Brevet FR2615676A1 — publié le 19881125

Dispositit de commutation électrique astatique limiteur de courant. L'invention concerne les dispositifs de commutation électrique comportant un relais statique et elle trouve une application particulièrement importante dans les installations d'alimentation en courant électrique ayant de nombreux dispositifs de ce type, alimentant des charges. Parmi les installations de ce genre, on peut notamment citer les installations de mise à feu séquentielle de différents inflammateurs pyrotechniques d'un lanceur à plusieurs étages. Ces inflammateurs peuvent être identiques et donc avoir la même résistance, mais les lignes de jonction qui relient les différents inflammateurs à leurs relais ont des longueurs et donc des impédances différentes. A l'heure actuelle on les compense à l'aide de résistances ajustables placées en série avec l'inflammateur. Cela implique une opération de réglage et un risque d'omission ou d'erreur. Et lorsque toutes les charges sont alimentées - par les relais à partir d'une même source de puissance, l'appel de courant excessif en cas de court- circuit d'une charge peut troubler le fonctionnement des autres. L'invention vise notamment à fournir un dispositif de commutation électrique répondant mieux que céux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il est utilisable sans résistance en série quelle que soit la valeur de la charge, dans une large plage dans la mesure où les charges nécessitent le même courant, ce qui est un cas fréquent. Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif comportant un relais statique et des moyens de commande d'ouverture et de fermeture du relais, caractérisé par un circuit incorporé aux moyens de commande, comprenant des moyens de détection du courant traversant le relais et limitant ledit courant à une valeur déterminée. Grâce à cette disposition, il est possible d'utiliser le même dispositif pour toutes les charges, et notamment pour des récepteurs tous identiques mais reliés au dispositif de commutation par des lignes ayant des impédances différentes. Lorsque le relais comporte un transistor à effet de champ de commutation, le circuit comporte avantageusement un amplificateur différentiel d'attaque de la grille du transistor dont une entrée est reliée à une borne d'une impédance placée en série avec la charge et constituant les moyens de détection ét dont l'autre entrée est reliée à un point intermédiaire d'un diviseur de tension interposé entre l'autre borne de l'impédance et un point porté à la tension de commande. Le dispositif peut être complété par un circuit de surveillance, avantageusement du genre décrit et revendiqué dans la demande de brevet FR 85 08134 et/ou par un circuit disjoncteur interdisant le passage du courant en cas d'incident. Le dispositif peut également comporter un circuit de télémesure fournissant un signal de confirmation qu'une quantité de courant déterminée a traversé le relais, ladite quantité de courant étant suffisante pour provoquer l'excitation de la charge. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un dispositif qui en constitue un mode particulier de réalisation. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels - la figure 1 est un synoptique montrant la constitution d'ensemble du dispositif, réalisable sous forme d'un circuit hybride - la figure 2 est un schéma d'une constitution possible de l'ensemble constitué par le relais, les moyens limiteurs de courant et les moyens de commande du dispositif de la figure I - la figure 3 est un schéma montrant une constitution possible d'un dispositif de surveillance d'état utilisable dans le dispositif de la figure 1 - la figure 4 est un schéma d'un disjoncteur et d'un circuit de télémesure et de confirmation utilisable dans le dispositif de la figure 1. Le dispositif montré en figure 1 peut constituer un module d'alimentation d'un inflammateur pyrotechnique, plusieurs dispositifs étant incorporés dans une installation d'ensemble et étant prévus pour mettre à feu un inflammateur particulier. Le dispositif montré