Brevet FR2575875A1 — publié le 19860711

Montage d'alimentation en puissance, redondant avec protection contre les poussées de tension ". La présente invention concerne un montage d'alimentation en puissance, redondant avec pro- tection contre les poussées de tension. De façon générale, l'invention concerne un montage d'alimentation en puis- sance, continue, redondant pour alimenter un circuit de charge ainsi qu'un moyen pour protéger le montage con- tre les signaux transitoires de tension de fréquence et d'amplitude élevées qui peuvent être générés par le circuit de charge. Il est connu de brancher des ali- mentations électriques, continues, redondantes en paral- lèle sur une seule charge. Comme la tension des alimenta- tions n'est pas en général identique, il est connu de placer une diode d'attribution en série sur chaque alimen- tation. Dans un tel montage, la diode associée à l'ali- mentation d'amplitude en tension la plus élevée sera polarisée dans le sens direct et relie son alimentation à la charge. La diode associée à l'alimentation d'ampli- tude la plus faible sera polarisée en sens inverse par l'amplitude de tension plus élevée de l'autre alimenta- tion en tension qui en fait coupe de l'alimentation celle dont l'amplitude de tension est la plus faible. Un tel montage évite également que l'alimentation en puissance dont l'amplitude en tension est la plus faible ne soit court-circuitée par l'autre alimentation. Si l'une des alimentations est éloignée réellement du cir- cuit ou est coupée pour toute autre raison, l'autre alimentation en tension d'un tel montage redondant four- nit la puissance à la charge. Une difficulté se présente dans ce type de montage d'alimentation en tension, redondant lorsqu'il est utilisé pour alimenter Un circuit de charge ayant des composants ou couplé à des composants qui génè- rent des signaux transitoires de tension de fréquence et d'amplitude élevées dans le circuit de charge. Un tel signal transitoire de tension risque de détruire les diodes en série sur les alimentations redondantes, ce qui se traduit par la coupure de l'alimentation par rap- port au circuit de charge. La présente invention a pour but de créer un montage d'alimentation en puissance, continue, redondant du type ci-dessus qui en outre évite la diffi- culté mentionnée, liée aux signaux transitoires de ten- sion élevée provenant du circuit de charge sur lequel sont branchées les alimentations redondantes. L'invention a également pour but de créer un montage comportant des modules enfichables, dis- tincts, ayant chacun un circuit de traitement lié fonc- tionnellement au circuit de charge et une alimentation attribuée au circuit de charge, n'importe lequel des modules pouvant être coupés du circuit de charge sans influencer le fonctionnement du circuit de charge en liai- son avec les modules qui restent. A cet effet, l'invention concerne un montage d'alimentation en puissance continue, redon- dant pour alimenter un circuit de charge, le montage d'alimentation recevant des signaux transitoires de ten- sion, de fréquence et d'amplitude élevées provenant du circuit de charge, montage comportant une première et une seconde branche d'alimentation branchée électrique- ment en parallèle sur le circuit de charge, chaque bran- che d'alimentation comportant une alimentation en ten- sion continue et une diode Zener branchée en série sur l'alimentation en tension. Les diodes Zener sont choi- sies et montées de façon qu'au moins l'une des alimenta- tions en tension alimente le circuit de charge. En outre, chaque diode Zener a une tension de claquage inverse pour bloquer un signal transitoire de tension provenant du circuit de charge sur cette tension de claquage inver- se et créant un chemin à faible impédance pour une pous- sée de courant associée au signal transitoire de tension. L'invention dans sa forme la plus large concerne un montage d'alimentation en puissance continue, redondant alimentant en puissance un circuit de charge, ce montage subissant des signaux transitoires de tension de fréquence et d'amplitude élevées provenant du circuit de charge, ce montage comportant au moins une première et une seconde branche d'alimentation montée électriquement en parallèle 'sur le circuit de charge, chaque branche d'alimentation de puissance ayant une ali- mentation en tension continue et une diode Zener, les diodes Zener ayant des caractéristiques telles et étant choisies et montées pour qu'au moins l'une des alimenta- tions en tension soit reliée au circuit de charge, cha- que diode Zener ayant une tension de claquage inverse pour bloquer un signal transitoire de tension provenant du circuit de charge pour la tension de claquage inverse et créant un chemin de faible impédance pour la poussée de courant résultante associée au signal transitoire de tension. Le montage tel que décrit dans le mode de réalisation préférentiel utilise des diodes Zener à la manière de diodes habituelles pour attribuer la puissance fournie par les alimentations de puissance branchées en