Brevet FR2560720A1 — publié le 19850906

La présente invention concerne une barrière électronique de sécurité autoprotégée comportant un circuit d'entrée muni de résistances limitrices et de deux tran- sistors de commutation et un circuit de retour (retour par la masse) muni d'au moins deux transistors de commande qui, lors de l'élévation du courant dans le circuit d'entrée, pilotent les transistors de commutation pour le réglage du courant. Conformément aux normes DIN EN 50014 (VDE 0170/0171), en particulier EN 50020, les circuits électriques autoprotégés sont des circuits dans lesquels, en utilisation normale, aucunlme étincelle ni aucun effet thermique ne peuvent provoquer l'allumage d'une atmosphère susceptible de déflagrer. La présente invention a trait à des barrières de sécurité, conformes aux normes DIN EN 50020, point 8, situées entre le circuit autoprotégé et le circuit non autoprotégé. Un montage connu, représenté sur la figure 1, comporte deux transistors de commutation T1 et T2, cependant qu'une première résistance sensible R1 est branchée en aval à l'émetteur du premier transistor de commutation Tl d'une part et au collecteur du deuxième transistor T2 d'autre part. L'émetteur du deuxième transistor T2 est relié à une deuxième résistance sensible R2. La première résistance Rl est commutée dans le circuit base-émetteur d'un premier transistor de corLTmande T3, la deuxième résistance R2 dans le circuit base-êmetteur d'un deuxième transistor de commande T4. Le collecteur du transistor T3 est reli.é la base du transistor T1 et le collecteur du transistor T4 à celle du transistor T2; en outre, une première résistance de base R3 est intercalée dans le circuit collecteurbase du transistor T1; la base du transistor T2 est branchée par une deuxième résistance de base R4 pratiquement en parallèle avec la résistance R3 et le transistor T3. Les deux transistors de commutation T1 et T2 sont pilotés par l'intermédiaire des deux résistances de base R3 et R4. Si la chute de tension aux deux résistances R1 et R2 dépasse la tension base- émetteur de T3 et T4, un courant de commande traverse l'intervalle collecteur-émetteur de ceux-ci et les tran- sistors T1 et T2 jouent un r8le de blocage. En vertu du faible renforcement de régulation, étant donné que la commande de T1 et T2 exige que les résistances R3 et R4 soient faibles, le montage connu selon la figure 1 apporte une qualité d'alimentation relativement médiocre. La figure 2 montre un montage plus connu nettement perfectionné par rapport b celui de la figure 1. En amont du transistor de commutation ou de réglage T1 est montée la résistance R1 placée dans la branche de l'émetteur de celui-ci; la deuxième résistance R2 est reliée d'une part au collecteur de T1 et d'autre part à l'émetteur du deuxième transistor de réglage T2; les résistances R1 et R2 se trouvent respectivement dans la section baseémetteur des deux transistors de commande T3 et T4; les collecteurs de ces deux derniers transistors T3 et T4 sont reliés respectivement aux bases des transistors T1 et T2. Simul- tanément, la base des transistors T1 et T2 est reliée au circuit de retour par l'intermédiaire des résistances R3 et R4. Eu égard aux montages actuellement connus, cette disposition est la plus favorable en ce qui concerne la chute de tension; mais puisque, le cas échéant, un courant de fuite peut circuler à travers les résistances R3 et R4, le montage ne convient qu'à certaines conditions pour les circuits de mesure autoprotégés. Dans les deux schémas de montage connus, deux résistances sensibles, avec lesquelles sont respectivement pilotés-les transistors de commutation ou de réglage, se trouvent dans le circuit d'entrée. Ceci a pour conséquence que la chute de tension dans ces deux montages, qui satis- font aux prescriptions (voir plus haut), est relativement élevée. Le but de la présente invention est de créer une barrière de sécurité, du type déjà cité, grâce à laquelle la chute de tension est nettement diminuée. Conformément à l'invention, ce but est atteint par le fait que,dans le circuit d'entrée,il n'est prévu qu'une seule résistance (R1) et que la résistance sensible est commune aux circuits base-émetteur des deux transistors de commande (T3 et T4). Au lieu de deux résistances sensibles dans le circuit d'entrée, il n'en est maintenant plus prévu qu'une seule dont la chute de tension est employée pour le pilotage des deux transistors de commande. En outre, dans une première forme de réalisation, il existe la possibilité de relier