Brevet FR2515890A1 — publié le 19830506

DISPOSITIF DE PROTECTION DU TRANSISTOR DE COMMANDE D'UN MO TEUR ELECTRIQUE, ENSEMBLE CONSTITUE PAR UN TEL DISPOSITIF ET SON MOTEUR ASSOCIE ET UTILISATION DANS UN VEHICULE AUTOMOBILE. La présente invention a trait à un dispositif de protection du transistor de puissance, qui est couramment utilisé pour faire varier la tension d'alimentation d'un moteur électrique de petite puissance. Ce dispositif est tout particulièrement utilisable pour les moto-ventilateurs tels que les moto-ventilateurs de climatisation de véhicules automobiles, par exemple. On sait que, pour faire varier la vitesse de rotation d'un moteur électrique de petite puissance à courant continu, on peut utiliser un transistor de puissance disposé en série avec le moteur, la tension de base de ce transistor étant ré glee par l'utilisateur au moyen d'un potentiomètre. Dans un tel cas, on a constaté que si le moteur électrique restait bloqué au moment où l'on établit son alimentation, le transistor de puissance était fréquemment détérioré.En effet, lorsque le moteur est bloqué, par exemple par suite d'un givrage, le courant, qui le traverse quand on établit l'alimentation, est beaucoup plus élevé qu'en fonctionnement normal, car ce courant est égal à V/R, où V désigne la tension aux bornes et R la résistance du bobinage, alors qu'il est égal à (V-E)/R lorsque le moteur tourne, E représentant la force contreélectromotrice. Or, il arrive fréquemment que le moteur reste bloqué, par exemple lorsque l'on effectue le démarrage sous une faible tension (par exemple 2 à 3 volts) correspondant à une position du potentiomètre de réglage associé à une faible vitesse de rotation.Dans ce cas, le courant, qui traverse le transistor de puissance, est important ; le transistor s'échauffe par effet Joule et n'arrive pas à dissiper la puissance calorifique ; l'élévation exagérée de la température des onctions de transistor entraine alors sa destruction d'où la mise en panne du système auquel est associé le moteur. La présente invention a pour but de proposer un dispositif susceptible de protéger le transistor en détectant le blocage du moteur quelle que satt la tension aux bornes de celui ci. Selon l'invention, on définit un seuil de courant compris entre le courant de fonctionnement normal du moteur et celui qui traverse le moteur, lorsque le rotor est bloqué, et on compare le courant, qui traverse le moteur, au seuil susmentionné. Si le coursant traversant le moteur est inférieur audit seuil, il est clair que le rotor du moteur n'est pas bloqué et, par conséquent, le courant d'alimentation peut traverser sans inconvénient le transistor de puissance.Par contre, si le courant, qui traverse le moteur, est supérieur au seuil prédéfini, on met en court-circuit le transistor, de sorte que lton assure l'alimentation du moteur à la tension maximum fournie par la batterie du véhicule. Dans un tel cas, le couple exerçé sur le moteur est normalement suffisant pour assurer son déblocage, de sorte que le courant, qui traverse le moteur, redevient inférieur au seuil pré dé fini, ce qui supprime la mise en court-circuit du transistor de puissance. S'il advenait que le moteur reste bloqué malgré son alimenta- tion à pleine tension, la protection de l'ensemble serait néanmoins assurée au moyen d'un fusible disposé en série avec le moteur. La présente invention a,en conséquence, pour objet un dispositif de protection d'un transistor de puissance utilisé pour constituer le variateur de vitesse d'un moteur électrique, ledit transistor étant disposé en série sur l'alimentation du moteur et ayant sa tension de base réglée par l'utilisateur du moteur, caractérisé par le fait qu'un comparateur compare le courant I traversant le moteur à un seuil de courant 10 et que ledit comparateur commande la mise en courtcircuit du transistor, quand I est supérieur à TO. Dans un mode préféré de réalisation, le comparateur a ses bornes d'entrée alimentées par les tensions aux bornes de deux résistances fixes traversées respectivement par I et 1o le comparateur commande un relais qui, en court-circuitant le transistor, assure l'alimentation directe du moteur à sa tension maximum ; la borne positive du moteur est reliée par le transistor de puissance à la borne positive d'une batterie, qui fournit l'énergie au moteur, alors que sa borne négative est reliée à la masse (borne négative de la batterie) par une résistance-shunt et à la borne négative du comparateur, la borne positive dudit comparateur étant alimentée par le point central d'un pont diviseur branché entre la masse et le tran sistor de puissance, en parallèle par rapport au moteur et à sa résistance-shunt ; le relais assure par sa fermeture une liaison directe entre la borne positive de la batterie et la sortie du transistor de puissance ; le comparateur est réalisé au moyen d'un étage comportant une paire de transistors reliés par leur base et recevant sur leurs émetteurs les tensions à comparer et d'un deuxième étage comportant une paire de transistors reliés par leurs émetteurs, dont les bases sont connectées aux collecteurs des transistors du premier étage, ce deuxième étage commandant la base d'un transistor de sortie disposé