Brevet FR2524227A1 — publié le 19830930

On sait que les relais statiques, c'est-à-dire les transistors et analogues, sont extrêmement sensibles aux surintensités qui les détruisent dans un temps très court. I1 est donc nécessaire de les protéger contre celles-ci de façon absolument sûre et surtout très rapide. Un premier moyen consiste à leur associer -des fusibles, mais il est assez difficile d'obtenir que ceux-ci répondent dans un temps suffisamment court, à moins de leur faire comporter des dispositifs auxiliaires relativement compliqués et qui risquent d'abaisser la fiabilité. On a réalisé une bonne protection en utilisant un détecteur de tension électronique monté aux bornes d'une résistance branchée en série dans le circuit principal. En cas de surintensité, la chute de tension provoquée par la résistance peut s'utiliser pour bloquer, ctest-a-dire rendre non-conducteur, le transistor ou autre å protéger. On réalise ainsi un fonctionnement très rapide et très sûr, mais la présence de la résistance série est encombrante et gênante quand ce ne serait que par la chute de tension et la consommation d'énergie qu'elle provoque inévitablement en régime normal. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient en supprimant purement et simplement cette résistance. A cet effet, conformément à l'invention, l'on provoque le blocage du transistor ou autre a protéger sous l'effet de l'augmentation de-la chute de tension qu'il détermine dans le circuit principal dès que le courant qui le traverse augmente au-delà d'une certaine limite. Si en effet l'on considère par exemple un transistor utilisé comme relais, quand il y a lieu de laisser passer le courant on le rend pleinement conducteur et il peut alors conduire jusqu'à saturation en ne provoquant qu'une chute de tension très limitée. Mais au-delè, la chute de tension augmente rapidement et l'on conçoit quton puisse utiliser cette augmentation pour agir sur un transistor auxiliaire interposé dans le circuit de base du transistor principal de façon à amener le potentiel de cette base à une valeur égale ou presque égale à celle de l'émetteur. Le transistor principal cesse alors de conduire avant que la surintensité n'ait eu le temps de le détériorer. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 montre le schéma général d'un dispositif suivant l'invention. Fig. 2 représente l'allure des divers paramètres du circuit en fonctionnement normal et lors d'un court-circuit. Fig. 3 est le schéma d'une variante utilisant des transistors auxiliaires montés en série (montage dit Darlington). En fig. 1 on a représenté en 1 et 2 les deux conducteurs respectivement positif et négatif d'une ligne destinée à alimenter une charge 3, telle par exemple qu'une ampoule, montée sur un conducteur 4. En série avec celle-ci est branché l'espace collecteur-émetteur d'un transistor 5 de type NPN, destiné à jouer le rôle de relais de commande de la charge. Le circuit d'actionnement de ce relais comprend un contact interrupteur 6 qui permet de relier au conducteur de ligne 1 un autre conducteur 7 aboutissant à la base du transistor 5 à travers une résistance 8. Cette base est d'autre part reliée au second conducteur ae ligne 2 par un conducteur 9, sur lequel est interposé l'espace collecteur-émetteur d'un transistor auxiliaire 10. La base de ce dernier est reliée d'une part au conducteur 2 à travers une résistance 11, d'autre part à un conducteur 12 sur lequel est interposée une diode de Zener 13. Ce conducteur aboutit à un point de jonction 14. Le point 14 est relié au conducteur de ligne 2 par une résistance de fuite 15 montée en parallèle sur un condensateur 16. Le point 14 est encore relié au conducteur 7 à travers deux résistances 17 et 18 montées en série. Le point commun 19 de ces deux résistances est quant à lui relié au conducteur 4, entre la charge 3 et le transistor 5 (point 20), par un conducteur 21 sur lequel sont montées en série une diode de Zener 22 et une diode normale 23. Cette dernière est orientée de manière à empêcher tout passage de courant par le conducteur 21 en direction des résistances 17 et 15. Pour exposer le fonctionnement on se réfèrera aux graphiques constitués par l'ensemble de fig. 2. Avant le temps t le contact 6 est ouvert, ce qui est indiqué par o la position basse du point représentatif (tracé c en fig. 2). Comme la diode bloque tout passage du courant entre la partie amont du conducteur 4 et le point 19, le condensateur 16 est à l'état déchargé du fait de la présence de la résistance 15. D'autre part la base du transistor