Brevet FR2583596A1 — publié le 19861219

La présente invention se rapporte à un dispositif de pro- tection contre les courts-circuits qui peuvent se produire dans l'étage final des amplificateurs de puissance alimentés en basse tension, par exemple des amplificateurs du type utilisé dans les récepteurs de radiodiffusion pour véhicules. Le dispositif de protection auquel l'invention se rapporte trouve application dans la protection d'un étage amplificateur du type push-pull dans lequel un premier transistor est connecté par son circuit collecteur-émetteur entre le pôle positif de la tension d'alimentation et une borne de la charge, et un deuxième transistor est connecté par son circuit collecteur-émetteur entre le pôle négatif de la tension d'alimentation et la même borne de la charge, l'autre borne de la charge étant connectée à la masse. Ainsi que cela est connu, ces types d'amplificateurs sont fréquemment connectés à des charges qui sont principalement de nature résistive, dont la résistance peut tomber au-dessous de 2 ohms, afin de pouvoir obtenir une grande puissance de sortie. En conséquence, l'intensité que l'amplificateur doit pouvoir fournir à la charge est très élevée, ainsi qu'il est bien connu, tout en devant rester dans les limites de l'intensité maximale admise par les transistors qui constituent l'étage push-pull. Dans la technique connue, la protection contre les courts- circuits d'un étage amplificateur du type push-pull tel que celui indiqué plus haut est réalisée au moyen d'un dispositif qui capte l'intensité de courant débitée à la sortie de l'amplificateur et envoyée vers la charge, et qui intervient lorsque cette intensité atteint une valeur prédéterminée d'intensité de seuil proche de l'intensité maximale admise. Ce dispositif de protection connu ne satisfait pas pleinement les conditions de protection parce qu'il pourrait entrer en action, en bloquant l'amplificateur alors même-que le fonctionnement est normal et parce que, en outre, en cas de court-circuit entre la sortie vers la charge et le pôle positif ou négatif de l'alimentation, il laisse se former des pointes d'intensité très élevées et dangereuses pour les transistors finaux de l'amplificateur. Un autre type de protection selon la technique connue se base sur l'utilisation d'un capteur qui détecte la présence, aux bornes des transistors de l'étage final, d'une différence de po- tentiel inférieure à la tension minimale qui peut être admise par le circuit à la suite de l'établissement du court-circuit entre le p6le positif ou négatif et la sortie de l'amplificateur. Ce type de protection est dangereux pour les transistors parce que la petite résistance, inévitablement présente le long du parcours du courtcircuit,engendre à ses bornes, sous l'effet de la forte intensité qui la traverse, une différence de potentiel qui pourrait être supérieure à la tension minimale qui est admis- sible aux bornes des transistors finaux et qui pourrait ainsi ne pas être détectée. Dans ce cas, le court-circuit existe, mais la protection ne pourrait pas entrer en action. Le problème qui est à la base de la présente invention est donc celui qui consiste à assurer une protection contre les courts- circuits d'un étage final d'amplificateur du type push-pull qui permette de distinguer nettement entre le fonctionnement normal de l'amplificateur et des conditions de court-circuit sans limiter l'intensité de sortie de l'amplificateur que l'on peut avoir en fonctionnement normal. Selon l'invention, ce problème est résolu avec le dispositif de protection contre les courts-circuits de l'étage final d'un amplificateur push-pull du type indiqué plus haut, qui est caracté- risé en ce qu'il comprend: un premier capteur d'intensité destiné à capter l'intensité qui circule dans le premier transistor; un deuxième capteur d'intensité destiné à détecter l'intensité qui circule dans le deuxième transistor; - un premier et un deuxième convertisseur intensité-tension destinés à émettre des signaux de tension respectivement indicatifs des valeurs d'intensité captées par le premier et le deuxième capteur; un premier comparateur de tension destiné à comparer ledit signal de tension émis par le premier convertisseur à une première tension de référence positive prédéterminée; un deuxième comparateur de tension destiné à comparer le signal de tension émis par le deuxième convertisseur à la même tension de référence prédéterminée, le premier et le deuxième comparateur de tension élaborant et émettant des signaux de sortie respectifs lorsque