en figure 1 comporte, pour des raisons -de sécurité, des moyens d'isolement galvaniques entre le circuit de puissance d'un part, les moyens de commande, le dispositif de surveillance et les moyens de confirmation d'autre part. Le circuit de puissance peut être regardé comme comprenant, dans le mode de réalisation illustré, un ensemble 10 regroupant le relais proprement dit et le limiteur de courant, comportant deux bornes IQ+ et IQ-, et le montage en cascade d'un disjoncteur 12 et d'une impédance de télémesure 14, muni de bornes Id+ et Id-. Lorsqu'on souhaite mettre le disjoncteur 12 en circuit, un montage d'alimentation possible de la charge 16 est celui indiqué en tirets sur la figure 1.Mais il est possible de laisser hors circuit le disjoncteur 12, une source étant alors branchée sur la borne IQ+ et la charge 16 directement reliée à la borne IQ-. Le circuit de commande comporte, en plus du limiteur de courant, un transformateur d'isolement 18 -et un -circuit 20 alimenté à partir d'une entrée 24. Le dispositif de surveillance 26 est relié aux bornes de sortie IQ+ et IQ- par un transformateur d'isolement 28. Enfin, le circuit de confirmation 30 est relié à la sortie de confirmation 32 par l'intermédiaire de moyens d'isolement galvanique. Le dispositif de la figure 1 peut, lorsqu'on souhaite une redondance, comporter plusieurs circuits de commande distincts. Les divers composants mentionnés ci-dessus seront successivement décrits. Le relais statique montré en figure 2 est utilisable pour des courants à commuter importants. il a une constitution générale similaire à celle décrite dans la demande de brevet 85 08134 déjà mentionnée. L'organe commutateur proprement dit est constitué par un transistor à effet de champ à canal n dit "hexfet" 34. Ce transistor est par exemple du type IRF 150, qui permet de couper jusqu'à 50 volts et 5 ampères en continu. Commande et limitation Le dispositif 20 de commande du commutateur 10 comporte un oscillateur 36 qui fournit, sur deux bornes de sortie reliées au primaire 38 du transformateur d'isolement 18 un signal haute fréquence de commande lorsqu'il est alimenté en continu à partir de deux bornes de commande C+ et C-. Un régulateur de tension actif 40 dont le signal d'entrée est fourni par un pont de résistance permet d'appliquer à l'oscillateur 36 une tension de commande bien déterminée. L'oscillateur lui-même comprend un amplificateur différentiel 42 monté en comparateur à collecteur ouvert, pouvant absorber du courant à travers une diode 44 mais ne pouvant en fournir. La sortie du comparateur attaque un transistor bipolaire 46, que la diode 44 protège contre le risque de tension VBE inverse. L'entrée + de l'amplificateur différentiel 42 est reliée au point milieu d'un pont diviseur de tension interposé entre la sortie du régulateur actif 40 et C- et l'entrée - est reliée à la borne C- par un condensateur 48 qui fixe la fréquence d'oscillation, (généralement choisie à 100 kHz environ). La sortie de l'amplificateur différentiel 42 est rebouclée sur ses entrées via le transistor Q 46 et la diode 44 par les résistances respectives de réaction 50 et 52.Le rôle du transistor 46 est essentiellement de fournir du courant, l'amplificateur différentiel 42 ne pouvant qu'en absorber. Le secondaire 52 du transformateur d'isolement 18 attaque un redresseur double alternance 54 muni d'un réseau RC de filtrage et fournissant le signal appliqué à la grille du transistor de commutation 34 par l'intermédiaire des moyens de limitation de courant. Dans le mode de réaliation montré en figure 2, ces moyens sont également prévus pour retarder le passage du courant d'une durée déterminée, par blocage temporaire du transistor de commutation 34, afin de permettre une remise à zéro préalable d'un circuit de télémesure et de confirmation. Pour assurer cette dernière fonction, les moyens limiteurs comprénnent un amplificateur différentiel d'entrée 56 monté en comparateur dont l'entrée - est portée, dès apparition d'une tension à la sortie du redresseur 54, à une tension fixée par une diode Zener 