Brevet FR2528253A1 — publié le 19831209

L'invention concerne la protection des circuits électroniques contre les surtensions parasites. D'une façon générale, les systèmes électroniques comportant des transistors du type MOS ou CMOS ou des microprocesseurs sont très sensibles aux surtensions apparaîssant sur leurs circuits d'alimentation. Elles provoquent effectivement des claquages au niveau des jonctions, entraînant de ce fait la détérioration du matériel en exploitation. Ces impulsions de durée parfois importante sont générées lors des coupure d'alimentation sur circuit selfiques, cas rencontré fréquemment dans les véhicules automobiles par exemple. Il arrive également qu'une connexion de batterie placée en "tampon" sur un chargeur se rompe, provoquant une augmentation importante de la tension durant un laps de temps qui peut être long. Pour éviter la mise en panne des matériels, on utilise donc de façon courante un circuit comportant une résistance et une diode zéner, les circuits électroniques étant alors connectés aux bornes de la diode. De ce fait, quelles que soient les perturbations présentes en amont, la tension d'alimentation ne peut jamais exéder celle fixée par la diode zéner. Mais, comme on le montre par la suite, dans le cas où la consommation des circuits est importante, la résistance placée en série doit être faible pour éviter une chute de tension trop grande en fonctionnement normal, ce qui, dans le cas d'une surtension amemera un échauffement exagéré de la diode zéner. On y remédie, généralement, en rempla çant la résistance (CTP) série par une résistance à coëfficient de température positif, laquelle en s'échauffant lors de la surtension, provoque une augmentation de sa résistance propre et par conséquent une diminution de la puissance dans la diode zéner, permettant ainsi de réduire sa taille et donc son prix. Malheureusement, on constate que pour une surtension comprise entre la tension zéner et deux fois celle-ci, la dissipation de puissance dans la résistance est plus faible que dans la diode zéner, et l'échauffement en résultant également trop faible pour assurer une augmentation de résistance significative. Le système selon l'invention, consiste à coupler étroitement diode zoner et CTP de façon que l'échauffement de la zéner provoque un basculement prématuré de la CTP et l'augmentation souhaitée de la résistance. L'invention sera mieux comprise au vue des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 montre le schéma du circuit de protection normalement utilisé. - la figure 2, illustre par un graphique la variation de puissance aux bornes de la diode zéner et de la résistance en fonction de la tension d'alimentation Vb. - la figure 3, donne quelques exemples de réalisation du dispositif selon l'invention. Le schéma du dispositif de protection (fig. 1) comprend une thermistance CTP 1 et une diode zéner 2. La tension perturbée appliquée à l'entrée est appelée Vb et la tension de sortie Va est égale à Vb moins le chute de tension dans la résistance 1 ; on notera que cette tension Va ne peut jamais excéder la tension Vz (tension de zéner) et donc, au pire, le circuit alimenté sous Va devra pouvoir supporter cette tension. On prendra, à titre d'exemple, le cas d'un circuit électronique monté dans un véhicule automobile, alimenté sur batterie et consommant 1 A sous 13,5V. Le circuit pouvant supporter, sans dommage une tension de 18Vs la diode zéner est choisie égale à cette tension. La résistance est égale à O,SRet dissipe donc 0,5w. Lorsque Vb > Vz la puissance dissipée dans la résistance 1 et la zéner 2 est donnée par les formules suivantes Wr = (Vb - Va)2 dans la résis tance R tance et Wz = Va (Vb - Va)2 dans la zéner R en supposant que la puissance permanente dissipée dans la résistance soit négligeable et que son coefficient de température soit nul. On a représenté en fig. 2 Wr et Wz en fonction de Vb. On voit que Wr = Wz pour Vb = 2 Vz et que l'écart maximal entre Wr = Wz est de 160 w pour une surtension de 28V avec des puissances dissipées dans la résistance et la diode zéner de 200 w et 360 w. Ce qui est considérable. On voit que pour 2Vz > Vb ? Vz, et en remplaçant maintenant la résistance pure par une thermistance CTP, la puissance dans la zéner risque d'être largement excédentaire alors qu'elle est encore relativement faible dans la résistance ce qui ne provoque pas son basculement vers une valeur beaucoup plus élevée et donc une limitation effective de la puissance dans la diode zéner. Selon l'invention, on va coupler mécaniquement diode zéner et CTP de façon à obtenir un basculement prématuré de la résistance, et de ce fait une limitation automatique de la puissance. On remarquera que la diode zéner peut être remplacée par une varistance VDR, sans rien changer à l'invention. Quelques exemples de réalisation sont donnés en fig. 3. La figure 3a représente une "puce" de diode zéner 1 bondée sur la CTP 2. La figure 3b montre une CTP 1, soudée à une VDR 2. Le nombre de sorties étant, bien entendu, réduit à 3. Toute combinaison, d'éléments de formes différentes, est réalisable, par soudage ou pressage, l'essentiel étant d'obtenir entre les deux composants une bonne conduction thermique. La figure 3c montre une CTP 1 et une VDR 2 réunies par un clips 3 dont la partie interne est isolante. (4) REVENI)I CATIONS 1 - Dispositif de protection de circuits électroniques contre les surtensions parasites, du type comprenant d'une part, un élément présentant une caractéristique de tension courant telle qu'au delà d'un certain niveau, la tension à ses bornes reste stable, et d'autre part une thermistance à coëfficient de température positif, les deux éléments étant reliés en série vis à vis de la tension perturbée et la tension utile étant recueillie aux bornes du composant à seuil, Caractérisé par un couplage thermique entre les deux élé ments, 2 - Dispositif selon la revendication 1 > Caractérisé par le fait que l'élément à seuil est une diode zéner sous forme de "puce". 3 - Dispositif selon la revendication 1, Caractérisé par le fait que l'élément à seuil est une varistance VDR. 4 - Dispositif selon la revendication 2, Caractérisé par le fait que la "puce" est directement "bondée" sur la thermistance CTP. 5 - Dispositif selon la revendication 2 ou 3 > Caractérisé par le fait que les deux éléments sont soudés l'un à l'autre. 6 - Dispositif selon la revendication 2 ou 3, Caractérisé par le fait que les deux éléments sont maintenus l'un contre l'autre par tout dispositif de serrage, de la graisse silicone assurant éventuellement entre eux un bon contact thermique.