Brevet FR2564264A1 — publié le 19851115

1, 2564264 "RELAIS STATIQUE POUR COURANT CONTINU" La présente invention concerne un re- lais statique pour courant continu notamment sous bas- se tension, destiné à l'alimentation d'une charge, com- prenant un transistor bipolaire de sortie d'un premier type de conductivité dont le collecteur est connecté à une borne de sortie destinée à alimenter la charge, laquelle est reliée par ailleurs à un pôle commun d'ali- mentation, dont l'émetteur est relié à une borne d'ali- mentation destinée à être connectée à l'autre pôle de ladite alimentation, le transistor de sortie étant blo- qué ou passant selon le signal appliqué sur sa base. Un tel relais statique est utilisable notamment dans le domaine des installations électriques des véhicules automobiles, application dans laquelle il est susceptible de remplacer avantageusement les sys- tèmes classiques à relais électromagnétiques. Un tel relais peut être utilisé pour le cas des installations électriques des véhicules automobiles pour lesquelles les diverses ampoules doivent être ali- mentées par des transistors de commande à la tension no- minale de la batterie. Cependant, il ne présente pas de mo- yens permettant d'identifier des anomalies relatives à la charge, à savoir non connexion, ou mise en court-circuit de celle-ci, et selon des modes préférés, contre des anomalies relatives à l'alimentation électrique du relais. L'invention concerne ainsi un dispositif du type précité et qui comporte un transistor bipolaire également du premier type de conductivité, dit premier transistor de contr8le, dont le trajet émetteur-base augmenté d'une résistance de base est connecté en paral- lèle sur le trajet émetteur-base du transistor bipolaire de sortie, et un second transistor de contr8le, à effet de champ MOS à enrichissement et à canal du second type de conductivité dont le drain est relié au collecteur du premier transistor de contrôle et la grille au col- lecteur du transistor de sortie, de telle sorte qu'un' signal représentatif de l'état de la charge est produit par la source du second transistor de contrôle. Le relais selon l'invention peut être réalisé sous forme de circuit intégré. Selon une variante préférée, un signal de commande est appliqué sur la grille d'un transistor de commande et le signal de contrôle obtenu à partir du collecteur du transistor de contrôle est directement utilisé pour réaliser un auto-entretien du relais. Le relais comporte à cet effet un tran- sistor de commande à effet de champ MOS à enrichissement et à canal du second type de conductivité dont la source est reliée à une borne de pôle commun, dont le drain est relié à la base du transistor de sortie par l'inter- médiaire d'un résistance de limitation de courant et dont la grille est commandée à partir d'une borne de commande et est reliée d'une part à la borne de mode commun par une résistance d'auto-entretien et d'autre part à la source du second transistor de contrôle de manière à appliquer sur la grille du transistor de com- mande une tension d'auto-entretien dans l'état normal de la charge. Selon un mode de réalisation, le relais fournit un signal de contrôle selon un état logique. Le relais comporte à cet effet un transistor de verrouil- lage, à enrichissement et à canal du second type de con- ductivité dont le trajet drain-source est branché en parallèle sur la résistance d'auto-entretien, et dont la grille est reliée à ladite borne de commande et, un circuit logique formé de deux transistors de contrôle MOS à effet de champ en série, à enrichissement et dont le type de canal est opposé l'un par rapport à l'autre, le premier ayant sa grille reliée à la borne de com- mande et le second ayant sa grille reliée au drain du transistor de commande de manière à trans- mettre vers une borne logique de contrôle un signal de contrôle à deux états. Le relais peut également être commandé par tout ou rien grâce à un circuit générateur d'impul- sion calibrée comportant une première, et une deuxième résistance, chacune ayant une électrode connectée à la borne d'alimentation, et son autre électrode étant re- liée respectivement à une électrode d'un condensateur, l'électrode commune au