60, par l'intermédiaire d'une résistance 58. Au contraire, l'entrée + de l'amplificateur différentiel 56 est portée à une tension qui augmente progressivement. En effet, cette entrée + est reliée à la sortie positive du redresseur 54 par une résistance 64 et à la sortie négative de ce redresseur par un condensateur 66 qui a une charge initiale nulle. La tension de l'entrée + de l'amplificateur 56 augmente à une vitesse déterminée par la valeur de la résistance 64 et celle du condensateur 66. La sortie de l'amplificateur 56 est reliée par une diode 68 à la grille du transistor de commutation 34. Aussi longtemps qu'aucune tension n'apparait à la sortie de l'amplificateur 56, le transistor de commutation 34 reste bloqué. Lorsque la sortie de l'amplificateur 56 devient positive, la diode 68 se bloque. L'amplificateur 56 n'a, à partir de cet instant, plus aucun rôle. il n'a donc pour fonction que de retarder le passage du courant dans le transistor de commutation pendant une durée prédéterminée. Les moyens limiteurs de courant proprement dit comprennent un amplificateur différentiel 70. Une fois l'amplificateur 56 bloqué, l'entrée + de cet amplificateur est à une tension fixée par la diode Zener 60 et par le pont de résistances 72, 74. Son entrée - reçoit un signal représentatif du courant qui parcourt une résistance de mesure 75 en série avec le transistor 34. Lorsque le courant qui traverse la résistance 75 dépasse une valeur déterminée pour laquelle la tension appliquée à l'entrée - de l'amplificateur 70 dépasse la tension de référence appliquée à l'entrée +, la sortie de l'amplificateur 70 change de polarité et bloque le transistor de commutation 34 par l'intermédiaire de la résistance de protection 76. Les amplificateurs différentiels utilisés dans le dispositif, et notamment les amplificateurs 56, 70 peuvent être identiques et appartenir à un même circuit quadruple, par exemple de type LM 124. Le dispositif de surveillance 26 peut avoir la constitution montrée en figure 3, qui ne sera décrite que sommairement car elle peut être du genre décrit dans la demande de brevet FR 85 08134 déjà mentionnée. Ce dispositif 26 comporte un oscillateur 78, ayant la même constitution que l'oscillateur 36 de la figure 2, relié à une charge constituée par le transistor de commutation 34 et l'impédance 75, par l'intermédiaire du transformateur d'isolement 28 et d'un redresseur 80 qui peut être identique au redresseur 54. Le circuit de surveillance est mis en service par application d'une tension entre les bornes S+ et S- pour mettre en fonctionnement l'oscillateur 78. Le signal d'état indiquant si le commutateur 34 présente une impédance faible ou élevée est fourni par un circuit comportant un amplificateur différentiel 82. L'amplificateur 82, sensible à la charge que représente le transistor de commutation 34, reçoit sur son entrée + une tension S+ fixée par un pont diviseur et, sur son entrée -, un signal prélevé au primaire du transformateur 28 par l'intermédiaire d'un pont comportant une diode 84, une résistance 86 et un condensateur 88 dont la charge initiale est nulle. Disioncteur Le dispositif de la figure 1 comporte un disjoncteur qui, en cas de passage dans la charge d'un courant supérieur à une valeur déterminée, (largement supérieure à la valeur normale de limitation) interrompt l'alimentation. Un tel disjoncteur permet de protéger l'ensemble d'une installation a plusieurs dispositifs alimentés en parallèle contre les court- circuits. Le disjoncteur montré à titre d'exemple en figure 4 comporte un élément de coupure constitué par un transistor à effet de champ 90 placé entre les bornes Id+ et Id-, en série avec la résistance de détection 14. Il n'est mis en service que lorsqu'une tension est appliquée, par alimentation de ses bornes A et B à partir d'un secondaire supplémentaire 91 du transformateur 18 et d'un redresseur 92 qui peut être identique au redresseur 54 (figures 2 et 4). Le disjoncteur comprend un premier amplificateur différentiel 94 prévu pour amplifier la tension recueillie aux bornes de la