parallèle, redondantes. Les diodes Zener servent toutefois à une fonction supplémentaire de pro- tection de chaque circuit d'alimentation contre les poussées de tension d'amplitude et de fréquence élevées et qui détruiraient une diode habituelle. De façon préfé- rentielle, les diodes Zener branchées en série ont une possibilité de passage de courant élevé dans la direction inverse et peuvent ainsi résister à la puissance impul- sionnelle maximale d'une poussée de tension. Une telle diode Zener peut résister à un signal transitoire de tension élevée, en laissant passer la poussée de courant correspondante vers l'alimentation qui normalement a son propre circuit de protection pour éviter les effets de la poussée de courant. Suivant une autre caractéristique, le montage redondant selon l'invention est utilisé en liaison avec des modules enfichables, chaque module ayant un circuit de traitement de signal lié fonctionnel- lement au circuit de charge et sa propre alimentation. Selon cette caractéristique de l'invention, tout module peut être coupé du circuit de charge, par exemple pour l'entretien sans couper l'alimentation de la charge ou sans influencer d'une autre manière le fonctionnement de l'autre circuit de charge en liaison avec le circuit de traitement des autres modules. COURTE DESCRIPTION DES DESSINS: La présente invention sera décrite de façon plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisa- tion préférentiel donné à titre d'exemple, représenté aux dessins annexés, dans lesquels l'unique figure est un schéma partiellement en bloc d'une alimentation redon- dante selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DU MODE DE REALISATION PREFERENTIEL: Une alimentation redondante selon l'invention est représentée dans le dessinqui se rapporte à une application particulière à un transmetteur à boucle de courant qui fournit un courant correspondant à une valeur d'un paramètre mesuré. Dans cette application, le courant est utilisé pour alimenter des résistances de référence, respectives donnant une tension qui est trai- tée par un circuit de modules d'entrée analogiques à enfichage,-respectif comme examiné ci-après. La descrip- tion de l'alimentation redondante selon l'invention dans le contexte de cette application particulière ne constitue pas une limitation à l'utilisation de l'inven- tion pour d'autres applications. Au contraire, l'alimen- tation redondante selon l'invention peut s'utiliser cha- que fois que l'on veut avoir une alimentation redondante commandant une charge faisant partie d'un circuit sus- ceptible de présenter des signaux transitoires de tension de fréquence et d'amplitude élevées et auxquels doit s'adapter l'alimentation. Selon la figure, un module à enfi- chage 1 et un module à enfichage 3 sont reliés par l'in- termédiaire d'éléments de connexion males et femelles indiqués par les flèches respectives tournées vers les bornes à vis 5-12. Les modules à enfichage 1 et 3 qui peuvent être des plaques de circuit classiques ont chacun une alimentation en tension respective 13, 15 et un cir- cuit-tampon et traducteur de signal 17, 19. Les bornes à vis 5, 6, 9 et 10 sont branchées de façon que lorsque les éléments males des modules à enfichage 1 et 3 coopèrent avec les éléments femelles associés aux bornes à vis, les alimentations en tension 13 et 15 sont électriquement en parallèle pour commander un transmetteur à boucle de courant 21 branché entre les bornes à vis 5 et 12. La borne à vis 12 est reliée à la borne à vis 11 par l'intermédiaire d'une pre- mière résistance de référence 23. La borne à vis 11 est reliée par un conducteur 25 à la borne à vis 8 elle-meme reliée à la borne à vis 7 par l'intermédiaire d'une résistance de référence 27. La borne à vis 7 est reliée par un conducteur 29 à la borne à vis 6 qui est reliée à la masse. Les résistances de référence 23 et -27 sont ainsi branchées électriquement en série. Les circuits- tampons et de traduction de signaux 17 et 19 sont reliés chacun à l'une des résistances de référence 27 et 23 respectives pour recevoir et traiter une chute de ten- sion sur la résistance de référence correspondante. Dans cette application particulière, l'alimentation en puissance, redondante, fournit la puis- sance au transmetteur à boucle de courant 21 qui génère un courant I dont l'amplitude correspond à la valeur d'un paramètre de procédé tel qu'une température ou une pression qu'il faut surveiller par exemple à des fins de contrôle. Le transmetteur à boucle de courant ne fait pas partie de l'invention; toutefois, il peut comporter par exemple un transducteur sensible à la température ou à la pression et qui fournit un courant dont l'amplitude correspond à une valeur déterminée de la température ou de la pression. Le courant I fournit une tension aux bornes de chacune des résistances de référence 23 et 27. La tension aux bornes de chacune des résistances 23 et 27 est fournie comme entrée à l'un des circuits-tampons et de traduction de signaux 19 et 17 par l'intermédiaire de paires de bornes à vis 11, 12 et 