ensemble le branchement de l'émetteur des deux transistors de commande à une extré- mité de la seule résistance sensible d'une part et la base des deux transistors de commande à l'autre extrémité de la résistance sensible d'autre part. Ainsi, on obtient un pilotage simultané des deux transistors de commande et par là un pilotage simultané,aussi, des deux transistors de commutation ou de réglage. Un autre perfectionnement de la barrière de sécurité conforme à l'invention peut consister en ce que les collecteurs des deux transistors de commande sont connectés respectivement aux bases d'autres transistors de comande, lesquels pilotent les transistors de commutation ou de réglage. Cette forme de réalisation est particulièrement avantageuse dans la mesure o la régulation est améliorée. Une variante de l'invention peut résider dans le fait que les collecteurs des deux transistors de commande (T3 et T4) sont connectés respectivement aux bases d'autres transistors de commande, lesquels pilotent les transistors de commutation. Des exemples de réalisation de l'invention, celle-ci, ses variantes et ses améliorations seront décrits en détail en regard des dessins annexés, sur lesquels: - les figures 1 et 2 montrent deux circuits de barrières de sécurité conformes à l'état actuel de la technique; - la figure 3 représente une première forme de réalisation d'une barrière de sécurité selon l'invention - la figure 4 représente une variante d'une barrière de sécurité selon l'invention; - la figure 5 représente une troisième forme de réalisation de l'invention; - la figure 6 représente une quatrième forme de réalisation de l'invention; et - la figure 7 représente un autre circuit dans lequel la qualité d'alimentation des transistors de commu- tation est elle-même mise à profit. Les formes de réalisation correspondant aux figures 1 et 2 ont été déjà explicitées plus haut. C'est pourquoi il est fait référence maintenant à la figure 3. Le schéma de montage comporte un circuit d'entrée H et un circuit de retour R. A gauche se trouve le circuit non autoprotégé et à droite le circuit auto- protégé désigné par "i"; cette référence est valable également pour les schémas de montage des figures 4 à 6. Du reste, des lettres ou des chiffres de référence iden- tiques représentent des éléments identiques ou du moins analogues; sont aussi utilisés dans les formes de réali- sation correspondant aux figures 1 et 2 des éléments identiques ou du moins analogues à ceux des figures 3 à 6. La résistance sensible R1 disposée dans le circuit d'entrée H est reliée à l'émetteur du premier transistor de commutation ou de réglage T1. Le collecteur du premier transistor de réglage T1 est relié à l'émetteur du deuxième transistor de réglage T2 et le collecteur du deuxième transistor de réglage est relié à la sortie de la barrière de sécurité. Une extrémité de la résistance R1 est reliée aux émetteurs respectifs des transistors de commande T3 et T4 dont les bases respectives sont reliées au travers des résistances R5 et R6 à l'autre extrémité de la résistance R1; le point de jonction se situe dans la branche d'émetteur du premier transistor de commutation. Les collecteurs des deux transistors T3 et T4 sont reliés à la base des deux transistors T1 et T2, cependant que sont respectivement intercalées deux diodes 10 et 11, 12 et 13 entre le collec- teur des transistors T3 et T4 et la base des transistors T1 et T2. En série avec les deux diodes, au-delà du point de jonction des deux collecteurs des transistors T3 et T4, se trouvent respectivement deux résistances de commande R3 et R4 dont l'autre extrémité est reliée au circuit de retour. A l'aide de la forme de réalisation conforme à l'invention, en raison de la réduction du nombre des résistances sensibles par rapport à lUétat de la technique, on a obtenu une réduction importante de la chute de tension. Pour le réglage de la diminiution du courant du circuit d'arrivee, seule la chute de tension de la résistance RI est utilisée. La chute de tension totale produite dans le circuit est pratiquement réduite de moitié par rapport à celle des réalisations connues selon les figures 1 et 2. La chute de tension dans le montage correspondant à la.figure 1 s'lève au xrcins IP x R3 - UBE1 + UBE3 + UCEsat2 + UBE4 = 3 x UBE + UCEsat + 1B x R3 Dans le montage correspondant à la figure 2, elle s'éleve au moins à: UBE3 + UICEsat1 + UBE4 + UCEsat2 = 2 x UBE + 2 x: UCEsat Celle du montage correspondant à la figure 3 s'élève au moins a: UBE3 + UCEsatl + UCEsat2 = UBE + 2 x