résistance 14. L'amplificateur 94 attaque la borne - d'un second amplificateur différentiel 96 par l'intermédiaire d'un circuit de filtrage et de retard déterminant le temps de réponse du disjoncteur constitué par une résistance 98 et un condensateur 100. L'amplificateur différentiel 96 est monté en comparateur à hystérésis. Sa sortie est rebouclée sur l'entrée + par l'intermédiaire d'une résistance 102 et cette sortie est reliée d'une part à la grille du transistor de coupure 90, d'autre part à la borne d'alimentation A par une résistance, 104. Grâce à ce montage, l'amplificateur 96 est maintenu en condition active dès que son basculement a été provoqué par augmentation de la tension négative appliquée à son entrée -. L'entrée + est également reliée au régulateur de tension d'un circuit de remise à zéro qui sera décrit plus loin. Aussi longtemps qu'aucune tension n est appliquée entre les bornes A et B, le disjoncteur est inerte, son électronique n'étant pas alimentée. Dès qu'une tension est appliquée entre les bornes A et B du fait qu'un signal de fermeture du relais statique est appliqué entre les entrées C+ et C-, le transistor 90 devient passant du fait de la polarisation de sa grille par la résistance 104. Mais dès que l'amplìficateur 96 se bloque par suite de l'apparition d'une tension excessive aux bornes la résistance de détection 14, le transistor 90 se bloque également, puis reste ensuite bloqué en permanence du fait du maintien de l'amplificateur 96 à l'état bloqué par la résistance 102 de rebouclage. Le calibrage du disjoncteur pourra évidemment être ajusté par un choix approprié de la résistance 14 et de la polarisation de l'amplificateur 94. Télémesure et contrôle Le dispositif de télémesure 30 montré en figure 4 comporte, comme les précédents, des moyens d'isolement galvanique entre le circuit de puissance et l'accès 32 depuis l'extérieur. Mais cet isolement est ,assuré par un coupleur optoélectronique. Le circuit comporte deux amplificateurs différentiels 106 et 108 montés tête-bêche en intégrateur de courant de façon à faire passer dans une résistance de sortie 110, dès qu'ils sont alimentés, un courant proportionnel à la tension de sortie de l'amplificateur différentiel 94 du disjoncteur. Le courant qui traverse la résistance 110 charge progressivement, à travers une diode 112 anti-retour, un condensateur d'intégration 114. La tension aux bornes du condensateur 114 est appliquée à l'entrée + d'un ampli fixateur différentiel 116 dont l'entrée - est reliée au régulateur de tension d'un circuit de remise à zéro qui sera décrit plus loin. La capacité du condensateur 114 est choisie de façon que la tension a ses bornes atteigne la valeur provoquant le basculement de l'amplificateur 116 lorsque la quantité de courant qui a traversé la charge a atteint une valeur prédéterminée, pour laquelle le fonctionnement est intervenu à coup sûr. Le basculement de l'amplificateur 116 provoque le passage d'un courant dans son circuit de sortie, bouclé sur l'entrée B et comprenant une diode électroluminescente 118 appartenant à un coupleur optoélectronique dont le phototransistor de sortie alimente l'accès 32 (figures 1 et 4). Remise à zéro Pour éviter les défauts de fonctionnement possibles des moyens de télémesure et de contrôle dus à un premier fonctionnement avorté ayant conduit à une charge partielle du condensateur 114, ou pour permettre des fonctionnements successifs du dispositif montré en figure 4 comprend un circuit de remise à zéro.120. Le circuit 120 comporte un amplificateur différentiel 122 monté, comme l'amplificateur 42 de la figure 2, pour ne pouvoir qu'absorber du courant. L'entrée - de l'amplificateur différentiel 122 est reliée à la borne A par l'intermédiaire d'un régulateur de tension actif 124 qui, pour simplifier, peut dans certains cas être remplacé par un pont de résistances. La borne + de l'amplificateur 122 est reliée à l'entrée A par l'intermédiaire d'une résistance 126 et un condensateur 128 ralentit la montée de la tension à l'entrée +. La sortie de l'amplificateur 122 est reliée