Brevet FR2497014A1 — publié le 19820625

La présente invention concerne un montage de protection d'un circuit de commande de puissance contre les courts-circuits et les surcharges, dans lequel un premier opérateur ET, un amplificateur de puissance, un limiteur de courant et un détecteur de courant sont branchés en série entre l'entrée et la sortie, le détecteur de courant est relié a un interrupteur à seuil, et un signal délivré par le détecteur de courant dans le cas d'un court-circuit ou d'une sur- charge est appliqué avec un retard a l'établissement a l'entrée inver- seuse du premier opérateur ET et bloque ce dernier jusqu'à la fin d'un retard à la coupure. La demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne DOS pu- bliée sous le n0 26 40 337 décrit un tel montage. Le retard a l'établissement et le retard a la coupure sont produits dans ce cas par un dispositif de retard ajustable. Un inconvénient de ce montage connu réside dans le fait que des impulsions parasites, transmises par le détecteur de courant et l'interrupteur à seuil, risquent d'in- fluencer la protection contre les courts-circuits et les surcharges, c'est-à-dire de provoquer la coupure de la sortie dans le cas le plus défavorable. L'invention a pour objet un montage de protection d'un circuit de commutation de puissance contre les courts-circuits et les sur- charges, permettant une production des retards a l'établissement et à la coupure, ainsi qu'une suppression des impulsions parasites d'une façon aussi simple et universelle que possible. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, un circuit numérique de retard a l'établissement, constitué par un second opéra- teur ET avec un premier compteur en aval, est prévu pour la production du retard à l'établissement, une première entrée du second opérateur ET étant reliée à l'interrupteur à seuil, une seconde entrée a un oscillateur et une troisième entrée inverseuse à la sortie du premier compteur, la sortie du second opérateur ET à l'entrée d'horloge du premier compteur et la sortie du premier compteur à l'entrée inver- seuse du premier opérateur ET; et un second compteur est prévu pour la production du retard à la coupure, dont l'entrée est reliée a l'oscillateur et la sortie à l'entrée de remise à zéro du premier compteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, une borne d'entrée permet de connecter un condensateur à l'oscillateur. Selon une autre caractéristique de l'invention, un opérateur OU est prévu, dont l'entrée est reliée à la sortie de l'interrupteur à seuil et à la sortie du premier compteur, et dont la sortie est reliée à une borne de sortie de signal d'alarme. Une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'in- vention comprend une mémoire d'alarme, dont l'entrée de remise à un 1c dominante est reliée à la sortie du premier compteur, dont la seconde iàtrée est reliée à la sortie d'un opérateur NI et dont la sortie est reliée à une borne de sortie de signal d'alarme, l'entrée de l'opéra- teur NI étant reliée à la sortie de l'interrupteur à seuil et à l'oscillateur. Les avantages de l'invention résident en particulier dans la possibilité d'exploiter un nombre quelconque de fonctions du dispositif de protection contre les courts-circuits et les surcharges à l'aide d'un seul condensateur. Le retard à l'établissement et à la coupure par cadencement en cas de court-circuit ou de surcharge, ainsi que la la suppression de l'influence d'impulsions parasites sur le dispositif de protection contre les courts-circuits sont obtenus avec un seul condensateur. Des économies notables sont ainsi réalisées sur les coûts et l'encombrement des condensateurs, et le nombre des broches du circuit de commutation est en outre réduit, ce qui permet de loger dans un boîtier donné un nombre plus élevé d'unités fonctionnelles (= dispositif de protection contre les courts-circuits et les surchar- ges). Plusieurs dispositifs de protection Peuvent avantageusement être branchés en parallèle pour la délivrance de puissances plus élevées. