Brevet FR2516317A1 — publié le 19830513

DISPOSITIF DE PROTECTION DU TRANSISTOR DE COMMANDE D'UN MOTEUR ELECTRIQUE, ENSEMBLE CONSTITUE PAR UN TEL DISPOSITIF ET SON MOTEUR ASSOCIE ET UTILISATION DANS UN VEHICULE AUTO MOBILE. 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 des 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 réglée 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 contre-électromotrice. 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 associée 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 jonctions de transistor entraine alors sa destruction d'où la mise en panne du système auquel est associé le moteur. I1 peut également arriver que, par suite de la présence de surtensions, le courant adressé au moteur et traversant le transistor devient trop important et entraîne la destruction du transistor. La présente invention a pour but de proposer un dispositif susceptible de protéger le transistor de puissance d'un tel moteur afin d'éviter qu'il ne soit traversé par un courant trop important. On peut ainsi éviter de surdimensionner le transistor de puissance et en réduire le coat tout en assurant une protection pratiquement totale de ce dernier. Selon l'invention, on définit un potentiel minimal Vmin tel que, quelle que soit la position de réglage de la tension aux bornes du moteur, par exemple au moyen du potentiomètre, cette tension Vmin soit au moins toujours disponible aux bornes du moteur. Simultanément, on définit une tension maximale Vmax telle que même en cas de surtention, la tension disponible aux bornes du moteur ne soit jamais supérieure à Vmax. En conséquence, en choisissant convenablement la valeur de Vmin, on est certain qué la tension aux bornes du moteur sera toujours suffisante pour provoquer un démarrage du moteur et, par conséquent, pour éviter le passage d'une intensité permanente trop importante au démarrage dans le transistor de puissance, alors qu'en cas de surtension, la ten- sion disponible aux bornes du moteur se trouvera limitée à Vmax et l'intensité qui traverse le transistor de puissance se trouvera donc limitée. 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 qutil comporte des moyens sensibles à une tension de commande Vc pour faire varier la tension disponible aux bornes du moteur Vm dans le même sens que ladite tension Vc, et maintenir la tension Vm entre deux valeurs préétablies Vmin et Vmax. De préférence, lesdits moyens sont également sensibles aux variations brusques de tension pour amortir les va riations de tension Vm aux bornes du moteur. L'étage différentiel à transistors, ou l'amplificateur, permet, lorsque la tension de commande Vc entraine une variation de la tension correspondante détectée par lui, d'agir, de préférence par une chaine usuelle de pilotage, sur la base du transistor de puissance, provoquant ainsi une réponse dans le même sens de la tension Vm aux bornes du moteur. De façon avantageuse, lesdits moyens, conçus pour réaliser un asservissement de la tension Vm, disponible aux bornes du moteur, à la tension de commande Vc, comportent des moyens de comparaison de tension tels que par exemple un étage différentiel à transistors ou un amplificateur opérationnel. Le maintien d'une valeur Vm = Vmax en cas de surtension est avantageusement assuré par une diode Zener qui limite la tension disponible pour la commande alors que le maintien de la tension minimale Vm " Vmin est déterminé par un. montage maintenant une tension minimale sur la base du transistor de puissance. Conformément à l'invention, les moyens sensibles à la variation de la tension aux bornes du moteur comportent au moins un circuit capacitif ou un filtre permettant l'amortissement des variations de tension et supprimant donc les variations brutales. 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 d'un ventilateur par exemple d'un ventilateur de 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 utilisant un étage différentiel à transistors - la figure 2 représente schématiquement, un dispositif de protection selon l'invention utilisant un amplificateur opérationnel. En se référant à la figure l, on voit que le moteur 1, du type à courant continu, est monté en série entre la masse et la batterie 2, par exemple d'un véhicule automobile, délivrant une tension Vbat, en série avec un interrupteur 3 par exemple actionné par une clé de contact de véhicule et un circuit de transistor Darlington 4 comprenant un montage classique avec le transistor de puissance T2, le transistorpilote T et la diode de protection D. Le circuit de commande de la vitesse du moteur comporte le potentiomètre Pc et la résistance Rl, associés à un diviseur composé de deux résistances R, R' identiques. Pc ainsi que le diviseur R, R' sont alimentés à partir de la tension de la batterie 2 par l'intermédiaire d'une résistance R7. La borne commune des résistances R, R' est reliée par une résistance R2 à la sortie du potentiomètre ainsi qu'à une capacité C1 dont le r8le est d'amortir les variations du potentiel appliqué au moteur. La borne commune à la capacité, à R2 et Rl, est reliée à la ligne de potentiel V par une diode Dl, destinée à permettre la décharge rapide de C1, et à la base d'un transistor T3 formant, avec le transistor T4 et le transistor T5, un étage différentiel à transistors désigné dans son ensemble par 5. Les transistors T3, T4 dont les émetteurs sont reliés à la masse par la résistance R6 ont leurs bases reliées l'une à la borne commune précitée, l'autre à la sortie du circuit Darlington 4 par l'intermédiaire d'une résistance R3. Le transistor T3 est relié à la base de T5 dont le collecteur est relié à une