit de sommation 5, la première entrée duquel est reliée à la sortie de l'amplificateur précédent et la seconde entrée reçoit un signal de commande E. à deux états, synchrone de la rotation du moteur, ce circuit peut être un simple réseau résistif. Le fonctionnement de ce dispositif de commande est le suivant: lorsque le signal de commande E. est au niveau haut, le transistor 1 est à l'état saturé et un courant I c fourni par la source d'énergie électrique VB, traverse la bobine d'allumage 2, lorsque le signal E. bascule au niveau i -2465894 bas, le transistor 1 passe à l'état bloqué; dès cet ins- tant, la tension Va aux bornes de la capacité Op monte brusquement. Cette tension Va est comparée à la tension de référence VR, après mise à l'échelle, par un facteur k, à l'aide d'un réseau diviseur non représenté sur la figure 1; si la condition kV supérieureà VR se produit, un courant est injecté dans la base du transistor 1 qui devient conducteur et maintient l'accroissement de la tension V en deçà de la tension de claquage de ce transis- c tor. Le fonctionnement du dispositif est identique lorsque les bougies d'ignition sont déconnectées. La figure 2 représente, sous la forme d'un bloc diagramme, un mode de réalisation d'un dispositif de com- mande, selon l'invention. les éléments 1, 2 et 5 sont iden- tiques à ceux de la figure 1, le comparateur de niveau 3 et l'amplificateur 4 sont combinés sous la forme d'un amplifica- teur différentiel 6, le réseau diviseur est constitué par les résistances R et R2 et la tension de référence V est fournie par une diode Zener Z1 connectée à la source élec- trique VB par une résistance R3. Le fonctionnement du dis- positif de la figure 2 reste identique à celui de la figure 1. les technologies de fabrication actuelles des cir- cuits intégrés permettent d'intégrer au transistor de commutation les éléments qui constituent ce moyen de pro- tection. On voit maintenant plus clairement les avantages que présente un dispositif de commande selon l'invention, notamment tous les éléments constituant le dispositif peu- vent être intégrés sur un substrat semiconducteur, la valeur de la surtension maximale peut être réglée aisément en ajustant la valeur du coefficient k de division, la fia- bilité électrique est accrue et le coût du dispositif est sensiblement réduit. Certaines modifications peuvent être apportées au dispositif décrit sans sortir du cadre de l'invention; par exemple, la tension de référence VR peut être obtenue directement à partir d'une source de tension continue sta- bilisée et d'un diviseur résistif. D'une manière générale, l'invention trouve des applications dans les dispositifs de commande, mettant en oeuvre des transistors de commutation opérant sur une charge selfique, ou un transformateur dont l'impédance de charge est susceptible de varier. D'une manière plus'spé- cifique, l'invention trouve son application dans l'indus- trie automobile. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Dispositif de commande d'une bobine d'allumage pour moteur à combustion interne, comprenant notamment: un transistor de commutation dont le collecteur est connecté à l'enroulement primaire de la bobine et dont la base reçoit un signal de commande, caractérisé en ce qu'il comprend, reliés en série:un comparateur de réseau, la première entrée duquel est reliée,à travers un réseau diviseur, au collecteur du transistor de commutation et la seconde en- trée à une source de tension continue fixe, un amplifica- teur d'erreur, un circuit de sommation qui reçoit, d'autre part, le signal de commande. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le comparateur de niveau et l'amplificateur d'erreur sont constitués par un amplificateur différentiel dont la première entrée est reliée, à travers un réseau diviseur, au collecteur du transistor de commutation et la seconde entrée est connectée à une source de tension continue fixe. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, carac- térisé en ce que le réseau diviseur est du type résistif. 4. Dispositif selon les revendications 1 et 2, carac- térisé en ce que la source de tension continue fixe est fournie par la tension de coude d'une diode Zener basse tension. 5. Dispositif selon-les revendications 1 à 4, carac- térisé en ce que les éléments constituant ce dispositif sont fabriqués selon une technologie d'intégration. 6. Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un système d'allumage comprenant un dis- positif de commande de la bobine selon l'une des revendi- cations 1 à 5.