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que l'étage de commutation délivre un signal d'alarme en cas de surcharge ou de court- circuit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'exem- ples de réalisation et des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente un montage de protection d'un circuit de commu- 24970 1 4 tation de puissance contre les courts-circuits et les surcharges; - la figure 2 représente un montage étendu avec une mémoire d'alarme; et la figure 3 représente un montage étendu pour augmenter la puissance de sortie et l'immunité. La figure 1 représente un montage de protection d'un circuit de commutation de puissance contre les courts-circuits et les sur- charges. Une borne d'entrée 1 est reliée à l'entrée a d'un opérateur ET 2.La sortie de ce dernier est reliée à un amplificateur de puis- sance 3, dont la sortie est reliée à l'entrée a d'un limiteur de courant 4, dont la sortie b est reliée à l'entrée a d'un détecteur de courant 5. L'entrée a d'un interrupteur à seuil 6 est reliée à la sortie c du détecteur de courant 5. Une borne de sortie 7 est reliée à la sortie b du détecteur de courant 5. Une résistance de charge 8 est branchée entre la borne de sortie 7 et la masse. La sortie b de l'interrupteur à seuil 6 est reliée à l'entrée b d'un opérateur ET 9.La sortie de ce dernier est reliée à 1 Entrée d'horloge a d'un compteur 10. La sortie b du compteur 10 est reliée à l'entrée b de l'opérateur ET 2, à l'entrée a de l'opérateur ET 9 et à une entrée d'un opérateur OU 11. La seconde entrée de l'opérateur OU 11 est reliée à la sortie de l'interrupteur à seuil 6. La sortie de l'opérateur OU Il est reliée à une borne de sortie de signal d'alarme 12. Un oscillateur 14 attaque l'entrée dynamique a d'un compteur 13, dont la sortie b est reliée à l'entrée c de remise à zéro du compteur 10. L'oscillateur 14 commande en outre l'entrée c de l'opérateur ET 9 et sa sortie est reliée à une borne d'entrée d'oscillateur 15. Un con- densateur 16 est branché entre la borne d'entrée 15 et la masse. La figure-2 représente un montage étendu avec une mémoire d'alarme. A l'exception de l'opérateur OU 11, le montage selon figure 2 présente les mêmes composants et les mêmes connexions que le montage selon figure 1. Il comprend en outre une mémoire d'alarme 17 et un opérateur NI 18, qui sont branchés comme suit. L'entrée a de la mémoire d'alarme 17 est reliée à la sortie b du compteur 10 et son entrée b est reliée à la sortie de l'opérateur NI 18. La sortie de la mémoire d'alarme 17 est reliée à la borne de sortie de signal d'alarme 12. L'entrée a de l'opérateur NI 18 est reliée à la sortie de l'interrupteur à seuil 6. L'entrée b de l'opérateur Ni 18 est reliée à la sortie de l'oscillateur 14. Le fonctionnement du montage de protection d'un circuit de commutation de puissance contre les courts-circuits et les surcharges est décrit cidessous. Lorsqu'un signal 1 est appliqué à la borne d'entrée 1, un signal 1 apparaît sur la borne de sortie 7 pour alimen- tation de la résistance de charge 8 en fonctionnement normal (c'est- à-dire qu'un signal 0 est appliqué à la borne b de l'opérateur ET 2). Le détecteur 5 mesure un courant plus intense dans le cas d'une sur- charge ou d'un court-circuit sur la borne de sortie 7. Lorsque l'in- tensité qui lui est transmise dépasse un seuil prédéterminé, l'inter- rupteur à seuil 6 connecte un signal 1 à l'entrée de l'opérateur ET 9. Lorsque l'interrupteur à seuil 6 est activé, le dispositif de retard à l'établissement 9/10, constitué par l'opérateur ET 9 et le compteur 10, est branché et l'opérateur OU il délivre simultanément un signal d'alarme à la borne de sortie 12. Le dispositif numérique de retard à l'établissement 9/10 reçoit sur l'entrée c de l'opérateur ET 9 sa fréquence d'horloge de l'oscillateur 14, dont le composant déterminant la fréquence est le condensateur 16. Le dispositif numé- rique de retard à l'établissement 