auxiliaire 10 est reliée à l'émetteur de celui-ci par la résistance 11, qui, ne recevant aucun courant du point 14, ne peut provoquer aucune différence de potentiel sensible. Le transistor auxiliaire 10 est dorc à l'état non-conducteur. I1 en va de même du transistor principal 5 dont la base est reliée à l'émetteur à travers les résistances 8, 18, 17 et 15 qui ne sont parcourues par aucun courant. Le relais est donc ouvert . Si au temps t on ferme le contact 6, ce qui est indiqué en fig. 2 o par le décalage vers le haut du point représentatif c, la tension U du conducteur de ligne 1 est transmise à la base du transistor principal 5 à travers la résistance 8. Celui-ci se met à conduire. Son courant collecteur-émetteur, qui était auparavant nul, s'élève alors rapidement pour se stabiliser à une valeur de régime I après avoir éventuellement dépassé momentanément celle-ci, comme indiqué en pointillé, soit en raison d'effets de self-induction, soit parce que les ampoules qui constituent la charge 3 ont à froid une résistance bien moindre qu'à chaud. Si l'on néglige cette surintensité éventuelle, on note que la stabilisation apparaît au temps tl.La vitesse de montée du courant dépend de'la self-induction du circuit, de la capacité propre du.transistor principal 5 et de la valeur de la résistance 8. Simultanément la tension collecteur-émetteur du transistor principal 5, qui avant le temps t0 était égale à la tension de ligne U, tombe à une valeur très faible Ud correspondant à la tension de déchet du transistor. Le point 20 se trouve donc à cette tension Ud I1 en résulte qu'un certain courant traverse la résistance 18, la Zener 22 et la diode 23 pour arriver au point 20. Ce courant est toutefois de très faible valeur par rapport au courant utile qui traverse la charge 3. Mais par ailleurs le condensateur 16 se charge progressivement sous l'effet du pont que constituent les résistances 18, 17et 15, comme le montre le graphique C. Les choses sont prévues de telle sorte que la tension qui se stabilise alors à ses bornes comporte une valeur U telle s que, compte tenu de la présence de la Zener 13 (et également de la résistance 11), on n'atteigne pas la limite S1O nécessaire pour rendre conducteur le transistor auxiliaire 10. On conçoit sans peine que si tout reste normal, quand on ouvre à nouveau le contact 6 l'ensemble du schéma revient à la position de repos et se trouve prêt à fonctionner à nouveau quand on refermera 6. Par contre, si au cours du fonctionnement il apparaît au temps t2 un court-circuit aux bornes de la charge 3 (ou des conducteurs qui lui sont associés), le courant Ic(5) augmente brusquement et dépasse l'intensité de saturation du transistor principal 5. Il en résulte que la tension Use(. s1élèvete courant dérivé par la Zener 22 et la diode 23 entre les points 19 et 20 diminue, éventuellement jusqu a s'annuler ou peu près. L'intensité qui traverse la résistance 15 s'élève et le condensateur 16 se charge davantage. La tension à ses bornes dépasse alors la valeur nécessaire pour bloquer le transistor principal 5 qui cesse de conduire en arrêtant 'ainsi le court-circuit. Il est important de noter qu'après cette coupure, le point 20 demeure à la tension U du conducteur 1s de sorte qu'il ne circule aucun courant dans le conducteur 21 (Zener 22 et diode 23). Donc le condensateur 16 reste chargé à la tension U c supérieure à la limite S de conduction cc 10 du transistor auxiliaire 10, lequel demeure ainsi à l'état bloqué. Si ensuite au temps t3 l'on ouvre le contact 6, le condensateur 16 se décharge et tout revient à l'état de tepos normal. Si l'on a remédié à la cause du court-circuit, on peut donc alimenter à nouveau la charge 3. Bien entendu le schéma sus-décrit en supposant que les transistors 5 et 10 sont du type NPN pourrait tout aussi bien se réaliser avec des transistors PNP, ou encore, moyennant insertion d'un inverseur approprié, avec un transistor NPN et un transistor PNP. L'important est seulement que l'augmentation de tension que le court-circuit fait apparattre-entre le collecteur et l'émetteur du transistor principal tel que 5 actionne un transistor auxiliaire tel que 10 qui vienne alors bloquer ledit transistor principal. On pourrait également d'ailleurs utiliser des transistors à effet de champ (dits FET ou MOS). Fig. 3 montre à titre d'exemple de ce qui précède un schéma dans lequel le transistor auxiliaire est remplacé par un dispositif Darlington, c'est-a-dire par deux transistors élémentaires 24 et 25 disposés en série, l'émetteur du premier étant relié à la