7, 8 respectives. Les circuits-tampons et de traduction de signaux 17 et 19 assurent l'isolation par rapport au bruit et traduisent les amplitudes de tension respectives de façon connue pour donner un signal analogique qui est fourni comme signal d'entrée à des processeurs de boucle respectifs (non représentés) faisant partie d'une boucle de commande correspondant à un procédé à contrôler. Ni les circuits- tampons et de traduction de signaux 17 et 19, ni le circuit particulier utilisé pour réaliser de tels dispo- sitifs ne font partie de la présente invention. Tout circuit de traitement de signal nécessitant une relation fonctionnelle avec le circuit de charge et que l'on peut brancher de façon sélective sur le circuit de charge peut être monté dans les modules en combinaison avec les alimentations respectives, attribuées dans le cadre de la présente invention. Comme représenté à la figure, l'alimentation en tension 13 est branchée en série sur une diode Zener 31 et l'alimentation en tension 15 est branchée en série sur une diode Zener 33. Alors que les diodes Zener 31 et 33 sont représentées comme branchées entre le pôle positif des alimentations respectives 13 et 15 et le transmetteur à boucle de courant 21, dans certaines applications, il est possible de monter les diodes Zener dans les branches communes respectives des alimentations. Si les alimentations en tension 13 et 15 fournissent des tensions d'amplitudes identiques, alors les diodes Zener 31 et 33 sont toutes deux polari- sées dans le sens direct et 50 % de la puissance fournie au transmetteur à boucle de courant 21 sera fournie par chacune des alimentations en tension. Toutefois en pratique, les alimentations en tension 13 et-15 produi- sent rarement la même tension et en fait il est souhai- table de choisir des alimentations en tension 13 et 15 dont les amplitudes maximales des tensions diffèrent d'une valeur prédéterminée. Lorsque les amplitudes des tensions des alimentations 13 et 15 diffèrent, la diode Zener associée à l'alimentation en tension d'amplitude la plus faible sera polarisée en sens inverse, de sorte qu'elle ne sera traversée par aucun courant. Dans ce cas, les diodes Zener 31 et 33 sont utilisées pour attribuer la puissance des alimentations redondantes de la même manière que des diodes régulières ont été utilisées pour attribuer la puissance entre des alimentations en tension continue, redondantes. Cela signifie que la diode Zener associée à l'alimentation en tension d'amplitude de tension la plus élevée sera polarisée dans le sens pas- sant et fournira ainsi un courant au transmetteur à bou- cle 21 alors que l'autre alimentation en tension sera en fait coupée du circuit, car sa diode Zener correspon- dante sera polarisée en sens inverse. Pour garantir que la diode Zener associée à l'alimentation en tension d'amplitude de ten- sion la plus faible soit polarisée en sens inverse aussi longtemps que l'autre alimentation est branchée et four- nit de la puissance à la charge, il est nécessaire de choisir la tension de claquage Zener de cette diode Zener pour qu'elle soit au moins aussi grande que la différence maximale entre les amplitudes des deux tensions d'alimen- tation, diminuée de la chute de tension sur la diode Zener polarisée dans le sens passant et qui est associée à l'alimentation en tension d'amplitude en tension la plus élevée. A titre d'exemple, si l'alimentation en ten- sion 13 fournit une tension de 65 volts et que l'alimen- tation en tension 15 est dans le cas le plus défavorable court-circuitée et est ainsi à O volt et que la chute de tension directe sur la diode Zener 21 est égale à 0,7 volt, la tension de claquage Zener de la diode Zener 33 est au moins égale à 64,3 volts (65 V - 0,7 V - 0,0 V). Les diodes Zener 31 et 33 travail- lent ainsi pour attribuer la puissance entre les ali- mentations 13 et 15. Si par exemple, le module à enfichage 11 était enlevé du circuit, la diode Zener 33 serait polarisée dans le sens direct et la puissance continuerait d'être fournie au transmetteur à boucle de courant 21 par l'intermédiaire de l'alimentation en tension 15. Le même résultat s'obtiendrait si le module à enfichage 1 n'était pas enlevé, mais si pour une raison quelconque, l'alimen- tation en tension 13 était mise hors service. De façon analogue, si le module à enfichage 3 était enlevé du circuit, le transmetteur à boucle de courant 21 conti- nuerait d'être alimenté par l'alimentation en tension 13 du module à enfichage 1. En plus de l'attribution de puissan- ce assurée par les alimentations en tension 13 et 15, l'utilisation des diodes Zener 31 et 33 selon l'invention assure également une protection contre les signaux tran- sitoires de haute tension qui peuvent être générés dans le circuit du transmetteur à boucle de courant. De tels signaux transitoires en tension peuvent être engendrés de différentes manières telles que par exemple la coupure ou le branchement de moteurs ou de générateurs situés dans le voisinage et qui sont couplés par inductance et/ou par capacité au