en série sur 19alimentation du relais; la voie d'alimentation directe du moteur à sa tenson maxmum est équipée d'un fusible. I1 est bien clair, compte-tenu des indicatinns ci-dessus don nées, qu que est fonction de la tension d'alimentation du moteur et qu'ainsi la protection est réaBide quelle que soit cette tension. La présente invention a également pour objet un ensemble constitué par un moteur électrique à courant continu et à vitesse variable et par son circuit d'alimentation associé, ledit circuit comportant un transistor de puissance, caractérisé par le fait que ledit transistor comporte un dispositif de protection tel que ci-dessus défini. L'invention concerne également l'utilisation d'un ensemble tel que ci-dessus défini pour l'entraînement du ventilateur d'un climatiseur de véhicule automobile. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de protection selon l'invention - la figure 2 représente une réalisation du schéma de principe de la figure 1. En se référant à la figure 1, on voit que l'on a désigné par 1 un moteur électrique à courant continu, que l'on peut entraîner à vitesse variable au moyen d'un tran sistor de puissance 2, dont la tension de base est réglée par un potentiomètre 3 manoeuvré par l'utilisateur. Une résistance de polarisation-4 de la base a été disposée entre celle-ci et la masse. Le collecteur du transistor 2 est relié à la polarité positive de la batterie ; son émetteur est relié à la borne d'alimentation positive du moteur 1. La borne négative du moteur 1 (point B) est reliée à la masse au moyen d'une résistance-shunt 5. L'émetteur du transistor 2 est également relié à la masse par un pont diviseur comportant deux résistances en série 6 et 7 disposées de part et d'autre d'un point central A.Les points A et B susmentionnés sont reliés respectivement aux entrées positive et négative d'un comparateur 8, dont la sortie commande l'alimentation de la bobine 9 d'un relais ; le contact 10 du relais est susceptible d'établir une liaison directe entre la polarité positive de la batterie et la borne d'alimentation positive du moteur 1. La ligne d'alimentation, qui conduit à la polarité positive de la batterie, est équipée d'un fusible 11. On établit l'alimentation de l'ensemble au moyen d'un interrupteur 12. Le contact 10 du relais est initialement en position ouverte. Si au moment de la mise soustension, le moteur 1 n'est pas bloqué, le courant qui traverse le moteur 1 reste limité et, par conséquent, le potentiel au point B reste, en raison du choix des valeurs des résistances 6 et 7, inférieur au potentiel au point A. Il en résulte que le comparateur 8 n'alimente pas le bobinage 9 du relais de sorte que le contact 10 reste ouvert. L'utilisateur en agissant sur le potentiomètre 3 fait varier l'alimentation du moteur 1 et, par conséquent, sa vitesse de rotation. Au contraire; si au moment de la fermeture de l'interrupteur 12, le rotor du moteur 1 est bloqué, le courant, qui traverse le moteur, est très important puisqu'il n'y a pas de force contre-électromotrice et le potentiel au point B est, dès lors, supérieur au potentiel au point A. Le comparateur 8 commande l'alimentation du bobinage 9, qui assure la fermeture du contact 10. Le moteur 1 se trouve donc alimenté directement par la batterie, par l'intermédiaire du contact 10, le transistor 2 se trouvant court-circuité. Cette alimentation du moteur 1 à sa tension maximum est g6- néralement suffisante pour assurer le déblocage du rotor dans le cas contraire, l'importance du courant, qui traverse le moteur, est suffisante pour faire fondre assez rapidement le fusible 11, ce qui met l'installation hors-circuit avant qu'elle ait pu être détériorée. Si le rotor du moteur 1 se débloque, la force contre-électromotrice apparait et le courant, qui traverse le moteur, est, en conséquence, réduit. Le potentiel au point B redevient inférieur au potentiel au point A, de sorte que le comparateur 8 coupe l'alimentation du bobinage 9, ce qui entraine l'ouverture du contact 10. Le transistor 2 est alors remis en circuit et l'utilisateur peut en agissant sur le potentiomètre 3 régler, comme il le désire, la vitesse de rotation du moteur 1. Sur la figure 2, on a représenté une réalisation pratique possible du circuit, dont le schéma est donné sur la figure 1. On retrouve, en conséquence, sur la figure 2 les composants 1 à 10, qui ont été décrits pour la figure 1, à cette différence près que le comparateur 8 est ici défini en détail par ses différents constituants dont les référen- ces commencent par le chiffre 8. Les points A et-B du schéma de la ftoe e 1 sont également positionnés sur la figure 2. Le comparateur 8 est constitué d'un premier étage comportant une paire de transistors 81a et 81b reliés par leur base. Si la tension en B est supérieure à la tension en A, le transistor 81b est bloqué et le transistor 81a conduit ; si la tension en B est inférieure à la tension en A, le transistor 81b est saturé et le transistor 81a est bloqué. Ce premier étage, qui peut travailler avec des tensions faibles, vient commander un deuxième étage comportant deux transistors 82a et 82b reliés par leurs émetteurs, ce deuxième étage donnant le gain nécessaire pour piloter le