l'un ou l'autre desdits signaux de tension est supérieur à ladite première tension de référence positive prédé- terminée; un troisième et un quatrième comparateur de tension destinés à comparer la valeur actuelle de la tension appliquée à la charge, respectivement à la valeur négative et à la valeur positive d'une deuxième tension de référence prédéterminée, le troisième et le quatrième comparateur de tension émettant des signaux de sortie respectifs selon que la valeur absolue actuelle de la tension appliquée à la charge est supérieure à la valeur absolue de la deuxième tension de référence prédéterminée; un premier circuit bistable pouvant être activé par les signaux de sortie provenant du premier et du troisième comparateur de tension lorsqu'ils sont tous deux présents; un deuxième circuit bistable pouvant être activé par les signaux de sortie provenant du deuxième et du quatrième comparateur de tension lorsqu'ils sont tous deux présents; et un commutateur intercalé dans le circuit d'alimentation de l'amplificateur et commandé par les signaux de sortie provenant de l'un ou de l'autre desdits circuits bistables. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé qui re- présente schématiquement une forme préférée et non exclusive de réalisation du dispositif de protection contre les courts-circuits selon l'invention. Dans l'exemple représenté sur le dessin, l'étage final de l'amplificateur 1 est composé des transistors T1 et T2 qui sont montés selon le schéma push-pull classique. Le transistor T1, par exemple du type n-p-n,est connecté par son circuit collecteur- émetteur entre le p8le positif +Vcc de la tension d'alimentation et la borne 2 de la charge RL, dont l'autre borne 3 est connectée à la masse de la façon classique. L'autre transistor T2, par exemple du type n-p-n, est connecté par son circuit collecteur-émetteur entre le pâle négatif -Vcc de la tension d'alimentation et la même borne 2 de la charge RL. Les bases des transistors T1 et T2 sont connectées aux autres parties du circuit de l'amplificateur, qu'on a omis de représenter sur le dessin du fait qu'elles sont classiques et qu'elles ne sont pas nécessaires pour la compréhension de l'invention. Selon l'invention, le dispositif comprend un premier capteur d'intensité SI1 qticapte, à travers la connexion fonctionnelle in- diquée schématiquement en 4, l'intensité qui circule dans le premier transistor T1, et un deuxième capteur d'intensité SI2 qui, à travers la connexion fonctionnelle indiquée schématiquement en 5, capte l'intensité circulant dans le transistor T2. Au premier capteur d'intensité SI1 et au deuxième capteur d'intensité SI2, sont associés respectivement des convertisseurs intensité-tension, classiques en soi, indiqués par CV1 et CV2. Ces convertisseurs CV1 et CV2 sont destinés à émettre respectivement des signaux de tension V1 et V2 indicatifs des valeurs d'intensité captées par les capteurs SI1 et SI2 dans les transistors T1 et T2 qui leur correspondent respectivement. Lesdits convertisseurs intensité-tension CV1 et CV2 sont respectivement connectés, à travers des connexions fonctionnelles indiquées schématiquement en 6 et 7, à des circuits opérationnels comparateurs de tension CMV1 et CMV2, o les signaux de tension V1 et V2 sont comparés à une première tension positive de référence prédéterminée +VREF1, laquelle est choisie de manière à être indi- cative de l'intensité maximale Imaxi qui peut être débitée par l'un des transistors T1 ou T2 en cas de court-circuit de l'autre transis- tor. Le dispositif de protection selon l'invention comprend en outre un troisième et un quatrième circuit opérationnel compara- teur de tension, classiques en soi, désignés respectivement par CMV3 et CMV4. Les comparateurs de tension CMV3 et CMV4 sont connectés par leurs connexions respectives 8 et 9 à la borne 2 de la charge RL de manière à capter la valeur actuelle de la tension Vo appliquée à la charge RL. Selon son signe, comme on le verra dans la suite, cette valeur de tension Vo est comparée, au moyen de l'un ou de l'autre des comparateurs de tension CMV3 ou CMV4, à une deuxième tension de référence -VREF2, dont la valeur absolue est supérieure à la valeur de la tension d'alimentation de l'amplificateur. Les comparateurs CMV1 et CMV3 sont connectés à un premier circuit bistable, ou une bascule, FF1 par des lignes 10 et 11 respectivement, tandis que les comparateurs de tension CMV2 et CMV4 sont connectés à un deuxième circuit bistable, ou une bascule, FF2 à travers des lignes 12 et 13 respectivement. Les sorties des bascules FF1 et FF2 sont connectées res- pectivement, à travers des lignes 14 et 15, à un commutateur SW, qui est à son tour intercalé dans le circuit d'alimentation de l'amplificateur 1, à travers la liaison fonctionnelle indiquée schématiquement en 16. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention se produit de la façon suivante. Si l'on suppose que le transistor T2 est court-circuité, le capteur SI1 capte l'intensité qui traverse le transistor T1. Cette intensité est convertie en un signal de tension correspondant par le convertisseur CV1 et le signal de tension V1 émis par ce convertisseur parvient par la liaison 6 au comparateur de tension CMV1, o il est comparé à la tension de référence +VREF1. Etant donné que la tension de référence VREF1 représente la valeur d'intensité Imaxi qui peut être débitée par le transistor T1 dans le cas o il se produit un court-circuit dans l'amplificateur, si le signal de tension V1 est supérieur à cette tension de 2Z583596 référence, le comparateur CMV1 émet un signal de sortie S1 qui par- vient à la bascule FF1 à travers la ligne 10. La tension de référence +VREFi,qui représente ainsi qu'on l'a déjà dit l'intensité admissible pouvant être débitée par les transistors en cas de court-circuit dans l'amplificateur, peut être choisie de manière à représenter une valeur d'intensité qui peut être nettement inférieure à l'intensité maximale pouvant être débi- tée sur la charge par l'étage push-pull dans les conditions de fonctionnement normal. De cette façon, on évite que le dispositif de protection ne puisse intervenir, comme dans les dispositifs connus, même en présence d'intensités de charge élevées, mais dues à des conditions de fonctionnement normales. Dans lesconditions qui ont été décrites jusqu'à présent, la bascule FF1 n'est pas encore mise en état d'intervenir sur le commutateur SW. En effet, il faut pour cela qu'il se manifeste une autre condition. Si, comme on l'a indiqué plus haut, le court- circuit s'est- développé au niveau-du transistor T2, le potentiel du noeud 2 tendra à prendre le potentiel du pôle négatif de l'alimentation -Vcc. La tension effective présente à ce noeud est appliquée, par la liaison 8, au comparateur CMV3, o elle est comparée à la valeur négative -VREF2 de la deuxième tension de référence. Cette dernière tension de référence est préalablement choisie avec une valeur absolue non supérieure à la valeur de la tension d'alimentation Vcc de l'amplificateur. S'il se vérifie que, à la suite de la comparaison entre la tension Vo et la deuxième tension de référence VREF2, la valeur absolue de la première est supérieure à la valeur absolue de la deuxième, c'est-à-dire si Vo est inférieure à -VREF2 dans le cas représenté, il apparaît à la sortie du comparateur CMV3 un signal R3 qui parvient à la bascule FF1 à travers la liaison 11. En présence des deux signaux S1 et R3, la bascule FF1 modifie son état. Son signal de sortie détermine, à travers la liaison 14, l'intervention du commutateur SW qui,à son tour, intervient sur l'alimentation de l'amplificateur 1, à travers la liaison 16, pour interrompre cette alimentation ou la mettre en état d'attente. L'état de la bascule FF1 ne change pas même si le signal S1 relatif à l'intensité vient à manquer par suite d'une dispari- tion de l'intensité débitée qui est due, par exemple, à l'extinction des générateurs de courant de l'amplificateur, ceci parce que les conditions de court-circuit restent présentes. En effet, la bascule FF1 ne commute sur l'autre état en activant ainsi l'amplificateur à travers le commutateur SW que lorsqu'il lui parvient un ordre de rétablissement qui, dans l'état représenté, se présente lorsque la tension Vo devient inférieure à la tension de référence VREF2, c'est-à-dire lorsque le courtcircuit est supprimé. Il se produit un fonctionnement analogue dans le cas o les conditions du court-circuit intéressent le transistor T1. Dans ce cas, lorsqu'il se présente des conditions dans lesquelles l'intensité traversant le transistor T2 est supérieure à l'intensité supérieure maximale admissible, à laquelle correspond la première tension de référence VREF1 et que la tension Vo au niveau de la charge RL est supérieure à la valeur positive +VREF2 de la deuxième tension de référence, le signal de sortie S2 provenant du comparateur CMV2 et le signal de sortie R4 provenant du comparateur de tension CMV4 déterminent l'intervention du circuit bistable FF2 et, par conséquent, ici également, la commande du commutateur SW à travers la ligne de liaison 