UCEsat Core aon peut facilement le voir dans léquation, ceci correspond presque à une diminution de moitié par rapport au montage de la figure 2. La figure 4 montre une variante. Les transistors de commutation T1 et Tr2, qui dans la forme de réalisation de la figure 3 sont représentés comme des transistors PNP (tout comme les transistors de commande T3 et T4), sont maintenant représentés conme des semi-conducteurs MOS pilotables à résistance élevée. Cela rend possible de connecter à la place des diodes 10 et 11, 12 et 13, respectivement des résistances R7 et P8 aux bases des deux transistors-de commutation T1 et T2. Avec l'utilisation de semiconducteurs de cette sorte, les deux résistances R3 et R4 peuvent être très élevées (par exemple 10 mégohms), de telle sorte que le courant de fuite vers la masse ou par le circuit de retour R est presque négligeable. En outre, eu égard à la valeur élevée de R3 et R4, il en résulte une très bonne amplification de régulation. Dans un montage comme celui de la figure 4, avec un courant de court-circuit de 23,2 mA, la chute de tension totale s'élève par exemple seulement à 0,5 volt pour 22 mA. Le circuit de montage, en raison de la tension de seuil des transistors MOS T1 et T2, est sans aucun doute prêt à fonctionner seulement à partir de 5 volts environ. Tandis que les montages des figures 3 et 4 présentent un courant de fuite par le circuit de retour ou vers la masse, le montage de la figure 5 travaille sans ce même courant de fuite vers la masse. Le transistor de commutation T1 est un transistor PNP, son collecteur est relié à celui du deuxième transistor de commutation T2. Ce dernier est un transistor NPN. L'émetteur de ce transis- tor est relié à la ligne de sortie H (ligne d'entrée) par l'intermédiaire de la résistance R1. La résistance R1 est désormais une résistance commune pour les deux transistors de commande T3 et T4, dans la configuration suivante: L'extrémité proche de l'émetteur du transistor T2 est reliée à l'émetteur du transistor de commande T3 et à la base du transistor de commande T4, cependant qu'une autre résistance R 10 est connectée à la base du transis- tor T4. La base du transistor T3 est connectée par une résistance Rll et deux diodes 14 et 15,conjointement avec l'émetteur de l'autre transistor T4, à l'autre extrémité de la résistance R1. La résistance R5 a une extrémité connectée entre la résistance Rll et la diode R14, l'autre extrémité étant connectée au transistor T1. Quant à la résistance R4, elle a une extrémité reliée à l'émetteur de T1, l'autre reliée d'une part à la base de T2, d'autre part au collecteur de T4. Le collecteur de T3 est relié par la résistance R3 à la base de Tl. Un circuit de liaison vers la masse n'est pas nécessaire dans ce schéma de montage. Les transistors T2 et T4 ainsi que les résistances R1 et R4 constituent une source de courant qui est analogue à celle représentée sur la figure 1. Le transistor T3 débite sur la résistance R5 jusqu'à ce que UBE3 = 2 x UD - UR1. Pour une tension UD = UBE, le transistor T3, aux environs de UR1 = 0,6 volt, commence à se bloquer. Le transistor T1 est mis en conduction par la résistance R3 et le transistor T3 à l'état conducteur et, lorsque le courant croît à travers la résistance R1, le transistor T3 se blcque et donc aussi T1. la chute de tension s'élève au moins à: UBE1 + IB x R3 + UCEsat3 + UBE4 = 2 x UBE + IB x R3 + UCEsat La figure 6 représente un autre développement du schéma de la figure 5. Les deux transistors de commutation T1 et T2 sont des transistors PNP; le collecteur du transistor T2 est relie à une extrémité de la résistance R1, tandis que les bases de deux transistors de commande T5 et T6 sont,par l'intermédiaire de résistances R7 et R8, raccor- dëes entre le collecteur du transistor T2 et cette même extrémité de la résistance Rio Les émetteurs des deux transistors T5 et T6 sont reliés à l'autre extrémité de la résistance R1. Les deux collecteurs des transistors T5 et T6 sont reliés aux bases des deux transistors de commande T3 et T4; au point de raccordement du collecteur des transistors T5 et T6 et de la base des transistors T3 et T4 est reliée une extrémité des résistances respectives R5 et R6, l'autre extrémité de ces dernières étant reliée à l'émetteur du transistor Tl. Le collecteur du transistor T1 est relié à l'émetteur du transistor T2. Les collecteurs des transistors T3 et T4 sont respectivement raccordés aux bases des transistors TI et T2 par l'intermédiaire des résistances R3 et R4. Ici également, une liaison