9/10 demeure branché pendant la durée d'un retard à l'établissement t. Au bout du temps t1, un signal 1 apparaît sur sa sortie b et bloque son entrée d'horloge a par l'entrée inverseuse a de l'opérateur ET 9, est délivré par l'opérateur OU il à la borne de sortie 12 sous forme de signal d'alarme, et est en outre transmis à l'entrée inverseuse b de l'opérateur ET 2. La valeur de sortie de l'opérateur ET 2 est ainsi commutée du signal 1 au signal 0 et un signal 0 est transmis à la borne de sortie 7, c'est-à-dire que la résistance de charge 8 est déconnectée. Le retard à l'établissement t1 assure, en cas d'emploi d'une lampe comme résistance de charge 8 par exemple, que le courant d'établissement, bref et intense (par suite de la faible résistance de charge initiale}, ne produit pas immédiatement la coupure de la borne de sortie 7. Le courant est limité par le limiteur 4 pendant le retard à l'établisse- ment t1. A la fin d'un retard à la coupure t2 produit par le compteur 13, une impulsion est transmise de la sortie b du compteur 13 à l'entrée c de remise à zéro du compteur 10, qui est ainsi remis à zéro, c'est-â- dire qu'un signal 0 remplace le signal 1 à la sortie b du compteur 10. Ce signal 0 est également transmis à l'entrée inverseuse b de l'opé- rateur ET 2 et la borne de sortie 7 présente par suite de nouveau un signal 1. Le signal d'alarme s'annule en outre sur la borne 12. Le compteur 13 produisant le retard à la coupure t2 reçoit sa fréquence d'horloge de l'oscillateur 14. Dans le cas d'une surcharge ou d'un court-circuit durable sur la borne de sortie 7, la résistance de charge 8 est périodiquement coupée, après le retard à l'établissement ti, puis rebranchée après le retard à la coupure t2, de la façon précédemment décrite, de sorte que le signal sur la borne de sortie 7 est modulé avec une durée d'impulsion égale au retard à l'établissement t et une durée de repos égale au retard à la coupure t2, c'est-à-dire que des essais pério- diques de branchement sont effectués. La durée d'impulsion de bran- chement et la durée d'impulsion de coupure dépendent de la capacité du condensateur 16 et présentent un rapport constant. Dans le cas d'une surcharge ou d'un court-circuit sur la borne de sortie 7, le limiteur 4 limite le courant de sortie pendant la durée d'impulsion. Pendant le cadencement, et en présence du signal 1 délivré par l'interrupteur à seuil 6 et du signal 1 sur la sortie b du compteur 10, l'opérateur OU délivre un signal 1 sous forme de signal d'alarme à la borne 12. Le fonctionnement du montage selon figure 2 diffère de celui du montage selon figure 1 en ce que des signaux parasites apparais- sant sur la borne de sortie 7 ne peuvent pas atteindre la borne de sortie de signal d'alarme 12, car la mémoire d'alarme 17 supprime les signaux parasites avec commande par le dispositif numérique de retard à l'établissement 9/10. La mémoire d'alarme 17 à remise à un dominante est renise à un par un signal 1 délivré à son entrée a par la sortie b du compteur 10, et délivre alors un signal d'alarme à la borne 12. La mémoire d'alarme 17 est effacée quand et uniquement quand un signal 0 apparait sur la sortie b du compteur 10 et sur les entrées a et b de l'opéra- teur NI 18. Un signal 0 est appliqué dans ce cas à la borne de sortie 12. La combinaison NI (composant 18) du signal de sortie de l'in- terrupteur à seuil 6 et du signal de sortie de l'oscillateur 14 interdit pendant le cadencement du signal de sortie sur la borne 7 en cas de surcharge, une remise à zéro de la mémoire d'alarme 17 par suite des temps de propagation dans l'opérateur ET 2, l'amplifica- 1 teur de puissance 3, le limiteur de courant 4, le détecteur de cou- rant 5 et l'interrupteur à seuil 6. Cela présuppose la simultanéité de l'impulsion d'oscillateur sur l'entrée b de l'opérateur NI 18 et de l'impulsion de remise à zéro sur la sortie b du compteur 13 (en particulier, les flancs 0-1 de l'impulsion d'oscillateur et de l'im- pulsion de remise à zéro doivent