15. Il ressort de ce qui a été décrit ci-dessus que le dispositif de protection contre les courts-circuits selon l'invention travaille en opérant une nette distinction entre court-circuit et fonctionne- ment normal et qu'il n'impose pas de limitation au courant de sortie de l'amplificateur lorsque ce dernier est en fonctionnement normal. Le dispositif peut aussi être utilisé dans le cas o la charge RL est en partie réactive et, dans ce dernier cas, comme il sera facile de le comprendre pour l'homme de l'art, ceci n'exige qu'un choix approprié des valeurs de la première tension de référence VREF1, qui est liée à l'intensité Imaxi admissible dans les transistors dans les cas de courtcircuit, et de la deuxième tension de référence VREF2 de manière à éviter les interventions intempestives du dispositif de protection. 8 2583596 Les matériaux et composants du dispositif sont choisis en fonction des exigences de construction spécifiques. Bien entendu, diverses modifications et variantes pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement h titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection contre les courts-circuits de l'étage final des amplificateurs de puissance fonctionnant à une basse tension d'alimentation, ledit étage final étant du type push-pull et comprenant un premier transistor (T1) connecté entre le pâle positif (+Vcc) de la tension d'alimentation et une borne de la charge (RL), et un deuxième transistor (T2) connecté entre le pôle négatif (-Vcc) de la tension d'alimentation et la même borne de la charge (RL), l'autre borne de la charge étant connectée à la masse, caractérisé en ce qu'il comprend: un premier capteur d'intensité (SI1) destiné à capter l'intensité qui circule dans le premier transistor (T1); un deuxième capteur d'intensité (SI2) destiné à détecter l'intensité qui circule dans le deuxième transistor (T2); un premier et un deuxième convertisseur intensité- tension (CV1 et CV2) destinés à émettre des signaux de tension (V1 et V2) respectivement indicatifs des valeurs d'intensité captées par le premier et le deuxième capteur (SI1 et SI2); un premier comparateur de tension (CMV1) destiné à comparer ledit signal de tension (V1) émis par le premier convertisseur (CV1) à une première tension de référence positive prédéterminée (+VREF1); un deuxième comparateur de tension (CMV2)destiné à comparer le signal de tension (V2) émis par le deuxième convertisseur (CV2) à la même tension de référence prédéterminée (+VREF1), le premier et le deuxième comparateur de tension élaborant et émettant des signaux de sortie respectifs (S1, S2) lorsque l'un ou l'autre desdits signaux de tension (V1 et V2) est supérieur à ladite première tension de référence positive prédéterminée (+VREF1); un troisième et un quatrième comparateur de tension (CMV3 et CMV4) destinés à comparer la valeur actuelle de la tension (Vo) appliquée à la charge (RL), respectivement à la valeur négative et à la valeur positive d'une deuxième tension de référence prédéterminée (VREF2), le troisième et le quatrième comparateur de tension (CMV3, CMV4) émettant des signaux de sortie 25835961 respectifs (R3,R4) selon que la valeur absolue actuelle de la tension (Vo) appliquée à la charge (RL) est supérieure à la valeur absolue de la deuxième tension de référence prédéterminée (VREF2); un premier circuit bistable (FF1) pouvant être activé par les signaux de sortie (S1, R3) provenant du premier et du troisième comparateur de tension (CMV1, CMV3) lorsqu'ils sont tous deux présents; un deuxième circuit bistable (FF2) pouvant être activé par les signaux de sortie (S2, R4) provenant du deuxième et du quatrième comparateur de tension (CMV2, CMV4)lorsqu'ils sont tous deux présents; et un commutateur (SW) intercalé dans le circuit d'alimenta- tion de l'amplificateur (1) et commandé par les signaux de sortie provenant de l'un ou de l'autre desdits circuits bistables. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de ladite première tension de référence prédéterminée (+VREF1) du premier et du deuxième comparateur de tension est indicative de la valeur de l'intensité maximale (Imaxi) pouvant être débitée par l'un des transistors (T1, T2) de l'étage push- pull de l'amplificateur dans le cas de court-circuit de l'autre transistor. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur absolue de ladite deuxième tension de référence pré- déterminée (VREF2) du troisième et du quatrième comparateur de tension n'est pas supérieure à la valeur de la tension d'alimentation de l'étage final de l'amplificateur.