entre le circuit et le conducteur de masse ou de retour R ne se justifie pas, de sorte qu'il n'y a pas d'apparition de courant de fuite. L'avantage de ce dispositif par rapport à celui de la figure 5 réside dans l'utilisation de la chute de tension dans la résistance R1 pour la commande des deux transistors T1 et T2, de sorte que les deux transistors peuvent aller à saturation. La chute de tension minimale dans ce dispositif s'élève à: UCEsatl + UCEsat2 + UBE5 = 2 x UCEsat + UBE Dans l'ensemble de ces montages, la faible chute de tension est obtenue par l'utilisation de la chute de tension dans une résistance unique pour deux montages limiteurs de courant et par l'empêchement technique de sécurité, même en cas de panne, pour des courants non régulés d'aller de l'entrée non autoprotégée à la sortie autoprotégée, au moyen de deux diodes montées en série dans le sens de blocage ou au moyen de résistances en série et, en outre, par l'utilisation de semi- conducteurs pilotables à résistance élevée. Les transistors polaires, tels qu'ils appa- raissent dans le montage des figures 1 à 6,possèdent une résistance de sortie élevée. Ils sont ainsi par principe utilisables comme sources de courant sans montages auxi- liaires régulants. Deux problèmes gênent cependant leur utilisation pour des barrières de sécurité: plus le courant sera élevé, plus la résistance interne sera faible et, en outre, la base doit être alimentée avec un courant constant qui est à piloter de telle manière que la dépendance vis- à-vis de la température soit à peu près compensée. Les transistors MOS offrent l'avantage d'être de très bonnes sources de courant même avec des courants élevés et avant tout de pouvoir être, à résistance élevée, à tension commandée. Dans cette mesure, comme illustré sur la figure 4, les semi-conducteurs MOS ou les transistors de débit sont parfaitement utilisables, une certaine tension minimale devant être, il est vrai, présente chez ces derniers. La chute de tension totale de ces circuits conformes à l'invention se situe aux environ de 0,5 volt. Une résistance sensible pour le réglage n'est plus nécessaire si la propriété de source de courant de l'élément est elle-même utilisée. A titre d'exemple, le schéma de montage de la figure 7 est décrit à cet effet. S Dans le circuit d'entrée H est connecté un tel semi-conducteur IDS T1 (désignation BSS 97), dont la base est reliée à une résistance R 15 (circuit diviseur de tension). Une diode de Zener 16 et, en série avec elle, une résistance élevde R 16 sont monties entre les circuits d'entrée et de retour R. La résistance R 15 est reliée d'un côté au circuit d'entrée H avant le transistor T1 et, de J'autre# au point e jonction diode de Zener 16 et résistance R 16o En même temps, la propriété de source de courant du transistor T1 est utilisée et, jusquà une valeur de 80 % du courant de court-circuit, il ne se produit plus qu'une chute de tension de 0,17 volt. REVENDICATIONS 1. Barrière de sécurité autoprotégée comportant un circuit d'entrée muni de résistances limitrices et de deux transistors de commutation et un circuit de retour (retour par la masse) muni d'au moins deux transistors de commande qui, lors de l'élévation du courant dans le circuit d'entrée, pilotent les transistors de commutation pour le réglage du courant, caractérisée par le fait que, dans le circuit d'entrée, il n'est prévu qu'une seule résistance (R1) et que la résistance sensible est commune aux circuits base-émetteur des deux transistors de commande (T3 et T4). 2. Barrière de sécurité suivant la revendi- cation 1, caractérisée par le fait que les émetteurs des deux transistors de commande (T3 et T4) sont reliés en commun à une extrémité de la résistance sensible (R1) dont l'autre extrémité est reliée aux bases des deux transistors de commande soit directement, soit par l'intermédiaire d'une résistance. 3. Barrière de sécurité suivant la revendi- cation 2, caractérisée en ce que les collecteurs des deux transistors de commande (T3 et T4) sont reliés respective- ment aux bases d'autres transistors de commande,lesquels pilotent les transistors de commutation. 4. Barrière de sécurité suivant la revendi- cation 1, caractérisée en ce que l'émetteur du premier transistor de commande est relié en commun avec la base de l'autre transistor de commande à la première extrémité de la résistance sensible et la base du premier transistor de commande est reliée en commun avec l'émetteur de l'autre transistor de commande à l'autre extrémité de la résistance sensible.