condensateur et à la deuxième résistance étant reliée à la grille d'un transistor à effet de champ MOS à enrichissement et à canal du pre- mier type de conductivité dont la source est reliée à la borne d'alimentation et le drain à la grille du transistor de commande, le point commun au condensateur et à la première résistance étant relié à la borne de commande de telle sorte que, lorsque la borne de com- mande est mise à la masse, le circuit générateur d'im- pulsion produise une impulsion de mise en marche. Selon un mode de réalisation, le pre- mier transistor du circuit logique a un canal du pre- mier type de conductivité, et a son drain connecté à la borne logique de contrôle, et sa source à celle du second transistor dont le drain est reliée à la borne d'alimentation. Selon une variante avantageuse, la borne de commande est attaquée par un transistor de commande logique à effet de champ MOS à enrichissement dont le trajet drain-source est branché entre la borne de pole commun et la borne de commande de telle sorte que sa grille reçoive une commande logique par exemple TTL, permettant ladite mise à la masse de la borne de comman- de. L'auto-entretien de relais peut être éga- lement réalisé en mettant en oeuvre une seconde résis- tance d'auto-entretien disposée entre la source du se- cond transistor de contrôle et l'électrode non à la mas- se de la première résistance d'auto-entretien, de ma- nière à former avec celle-ci au pont diviseur. L'invention sera mieux comprise à la lec- ture'de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif en liaison avec les figures qui représentent: - la figure 1, un schéma d'un relais selon l'invention; - la figure 2, une échelle des tensions recueillies à la borne C de la figure 1, selon les di- vers états de la charge; - la figure 3, une variante de l'invention avec auto-entretien du relais; - la figure 4, une.variante de la figure 3 délivrant un signal logique de contrôle. Sur la figure 1, un transistor bipolaire Ts PNP, dit de type P, a son trajet émetteur-collecteur inséré entre une première borne 1 d'une alimentation 10 et une première connection 12 d'une charge Z, l'autre borne 2 de l'alimentation et l'autre connexion 14 de la charge étant reliées l'une et l'autre à un pâle de mode commun. L'alimentation 10 est une alimentation continue à basse tension, dont la tension Vbat a une valeur de 12 volts par exemple dans le cas d'une batterie. Le transistor de sortie Ts est commandé de manière classique par l'intermédiaire de sa base re- liée à une borne de commande D. Un interrupteur 8 exté- rieur au circuit permet de relier la borne de commande D à une extrémité d'une résistance RI1 dont l'autre ex- trémité est connectée au pôle de mode commun. La ferme- ture de l'interrupteur 8 entraîne le passage à l'état passant du trajet émetteur-collecteur du transistor de sortie Ts et l'alimentation de la charge Z. Un premier transistor de contrôle To1 bipolaire également de type p a son trajet émetteur-base relié en parallèle au tra- jet émetteur-base du transistor de sortie Ts, c'est-à- dire que l'émetteur du transistor Tc1 est relié à celui du transistor Ts et à la borne d'alimentation Vbat, et que la base du transistor Tcl dans laquelle est dispo- sée une résistance de base Rb est reliée à la base du transistor de sortie Tc. Le collecteur du premier transistor de contrôle Tc1 est connecté au drain d'un second transis- tor de contrôle Tc2 à effet de champ MOS à enrichisse- ment et à canal n, dont la grille est connectée au col- lecteur du transistor de sortie Ts et la source à une borne de contrôle C. Lorsque cette dernière est chargée par une résistance Rc disposée entre la borne C et la masse, la borne C délivre une tension Vc représentative de l'état de la charge Z. Un diagramme desdiverses valeurs signifi- catives de la tension Vc est représenté à la figure 2. En cas de marche normale du relais, le collecteur du transistor de sortie Ts débite dans la charge Z un courant compris entre une valeur minimale Imin et une valeur maximale Imax, laquelle correspond à l'appel de courant à l'allumage quand la charge Z est une lampe, par exemple d'un phare d'automobile, ou bien une charge inductive. En régime établi, le