transistor de sortie 83. Les bases des transistors 81a et 81b sont polarisées par la résistance 13 et filtrées par le condensateur 14, pour éviter les parasites lors de la fermeture du contact 10 du relais.Pour des raisons de symétrie du comparateur, u..e résistance 15 a été ajoutée sur l'émetteur du transistor 81b, ladite résistance donnant une chute de tension compensant celle donnée par la résistance 7 du pont diviseur 6-7. La paire de transistors 82a, 82b constituant l'amplificateur différentiel est polarisée par une résistance 16 pour les émetteurs, et par des résistances 17, 18, 19 pour les collecteurs. Le polnt de jonction des résistances 18 et 19 commande la base du transistor de sortie 83, qui contrôle le courant dans le bobinage 9 du relais Une diode 20 protège le transistor 83 lors des inversions de polarité. Il convient de remarquer que les tensions de base des transistors 81a et 81b doivent être aussi identiques que possible ; on peut avantageusement réaliser les deux transistors sur une même pastille de silicium : on utilise, par exemple, un circuit intégré, qui peut en même temps constituer les transistors 82a et 82b. Dans le circuit, qui est défini par la figure 2, on a mis en place en amont du potentiomètre 3, une paire de transistors 21, 22, qui assurent la protection contre les surtensions positive. Si la tension d'alimentation est accidentellement trop élevée, le transistor 22 se sature et bloque le transistor 21, de sorte que le transistor de puissance 2 est bloqué, ce qui conduit à l'arrêt du moteur 1. La réalisation représentée à la figure 2 associe, en outre, au potentiomètre 3 un contact de fin de course 23 qui, grace à la résistance 24 interposée entre le contact 23 et le point B, permet d'obtenir la pleine vitesse du moteur 1, quand le potentiomètre 3 est au minimum de sa valeur. On constate que la réalisation de la figure 2 permet non seulement de protéger le transistor de puissance 2 dans le cas d'un blocage du moteur, mais également de le protéger du courant de démarrage du moteur, d'une inversion accidentelle de polarité d'alimentation et d'une surtension anormale de l'alimentation. Il est bien entendu que le mode de réalisation cidessus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de protection d'un transistor de puissance utilisé pour constituer le variateur de vitesse d'un moteur électrique, ledit transistor étant disposé en série sur l'alimentation du moteur et ayant sa tension de base réglée par l'utilisateur du moteur, caractérisé par le fait qu'un comparateur (8) compare le courant I traversant le moteur (1) à un seuil de courant I et que ledit comparateur O (8) commande la mise en court-circuit du transistor (2) quand I est supérieur à 1o. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le comparateur (8) a ses bornes d'entrée alimentées par les tensions aux bornes de deux résistance8 fixes (5 et 7) traversées respectivement par I et lo. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le comparateur (8) commande un relais (9-10) qui > en court-circuitant le transistor ( assure l'alimentation directe du moteur (1) à sa tension maximum. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la borne positive du moteur (1) est reliée par le transistor de puissance (2) à la borne positive d'une batterie, qui fournit l'énergie au moteur (1), alors que sa borne négative est reliée à la masse (borne négative de la batterie) par une résistance-shunt (5) et à la borne négative du comparateur (8), la borne po sitive dudit comparateur (8) étant a3i-1tée par le point central A d'un pont diviseur (6, 7) branché entre la masse et le transistor de puissance (2), en parallèle par rapport au moteur (1) et à sa résistance-shunt (5). 5 - Dispositif selon les revendications 3 et 4 prises 8imultanEment, caractérisé par le fait que le relais (9-lo) assure par sa fermeture une liaison directe entre la borne positive de la batterie et la sortie du transistor de puissance (2). 6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le comparateur (8) est réa Usé au moyen d'un premier étage comportant une paire de transistors (81a, 81b) reliés par leur base et recevant sur leurs émetteurs les tensions à comparer, et d'un deuxième étage comportant une paire de transistors (82a, 82b) reliés par leurs émetteurs dont les bases sont connectées au collecteur des transistors (81a, Slb) du premier étage, ce deuxième étage commandant la base d'un transistor de sortie (83) en série sur l'alimentation du relais (9, 10). 7 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la voie d'alimentation directe du moteur (1) à sa tension maximum est équipée d'un fusible (11). 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la tension de base du transistor (2) est réglée par un potentiomètre (3). 9 - Ensemble constitué par un moteur électrique à courant continu et vitesse variable et par son circuit d'alimentation associé, ledit circuit comportant un transistor de puissance, caractérisé par le fait que ledit transistor (2) comporte un dispositif de protection selon l'une des revendications 1 à 8. 10 - Utilisation d'un.ensemble selon la revendication 9 pour l'entraînement du ventilateur d'un climatiseur de véhicule automobile.