base du second. On a figuré en 26 > 27 et 28 des résistances auxiliaires permettant de stabiliser le fonctionnement de l'ensemble en jouant en même temps le rôle de la résistance 11 de fig. 1. On comprend sans peine que ce fonctionnement reste celui décrit plus haut, à savoir que lorsque la tension appliquée à la base de 24 à travers la Zener 22 et la résistance 26 devient suffisante, l'ensemble 24-25 conduit et provoque le blocage du transistor principal 5. L'avantage de la disposition de fig. 3 est qu'on trouve directement dans le commerce des circuits intégrés de faibles dimensions et de coat réduit qui renferment les deux transistors 24, 25 avec les résistances 28, 27, 26 et la Zener 13, le tout monté comme décrit. On peut d'ailleurs utiliser également un montage Darlington intégré à la place du transistor principal 5 avec cet avantage que la tension de déchet est plus forte, ce qui facilite le fonctionnement. Il doit d'ailleurs etre entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVEND IC AT IONS 1. Système de protection contre les courts-circuits pour relais dit statique, du genre dans lequel on utilise le signal d'un détecteur de surintensité pour bloquer le transistor principal du relais à l'état non-conducteur, caractérisé en ce' que ce blocage est provoqué par l'augmentation de la chute de tension que ce transistor (5) détermine dans le circuit principal dès que le courant qui le traverse augmente audelà d'une certaine limite. 2. Système suivant la revendication 1, du genre comprenant un premier conducteur (1) auquel la charge (2) est directement reliée, un second (2) auquel elle est reliée à travers le transistor principal (5) destiné à jouer le rôle de relais, et un contact (6) agencé de manière à relier au premier conducteur (1) l'électrode de commande (base) du transistor principal (5), caractérisé en ce qu'il comprend une résistance (18) reliant' le contact (6) à un point (20) situé entre la charge (3) et le transistor principal (5), ainsi qu'à un condensateur (16) lui-même relié à l'électrode de commande (base) d'un transistor auxiliaire (10) dont une (collecteur) des deux autres électrodes est reliée à l'électrode de commande (base) du transistor principal (5), le tout de façon qu'en conditions normales, quand on ferme le contact (6) le condensateur (16) se charge insuffisamment pour rendre conducteur le transistor auxiliaire (10), mais qu'au contraire en cas de court-circuit l'augmentation de la chute de tension entre les électrodes (collecteur-émetteur) de passage du courant de charge du transistor principal (5) détermine une variation correspondante de la charge du condensateur (16) qui rende conducteur le transistor auxiliaire (10) et provoque le blocage du transistor principal (5). 3. Système suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'entre la résistance (18) reliée au condensateur (16) et ce dernier lui-même est insérée une résistance de chute de tension (17). 4. Système suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce qu'aux bornes du condensateur (16) est branchée une résistance (15) assurant la décharge de celui-ci quand le contact (3) est ouvert, à la façon en soi connue. 5. Système suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce qu'entre le condensateur (16) et l'électrode de commande (base) du transistor auxiliaire (10) est insérée une diode de Zener (12) fixant le seuil de la tension propre à rendre conducteur ce transistor auxiliaire (10). 6. Système suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce qu'entre la résistance (18) de liaison au contact (3) et le point (20) situé entre la charge (3) et le transistor principal (10) est insérée une diode de Zener (22). 7. Système suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce qu'entre la résistance (18) de liaison au contact (3) et le point (20) situé entre la charge (3) et le transistor principal (5) est insérée une diode (23) orientée de façon à empêcher le courant de circuler dans le sens correspondant à la charge du condensateur (16). 8. Système suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que le transistor auxiliaire (10) ést remplacé par un dispositif à'deux transistors (24, 25) montés en série (montage dit Darlington). 9. Système suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que le transistor principal (5) est du type à effet de champ (FET ou MOS). 10. Système suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que les transistors qui le constituent sont du type'NPN ou PNP, les sens des diodes étant choisis en conséquence.