courant est stabilisé à une valeur nominale Inom. nom. Lorsque le relais est commandé (interrup- teur 8 fermé), et que l'état de la charge est normal (Imin min Max c tant plus élevée que I est plus proche de Ima. Ceci est dû au fait que le collecteur du transistor Tcl délivre dans R. un courant qui croît en fonction du courant I, c ce courant traversant le trajet drainsource du second transistor de contrôle Tc2 qui est passant du fait que la grille de Tc2 est au potentiel du collecteur du tran- sistor de sortie Ts, voisin de Vbat. Dans le cas o la charge n'est pas con- nectée (ZNC), le collecteur de Ts ne dobite pas de cou- rant, et son potentiel reste à un niveau élevé, ce qui fait que le second transistor de contrôle Tc2 reste à l'état passant. Le collecteur du premier transistor de contrôle Tcl délivre dans Rc un courant faible, ce qui génère sur la borne de commande C une tension Vc très inférieure à celle recueillie en cas de fonctionnement normal. Dans le cas o la charge Z est court- circuitée (CC), la grille du second transistor de con- trôle Tc2 est au potentielnul,ce qui induit le blocage de ce dernier. De ce fait, le potentiel Vc est égale- ment nul. Dans le cas o le relais n'est pas ac- tionné, on retrouve la même configuration que dans le cas précédent. Le courant dans le collecteur du transistor de sortie Ts étant nul, la grille du second transistor de cnrl s contr8le Tc2 est au potentielnul,et le potentiel Vc est nul. En résumé, lorsque le relais est en état de marche normale, on recueille à la borne de contrôle C une tension Vc située dans une gamme élevée, alors que l'arrêt du relais ou les incidents de fonctionnement in- duisent-sur celle-ci des tensions Vc faibles ou nulles. - Selôn la figure 3, le relais est auto- entretenu. On utilise à cet effet le signal disponible à la source du second transistor de contrôle TC2. Le-signal impulsionnel envoyé sur la borne de commande D à travers une diode d'isolement D3 est reçu par la grille d'un transistor de commande Td à effet de champ MOS à enrichissement et à canal n dont le drain, à son tour, est relié à la base du transistor de sortie Ts à travers la résistance R1. Le relais étant auto- entretenu, il peut être commandé par une impulsion. Cette impulsion a une durée suffisante pour forcer la commande pendant la montée du courant dans la char- ge Z. La source du transistor Td est connectée à la masse, ce qui fait que tant que le transistor de com- mande Td est passant, la résistance R1 est connectée entre la base de Ts et la masse. La source du second transistor de con- trâle Tc2 est reliée à la borne de commande D. L'auto- entretien du relais est obtenu grâce a une résistance dite d'autoentretien RAE disposée entre la grille du transistor de commande Td et la masse. A titre d'exemple, si on réalise le re- lais sous forme intégrée monolithique, il convient de noter que le transistor Tc1 sera en général un transistor latéral de gain inférieur ou égal à 30. Dans un tel cas, une résistance Rb de l'ordre de 1 k-QL est convenable. La valeur de Rb une fois fixée, le ré- glnge de l'auto-entretien est obtenu en jouant sur la valeur de RAE, de manière que, dès que la tension de la borne D approche celle correspondant à la condition de charge non connectée, le transistor de commande Td soit désamiorcé. Une résistance RX de faible valeur x peut également être disposée en série entre RAE et la source de Tc2. Le mode de réalisation de la figure 4 permet de commander le relais à l'aide d'un niveau logi- que appliqué sur la grille d'un transistor T5 à effet de champ MOS du type à enrichissement et à canal n. Il comporte un générateur d'impulsion calibrée comprenant deux résistances R3 et R4 ayant une électrode commune connectée à la R source d'alimentation Vbat, leur autre électrode étant connectée respectivement à chacune des électrodes d'un condensateur C1, par exemple la capacité interne d'un transistor MOS intégré. La borne commune au condensateur C1 et à la résistance R4 est reliée à la grille d'un - transistor T2 à effet de champ MOS du type à enrichisse- ment et à canal p, dont la source est alimentée à la tension Vbat, et le drain qui constitue la sortie du générateur d'impulsion