circuit du transmetteur à boucle. Selon l'invention, une poussée en tension qui dépasse la ten- sion de claquage de l'une ou l'autre des diodes Zener 31 ou 33 bloque la diode Zener respective, sur la pous- sée en tension suivant sa tension de claquage inverse et constitue un chemin de faible impédance pour la poussée- de courant qui en résulte. La poussée de courant passe dans l'alimentation en tension respective qui a son pro- pre circuit de protection comme cela est bien connu pour éviter les effets de tels signaux transitoires. Ainsi contrairement aux diodes d'attribution, classiques, qui seraient probablement-détruites par une telle tension transitoire d'amplitude et de fréquences élevées, les diodes Zener 31 et 33 ne font pas qu'exécuter la fonction requise de diodes d'attribution, mais ont également la possibilité de résister à des poussées de tension maxi- males prévisibles dans le circuit du transmetteur à bou- cle de courant. De façon préférentielle, lorsqu'on utilise des alimentations en tension redondantes selon l'invention pour alimenter une charge dans un environne- ment à haute puissance tel qu'une centrale électrique, on choisit les diodes Zener 31 et 33 pour qu'elles puis- sent dissiper Jusqu'à 1500 watts de puissance impulsion- nelle maximale dans le sens de polarisation inverse. Pour cela, il convient d'utiliser la diode Zener Trans Zorb fabriquée par General Semiconductor Industries, Inc., ou toute autre diode Zener comparable. Il est à remarquer que la présente invention peut se réaliser avec plus de deux alimentations redondantes branchées en parallèle, la seule condition étant que chaque diode Zener soit branchée en série sur l'alimentation correspondante avec une tension de cla- quage inverse dépassant la différence maximale entre l'amplitude de la tension de l'alimentation correspondan- te et l'amplitude de la tension de l'alimentation présen- tant la plus grande amplitude de tension diminuée de la chute de tension directe sur la diode Zener branchée en série sur l'alimentation d'amplitude en tension la plus élevée. l1 R E V E N D I C A T'I 0 N S 1 ) Montage d'alimentation en puis- sance continue, redondant pour alimenter un circuit de charge, le montage d'alimentation recevant des signaux transitoires de tension, de fréquence et d'amplitude élevées provenant du circuit de charge, montage caracté- risé en ce qu'il comporte au moins une première et une seconde branche d'alimentation (13, 31; 15, 33) bran- chées électriquement en parallèle sur le circuit de charge (21), chaque branche d'alimentation comportant une alimentation en tension continue (13, 15) et une diode Zener (31, 33), la diode Zener (31, 33) ayant des caractéristiques telles et étant choisie et montée de façon qu'au moins l'une des alimentations en tension alimente le- circuit de charge (21), chaque diode Zener (31, 33) ayant une tension de claquage inverse pour bloquer un signal transitoire de tension provenant du circuit de charge sur cette tension de claquage inverse et créant un chemin à faible impédance pour la poussée de courant résultante associée au signal transitoire de tension. 2 ) Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation en tension pré- sente un pôle positif et chaque diode Zener (31, 33) est branchée entre l'un des pôles positifs respectifs et le circuit de charge (21). 3 ) Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation en tension de. la première branche d'alimentation en puissance fournit une tension d'amplitude plus élevée que la tension fournie par l'alimentation en tension de la seconde branche d'ali- mentation en puissance, de sorte que la diode Zener mon- tée en série dans la première branche d'alimentation (13, 31) est polarisée dans le sens passant et la diode Zener (33) de la seconde branche d'alimentation en puissance (15, 33) est polarisée en sens inverse, et la diode Zener (33) branchée en série de la seconde branche d'ali- mentation présente une tension de claquage inverse dont l'amplitude est supérieure à la différence maximale entre l'amplitude de la tension fournie par la première et la seconde branche d'alimentation en puissance diminuée de l'amplitude de la chute de tension directe sur la diode Zener branchée en série dans la première branche d'ali- mentation. 4 ) Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de charge comporte des bornes de connexion et le-montage comporte en outre un premier et un second module,-chacun pour la première et la seconde branche d'alimentation en puissance, res- pectives, les modules étant reliés de façon amovible aux bornes respectives pour monter les branches d'alimentation électriquement en parallèle sur le circuit de charge. ) Montage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de charge génère un signal électrique et le montage comporte un ensemble de circuits, chacun étant relié fonctionnellement au circuit de charge pour recevoir et traiter le signal électrique, chaque circuit étant prévu dans l'un des modules et étant relié de façon amovible au circuit de charge.