passer simultanément de 0 à 1). Il est possible de relier plusieurs montages précédemment décrits en parallèle à la borne de sortie 7 quand une puissance plus élevee est souhaitée sur cette dernière. La figure 3 représente un montage étendu pour augmentation de la puissance de sortie et de l'immunité. Le montage selon figure 3 présente les mêmes composants et les mêmes connexions que le montage selon figure 2, et comporte en outre un opérateur OU 19, un opérateur ET 20, un élément de référence 21 et une borne de tension de référence 22. Les composanrts supplémentaires 19, 20, 21 et 22 sont branchés comme suit. Les entrées a et b de l'opérateur OU 19 sont respectivement reliées à la sortie de l'opérateur ET 9 et à la sortie de l'opéra- teur ET 20. La sortie de l'opérateur OU 19 est reliée à l'entrée a du compteur 10. L'entrée inverseuse a de l'opérateur ET 20 est reliée à la sortie b du compteur 10, tandis que l'entrée inverseuse b de 1'opérateur ET 20 est reliée à la sortie b de l'interrupteur à seuil 6. Les autres entrées c et d de l'opérateur ET 20 sont respective- ment reliées à la sortie de l'oscillateur 14 et à une sortie e du compteur 10. La sortie b de l'interrupteur à seuil 6 est en outre reliée à l'entrée d du compteur 10. 24970 1 4 L'entrée a de l'élément,de référence 21 est reliée à la borne 22 de tension de référence. Les sorties b et c de l'élément de réfé- rence 21 sont respectivement reliées à l'entrée d du limiteur de courant 4 et à l'entrée c de l'interrupteur à seuil 6. Une autre entrée c. du limiteur de courant 4 est reliée à la sortie d du détec- teur de courant 5. L'insertion des composants 19 et 20 augmente l'immunité, en particulier dans le cas d'un faible nombre d'étages du compteur 10. Ce dernier est un compteur bidirectionnel, qu'un signal 1 sur son entrée d commute sur comptage et un signal 0 commute sur décomptage, et dont la sortie e délivre un signal 1 pour un contenu > 0 et un signal 0 pour un contenu = 0. Le compteur 10 fonctionne en comptage quand un signal 1 est appliqué à la sortie b de l'interrupteur à seuil 6, et jusqu'à ce qu'un signal 1 apparaisse sur la sortie b du compteur 10, la borne de sortie 7 étant alors coupée par l'entrée b de l'opérateur ET 2; le signal 1 sur la sortie b du compteur 10 bloque en outre le comptage par l'entrée a de l'opérateur ET 9 et le décomptage par l'entrée a de l'opérateur ET 20. Lorsqu'un signal 0 remplace le signal 1 sur la sortie b de l'interrupteur à seuil 6 avant la fin du temps de retard, le compteur 10 est commuté sur décomptage par son entrée d et l'opé- rateur ET 20 est autorisé par son entrée b, de sorte que le compteur décompte jusqu'à ce que son contenu s'annule et qu'un signal 0 apparaisse à la sortie e du compteur 10, la poursuite du décomptage étant alors bloquée par l'entrée d de l'opérateur ET 20. Une réalisation avantageuse pour l'augmentation de la puissance de sortie est obtenue quand l'entrée c du limiteur de courant 4 est commandée par la sortie d du détecteur de courant 5 de façon que ce détecteur 5 forme avec le limiteur 4 une boucle de régulation pour la limitation du courant; une autre forme de réalisation avantageuse est obtenue quand l'entrée d du limiteur de courant 4 et l'entrée c de l'interrupteur à seuil 6 sont commandées par l'élément de référence 21 de façon que l'interrupteur à seuil 6 réagisse d'abord et que le limiteur 4 limite le courant dans le cas d'un courant de sortie légè- rement supérieur sur la borne de sortie 7. La faible différence entre le courant de coupure de l'interrupteur à seuil 6 et le courant du limiteur 4 assure une meilleure compensation de la charge de l'étage de commutation. Une autre forme de réalisation avantageuse du montage selon l'invention est obtenue quand la tension de référence produite par l'élément de référence 21 (et présentant en général de grandes tolé- rances dans un circuit intégré) est recouverte par une tension de référence variable à faibles tolérances, appliquée à une borne exté- rieure 22, permettant ainsi de réduire la dissipation d'un étage de commutation intégré à un minimum et de porter la puissance de sortie sur la borne 7 à un maximum; cette forme de réalisation avantageuse permet en outre d'obtenir une dissipation minimale des étages d'extension raccordés extérieurement à la borne de sortie 7 pour obte- nir des intensités supérieures. Le montage décrit est avantageusement réalisé sous forme d'un circuit intégré monolithique en technologie haute tension linéaire. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. 24970 1 4 Revendications 1. Montage de protection d'un circuit de commutation de puissance contre les courts-circuits et les surcharges, dans lequel un premier opérateur ET, un amplificateur de puissance, un limiteur de courant S et un détecteur de courant sont branchés en série entre l'entrée et la sortie, le détecteur de courant est relié à un interrupteur a seuil, et un signal délivré par le détecteur de courant est, dans le cas d'un court-circuit ou d'une surcharge, appliqué avec un retard à l'établissement à l'entrée inverseuse du premier opérateur ET et bloque ce dernier jusqu'à la fin d'un retard à la coupure, ledit montage étant caractérisé en ce qu'un circuit numérique de retard à l'établissement, constitué par un second opérateur ET (9) avec un premier compteur (10) en aval, est prévu pour la production du retard à l'établissement (t1), une première entrée (b) du second opérateur ET (9) étant reliée à l'interrupteur à seuil (6), une seconde entrée (c) à un oscillateur (14) et une troisième entrée inverseuse (a) à la sortie (b) du premier compteur (10), la sortie du second opérateur ET 9 à l'entrée d'horloge (a) du premier compteur (10) et la sortie (b) du premier compteur (10) à l'entrée inver- seuse (b) du premier opérateur ET (2); et un second compteur (13) est prévu pour la production du retard à la coupure (t2), dont l'entrée est reliée à l'oscillateur (14) et la sortie à l'entrée de remise à zéro (c) du premier compteur (10). 2. Montage selon revendication 1, caractérisé en ce qu'une borne d'entrée (15) permet de connecter un condensateur (16) à l'oscilla- teur (14). 3. Montage selon une des revendications 1 et 2, caractérisé par un premier opérateur OU (11), dont l'entrée est reliée à la sortie de l'interrupteur à seuil (6) et à la sortie (b) du premier compteur (10), et dont la sortie est reliée à une borne de sortie de signal d'alarme (12). 4. Montage selon une quelconque des revendications 1 à 3, carac- térisé par une mémoire d'alarme 17), dont l'entrée de remise à un dominante (a) est reliée à la sortie (b) du premier compteur (10), dont la seconde entrée (b) est reliée à la sortie d'un opérateur NI (18) et dont la sortie est reliée à une borne de sortie de signal d'alarme (12), l'entrée de l'opérateur NI (18) étant reliée à la sortie de-l'interrupteur à seuil (6) et à l'oscillateur (14). 5. Montage selon une quelconque des revendications 1 à 4. carac- térisé en ce qu'un second opérateur OU (19)' est branché entre le second opérateur ET (9) et le premier compteur (10), sa seconde entrée étant reliée à la sortie d'un troisième opérateur ET (20), dont les entrées inverseuses (a, b) sont respectivement reliées à la sortie (b) du premier compteur (10) et à la sortie (b) de l'in- terrupteur à seuil (6), et les autres entrées (c, d) du troisième opérateur ET (20) étant reliées respectivement à l'oscillateur (14) et à une autre sortie (e) du premier compteur (10); et une autre entrée (d) du premier compteur (10) est reliée à la sortie (b) de l'interrupteur à seuil (6). 6. Montage selon une quelconque des revendications 1 à 5, carac- térisé en ce qu'un élément de référence (21) est prévu, dont l'entrée est reliée à une borne (22) de tension de référence et dont la sortie est reliée d'une part au limiteur de courant (4) et d'autre part à l'interrupteur à seuil (6); et une autre entrée (c) du limiteur de courant (4) est reliée à une sortie (d) du détecteur de courant (5).