est relié à la grille du transis- tor de commande Td. La borne commune au condensateur C1 et à la résistance R3 est reliée à la borne de commande D. Lorsque celle-ci est mise à la masse par déblocage du transistor T5, la grille du transistor T2 se trouve momentanément au Potentiel nul, et le condensateur C1 dont une électrode est à la masse, se charge à travers R4 avec une constante de temps R4 C1. Le transistor T2 se trouve donc avoir son trajet émetteur- drain passant tant que son potentiel de grille n'est pas remonté à un niveau suffi- sant, ce qui se produit au bout d'un temps donné par char- ge du condensateur C1. On recueille de ce fait une impul- sion sur le drain de T2 alimentant la grille du transis- tor de commande Td de manière à débloquer celui-ci. L'es- pace grille-drain de T2 remplit la fonction d'isolement de la diode D3 de la figure 3.'Après disparition de l'im- pulsion sur le drain de T2, le relais est auto-entretenu comme dans le cas de la figure 3. Un transistor de verrouillage T1 à effet de champ MOS à enrichissement et à canal n a son trajet drain-source connecté aux bornes de la résistance d'au- to-entretien RAE, sa source étant reliée à la masse. La grille du transistor T1 est reliée à la borne de comman- de D. Lorsque le'transistor T est bloqué, la grille du _ 5. transistor T1 est à un potentiel élevé et le transistor de verrouillage T1 court-circuite la résistance d'auto- entretien RAE, ce qui met la grille du transistor de com- mande Td à la masse d'ou résulte la désactivation du re- lais. Par contre, lorsque le transistor T5 est débloqué, la grille du transistor de verrouillageT1 est à la mas- se et la résistance RAE n'est plus court-circuitée. Le circuit de la figure 4 présente éga- lement une borne logique de contr8le C' commandée par un circuit logique de contrôle à deux transistors T3 et T4 à effet de champ MOS à enrichissement dont les canaux sont de types opposés. Le transistor T3 à canal n, a son drain relié à la tension d'alimentation Vbat par l'intermédiaire d'une résistance de polarisation R6, sa grille au drain du transistor de commande Td et sa source à celle du transistor T4 à canal p dont la gril- le est connectée à la borne de commande D, et le drain qui constitue la borne logique de contrôle C', à la borne de pôle commun par l'intermédiaire d'une résistante R5 de division de manière à être compatible avec des ni- veaux logiques (par exemple TTL). La borne logique C' fonctionne selon la table de vérité suivante: ARRET (T5 bloqué) 0 : -: : MARCHE (T5 passant): O: * MARCHE + ZNC: : MARCHE + CC: 1 : Le circuit. de la figure 4 est commandé par une borne logique de commande D' reliée à la grille du transistor logique T5, à effet de champ MOS du type à enrichissement. Si, comme représenté, celui-ci est à ca- nal n, sa source étant à la masse et son drain relié à la borne de commande D, un 1 logique sur la grille du transistor T5 rend son trajet émetteur-drain conducteur et provoque la mise en marche du relais. Si le transistor T est à canal p, avec sa source reliée à la borne de commande D, et son drain à la masse, la commande s'ef- fectue sur la borne logique D' selon une logique inverse. Une diode D2 disposée entre la borne d'a- limentation Vbat et la source de T2 et dans le sens pas- sant lorsque la tension d'alimentation est branchée cor- rectement permet de protéger le relais en cas d'inver- sion accidentelle de la tension d'alimentation Vbat. Selon une variante fonctionnant selon une logique inverse, on prélève le signal logique du cir- cuit logique de contr8le sur le drain de T3, qui n'est plus relié à Vbat, le drain de T4 étant pour sa part relié à la masse. l REVENDICATIONS: 1. Relais statique pour courant continu, destiné à l'alimentation d'une charge (Z), comprenant un transistor bipolaire de sortie (Ts) d'un premier type de conductivité (p) dont le collecteur est connec- té à une borne de sortie destinée à alimenter la charge (Z), laquelle est reliée par ailleurs à un pôle commun d'alimentation, dont l'émetteur est relié à une borne d'alimentation destinée à être connectée à l'autre pâle de ladite alimentation, le transistor de sortie étant bloqué ou passant selon le signal appliqué sur sa