par une résistance 130 à l'entrée + de l'amplificateur différentiel 116 du circuit de télémesure et son entrée - est reliée par la résistance 133 à l'entrée + de l'amplificateur 96 et directement à l'entrée - de l'amplificateur 116. Dès qu'une tension apparaît entre les bornes A et B, le régulateur de tension actif 124 établit une tension fixe sur l'entrée - de l'amplificateur différentiel 122 (ainsi que sur l'entrée - de l'amplificateur 116 et sur l'entrée + de l'amplificateur 96). La tension appliquée à l'entrée + de l'amplificateur 122 monte au contraire progressivement (le condensateur 128 étant initialement déchargé) avec une constante de temps fixée par la résistance 126 et la capacité du condensateur 128. Lorsque la tension atteint la tension de référence fixée par le régulateur de tension 124, l'amplificateur 122, qui jusque là absorbait du courant, se bloque. La tension aux bornes du condensateur 114 du circuit de télémesure, jusque là maintenue à zéro, commence à croître à partir de zéro, de sorte que les risques fausses indications sont supprimés. La remise à zéro par le circuit 120 doit être terminée avant que l'amplificateur opérationnel 56 du circuit limiteur (figure 2) ne commence à intervenir la constante de temps fournie parl'ensemble 'résistance 64-capacité 66 est en conséquence supérieure à la valeur au bout de laquelle l'amplificateur 122 se bloque. Le dispositif qui vient d'etre décrit est susceptible de nombreuses applications. En particulier, il Permet de constituer des boîtiers pyrotechniques destinés à l'excitation de différents étages d'un lanceur, étages dont le fonctionnement doit être séquentiel. Du fait de la présence du limiteur et éventuellement du disjoncteur, il est possible de se dispenser de relais électromécanique dans les chaînes pyrotechniques, ce qui est d'autant plus avantageux que les relais électromécaniques ont une mauvaise tenue aux vibrations et ont une réponse en fréquence limitée. Chaque dispositif peut être à fonctionnement unique ou à fonctionnement répétitif, éventuellement avec une fréquence de répétition élevée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commutation électrique comportant un relais statique (34) et des moyens de commande d'ouverture et de fermeture du relais, caractérisé par un circuit (10) incorporé aux moyens de commande, comprenant des moyens de détection du courant traversant le relais et limitant ledit courant à une valeur déterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, ledit relais comportant un transistor à effet de champ de commutation (34), le circuit comporte un amplificateur différentiel (70) d'attaque de la grille du transistor, dont une entrée est reliée à une borne d'une impédance (75) constituant les moyens de détection et dont l'autre entrée est reliée à un point intermédiaire d'un pont diviseur tension (72, 74) interposé entre l'autre borne de l'impédance et un point porté à une tension de référence. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de commande comportent des moyens de retard à la fermeture du relais comprenant un amplificateur différentiel (56) relié à la grille du transistor de commutation (34) dont une entrée est portée au potentiel de commande et dont l'autre entrée est chargée à partir de ladite tension de commande par un circuit à retard (64,66). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte, en série avec le.transistor de commutation, un transistor de coupure (90) associé à un circuit de commande pour constituer un disjoncteur. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyen de télémesure et de confirmation comprenant une résistance (14) parcourue par le courant traversant la charge, un intégrateur de courant (106,114) et un comparateur excitant un élément de sortie (118) lorsque la quantité de courant a dépassé une valeur determinée. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de remise à zéro de l'intégrateur lors de l'application d'un signal de commande de fermeture du relais, ayant une constante de temps inférieure à celle desdits moyens de retard.