ligne de tension V, c'est-à-dire à la sortie de la résistance R7. Le transistor Te est également relié à cette ligne de tension. L'émetteur de T5 est a dressé, par l'intermédiaire de la résistance R8 à la base d'un transistor Tl, Par ailleurs, une diode de Zener de régulation Dz est reliée à la ligne de tension à la sortie de R7. Le transistor T5 pilote donc le transistor T1 dont le collecteur est relié par l'intermédiaire de la résistance Rg à la base de T avec, en dérivation, une diode D2 servant à la préservation contre les inversions de tension. Enfin, une résistance R4 est disposée entre la masse et la résistance R3 Le fonctionnement est le suivant L'étage différentiel à transistors 5 est sensible d'une part, à la tension de réglage Vc déterminée par le po tentiomètre Pc, d'autre part, à la tension Vm d'alimentation du moteur 1 grâce au choix judicieux des valeurs des résistances R3 et R4. Il pilote, en réponse à ces informations, la chaîne de transistors T1 et T et, par conséquent, le circuit Darlington qui détermine l'intensité qui est autorisée à alimenter le moteur 1.L'asservissement réalisé est tel que les tensions V+, V- adressées respectivement aux bases des transistors T3 et T4 de l'étage 5 sont identiques. Dès que la tension V+ sur la base de T3 dépasse V- sur la base de T4, les transistors T1 et T2 se mettent à conduire davantage, de sorte que la tension aux bornes du moteur Vm croit faisant croître V- jusqu'à ce que V+ V-. En choisissant Pc, R et R' faibles devant R1 et R2, les tensions V et Vc à la sortie du potentiomètre Pc peuvent être considérXes comme des sources de tensions parfaites.En choisissant alors convenablement les valeurs Vmin et Vmax du potentiel Vm voulues lorsque Vc - O et lorsque Vc t +V, c'est-à-dire les deux positions extrêmes du potentiomètre, et compte-tenu du fait que la diode Dz limite la valeur maximale de V et donc de Vc, on déter mine les valeurs des résistances R1, h , R3 et R4 pour que si Vc - O, on ait Vm égal à la valeur minimum Vmin, et quand Vc - + V on ait Vm égal à la valeur maximale de Vmax. Le choix de la valeur de la capacité Cl est tel que les variations rapides du potentiel Vm se trouvent absorbées, D1 permettant la décharge rapide de la capacité. Une capacité C2 permet d'assurer une stabilisation en fréquence et la diode Dz assure la régulation de la tension V et la protection de stage 5 contre les sur tensions positives, négatives et les inversions de batterie. En se référant à la figure 2, on voit un montage dans lequel l'étage 5 est remplacé par un amplificateur A dont les entrées reçoivent respectivement les potentiels V+ et V- en provenance, d'une part, du potentiomètre et, d'autre part, du moteur. Le fonctionnement de l'amplificateur opérationnel A est similaire à celui de l'étage 5 et le système fonctionne donc de la même façon. On comprend donc qu'il soit ainsi possible d'assurer la protection du montage Darlington 4, la tension Vm aux bornes du moteur 1 étant toujours supérieure à Vmin qui est établie à une valeur suffisante pour assurer le démarrage du moteur dans toutes les conditions normalement prévisibles tandis que la tension de Vm est toujours inférieure à la valeur maximale Vmax > assurant la protection contre les surtensions possibles les oscillations trop brutales étant amorties par le sy8tème capacitif. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et quton peut lui apporter diverses modifications sans pour cela s'éloigner ni de son cadre, ni de son esprit. Revendications 1 - Dispositif de protection d'un transistor de puissance (T2) pour constituer le variateur de vitesse d'un moteur électrique (1), ledit transistor (T2) étant disposé en série sur l'alimentation (2) du moteur, carac térisé par le fait qu'il comporte des moyens (5) sensibles à une tension de commande (Vc) pour faire varier la tension disponible aux bornes du moteur (Vm) dans le mEme sens que ladite tension (Vc), et maintenir la tension (Vm) entre deux valeurs préétablies (Vmin et Vmax). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que lesdits moyens comportent un étage différentiel (5) à transistors (T3, T4, T3). 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractFri- sé par le fait que lesdits moyens comportent un amplificateur opérationnel (A). 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé par le fait que la tension (V) disponible pour la commande est limitée par une diode Zener (DZ). 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 1 4, caractérise par le fait que l'entrée de commande (V-) desdits moyens (5, A) est reliée, d'une part, à la sortie d'un potentiomètre (Pc) et, d'autre part, à un diviseur de tension (R, R'). 6 - Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé par le fait que ladite entrée (V+) est reliée à un condensateur (C1) amortissant les variations de potentiel, ledit condensateur étant associé à une diode de décharge rapide (Dl). 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'entrée (V-) desdits moyens (5, A) sensibles au potentiel du moteur (Vm) est reliée à la borne du moteur par une résistance (R3) associée à une résistance de dérivation (R4) 8 - Dispositif selon la revendication 7, carac térisé par le fait que ladite entrée (V-) est reliée à un condensateur (C2) de stabilisation en fréquence. 9 - Ensemble constitué par un moteur électrique (1) à courant continu et à vitesse variable et par son circuit d'alimentation associé, ledit circuit comprenant un transistor de puissance (T2), caractérisé par le fait que ledit transistor comporte un dispositif de protection selon l'une quelconque 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.