base, caractérisé en ce qu'il comporte un transistor bipolaire également du premier type de conductivité dit premier transistor de contrôle (T cl) dont le trajet émetteur-base augmenté c d'une résistance de base (Rb) est connecté en parallèle sur le trajet émcetteur-base du transistor bipolaire de sortie (Ts), et -n second transistor de contrôle (Tc2), à effet de champ MOS à enrichissement et à canal du se- cond type de conductivité (n) dont le drain est relié au collecteur du premier transistor de contrôle (Tcl) et la grille au collecteur du transistor de sortie (Ts), de telle sorte qu'un signal représentatif de l'état de la charge (Z) est produit par la source du second transis- tor de contrôle (Tc2). 2. Relais statique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un transistor de com- mande (Td) à effet de champ MOS à enrichissement et à canal du second type de conductivité (n), dont la source est reliée à une borne de pôle commun, dont le drain est relié à la base du transistor de sortie (Ts) par l'inter- médiaire d'une résistance de limitation de courant (R1), et dont la grille est commandée à partir d'une borne de commande (D) et est reliée d'une part à la borne de mode commun par une résistance d'auto-entretien (RAE) et A d'autre part à la source du second transistor de contrô- le (Tc2), de manière à appliquer sur la grille du tran- sistor de commande (Td) une tension d'auto-entretien dans l'état normal de la charge (Z). 3. Relais statique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un transistor de verrouillage (T1), à effet de champ MOS à enrichissement et à canal du second type (n) dont De trajet drain-source est branché en parallèle sur la résistance d'auto-entretien (RAE), et dont la grille est reliée à ladite borne de commande (D), et un circuit logique formé de deux transistors de contrôle MOS à effet de champ en série, à enrichissement et dont le type de canal est opposé l'un par rapport à l'autre, le premier (T4) ayant sa grille reliée à la borne de commande et le second (T3) ayant sa grille re- liée au drain du transistor de commande (Td) de manière à produire sur une borne logique de contrôle (C') un signal de contrôle à deux états. 4. Relais statique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit générateur d'impulsion calibrée comprenant une première et une deuxième résistance (R3, R4) chacune ayant une électrode connectée à la borne d'alimentation (Vbat), et son autre électrode étant reliée respectivement à une électrode d'un condensateur (C1) l'électrode commune au condensa- teur (C1) et à la deuxième résistance (R4) étant reliée à la grille d'un transistor à effet de champ MOS à enri- chissement et à canal du premier type de conductivité (p) dont la source est reliée à la borne d'alimentation (Vbat) et le drain à la grille du transistor de commande (Td), le point commun au condensateur (C1) et à la pre- mière résistance (R3) étant relié à la borne de commande (D) de telle sorte que, lorsque la borne de commande (D) est mise à la masse, le circuit générateur d'impulsion produise une impulsion de mise en marche. 5. Relais statique selon une des revendica- tions 3 ou 4, caractérisé en ce que le premier transis- tor (T4) du circuit logique a un canal du premier type de conductivité (p) , et a son drain connecté à la borne logique de contrôle C', et sa source à celle du second transistor (T3) dont le drain est connecté à la borne d'alimentation (Vbat). 6. Relais statique selon une des revendica- tion 3 à 5, caractérisé en ce que la borne de commande est attaquée par un transistor de commande logique (T5) à effet de champ MOS à enrichissement dont le trajet drain-source est branché entre la borne de pôle commun et la borne de commande (D) de telle sorte que sa grille reçoive une commande logique (TTL) permettant ladite mise à la masse de la borne de commande (D). 7. Relais statique selon une des revendica- tions 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une secon- de résistance d'auto-entretien (Rx) disposée entre la source du second transistor de contrôle (Tc2) et l'élec- trode non à la masse de la première résistance d'auto- entretien (RAE), de manière à former avec celle-ci un pont diviseur.