Brevet FR2625381A1 — publié le 19890630

PROCEDE ET DISPOSITIF DE PROTECTION D'UN ORGANE ELECTRONIQUE DE COMMANDE DE L'ALIMENTATION ELECTRIOUE D'UNE CHARGE La présente invention est relative à un procédé et un dispositif de protection d'un organe électronique de commande de l'alimentation électrique d'une charge et, plus particuliérement. à un tel procédé et un tel dispositif conçus pour protéger cet organe des surintensités résultant d'un court-circuit accidentel de la charge. Classiquement on réalise une telle protection en limitant le courant dans l'organe de commande à l'aide d'un dispositif de régulation linéaire en boucle fermée. Lors d'un court-circuit de la charge le courant atteint alors une valeur limite et il en résulte une forte dissipation d'énergie thermique au niveau de l'organe de commande, qui est préjudiciable à son bon fonctionnement sauf à prévoir une évacuation de cette énergie par un radiateur encombrant. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé et un dispositif de protection de l'organe de commande qui permettent de réduire considérablement la dissipation d'énergie thermique dans l'organe de commande lors d'Un court-circuit de la charge alimentée par l'intermédiaire de cet organe. La présente invention a aussi pour but de fournir un tel procédé et un tel dispositif qui assurent un réarmement automatique de l'organe de commande, à la suppression du court-circuit. La présente invention a encore pour but de réaliser un tel dispositif de protection comprenant un nombre réduit de composants électroniques- standards de faible court, qui soit fiable et qui autorise un réglage de la puissance dissipée lors d'un court-circuit. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront dans la suite, avec un procédé de protection d'un organe électronique de commande de l'alimentation électronique d'une charge contre une surintensité du courant admis dans cet organe, caractérisé en ce qu'(a) on bloque l'organe de commande en réponse à un dépassement de l'intensité du courant admis dans l'organe de commande par rapport à une valeur prédéterminée, (b) on débloque périodiquement l'organe de commande pout: comparer alors l'intensité du courant admis dans l'organe à cette valeur prédéterminée, (c) on bloque de nouveau l'organe de commande si l'intensité du courant admis est encore supérieure à cette valeur prédéterminée. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'invention fournit un dispositif ' pour la protection d'un organe électronique de commande placé dans le circuit d'alimentation d'une charge en série avec une résistance de mesure de l'intensité du courant admis dans cet organe. caractérisé en ce qu'il comprend un organe semi-conducteur commandé par la tension aux bornes de la résistance de mesure pour déclencher la charge d'une capacité quand l'intensité du courant admis dans l'organe de commande dépasse la valeur prédéterminée, et un circuit contrôlé par la tension aux bornes de cette capacité pour réaliser un déblocage périodique de l'organe de commande, de maniére à déclencher la charge de la capacité à travers l'organe quand l'intensité du courant débloqué est supérieure à la valeur prédéterminée. le circuit devenant inopérant dans le cas contraire. I1 apparait ainsi que le dispositif suivant l'invention assure un contrôle par commutation, du courant dans l'organe électronique de commande lors d'un court-circuit. Il en résulte une dissipation d'énergie bien moindre que celle observée avec les dispositifs de protection classiques qui font appel à une régulation linéaire en boucle fermée. En outre le dispositif suivant l'invention assure un réarmement automatique de l'organe de commande des que le court-circuit a disparu, à la temporisation établie par la constante de.temps du circuit prés. Au dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple - la figure 1 est un schéma d'un mode de réalisation du dispositif suivant l'invention dans son application à la commande d'un voyant lumineux, l'organe électronique de commande étant disposé du côté "masse" d'une source d'alimentation en énergie électrique de ce voyant, - la figure 2 est un ensemble de chronogrammes utiles à la description du fonctionnement du dispositif de la figure 1, et - la figure 3 est un schéma d'un autre mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, dans la même application, l'organe électronique de commande étant alors disposé du côté "Alimentation" de la source d'énergie électrique. On se réfère à la figure 1 pour décrire la structure et le fonctionnement d'un premier mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, dans une application à -la commande d'un voyant lumineux signalant l'existence d'un défaut de fonctionnement d'un appareil, à l'attention du conducteur d'un véhicule automobile, par exemple. Bien entendu cette application n'est nullement limitative et il apparaîtra clairement dans la suite à l'homme de métier que l'invention peut trouver de très nombreuses autres applications dans le domaine très général de la protection des organes électroniques de commande du courant d'une charge, notamment contre les court-circuits de ladite charge. A la figure 1 une charge résistive telle qu'un voyant lumineux R1 est connectée d'une part au pole positif + ALIM d'une source d'énergie électrique et d'autre part à une ligne A qui alimente notamment le dispositif de protection suivant l'invention. Une résistance R2 de mesure du courant fourni par la ligne A à un organe électronique de commande T1 est connectée entre la ligne A et une électrode de cet organe Ti, qui commande le voyant lumineux R1. L'organe Ti peut être, par exemple, un transistor du type Darlington. comme schématisé à la figure .1, où la résistance R2 est alors connectée au collecteur de ce transistor. Ainsi la résistance R2 "voit" le courant admis dans l'organe T1.Aux bornes de la .ésistance R2 est branché le dispositif de protection suivant L'invention, qui comprend essentiellement un organe semi.-conducteur tel qu'un transistor T2 du type PNP dans le circuit émetteur-collecteur duquel est placé une capacité C1. entre le collecteur de T2 et la masse, et un circuit comprenant des premier et deuxième transistors T3 et T4 respectivement, de type de conductivité opposée NPN et PNP respectivement, connectés entre eux de manière que le collecteur de l'un soit relié à la base de l'autre suivant une configuration dite du type thyristor. Les bases des transistors Ti et T4 ont un point commun et une résistance R3 est connectée entre ce point commun et la ligne A.L'émetteur du transistor T4 est connecté au point commun au collecteur de T2 et à la capacité C1. par l'intermédiaire d'une résistance R4. L'émetteur du transistor T3 est connecté à la masse. Les deux transistors (T3,T4) pourraient être remplacés par un transistor unijonction programmable (P.U.T.) Le voyant lumineux R1 sert à signaler l'état de fonctionnement d'un appareil à un observateur. Quand l'appareil fonctionne normalement, le voyant R1 est éteint. 11 s'allume en cas de fonctionnement anormal de l'appareil surveillé. L'allumage et l'extinction du voyant Ri sont commandés par un moyen (non .représenté) générateur d'un signal de contrôle S appliqué, par exemple, sur la base du transitor T3i à travers une diode D et une résistance R5 placées en série. Suivant une variante, le signal de contrôle de contrôle S pourrait être appliqué sur la base du transistor T1. Quand l'appareil fonctionne normalement, le signal S est dans un état "haut" qui sature le transistor T3 pour bloquer ainsi le transistor T1. Le voyant R1 reste alors éteint. On notera qu'alors une application de la tension +ALIM sur la ligne A, en cas de court-circuit du voyant Ri, est sans effet sur la dissipation du transistor Ti. Quand une anomalie de fonctionnement de l'appareil surveillé est détectée, le signal de contrôle 5 passe à un état "bas" pour bloquer le transistor T3 par absence de courant de base (la capacité Cl étant alors déchargée). Le transitor T1 est alors conducteur du fait de l'établissement d'un courant dans sa base par l'intermédiaire de la résistance R3. Le voyant R1 s'allume alors. La résistance R2 est choisie de façon que la tension à ses bornes soit inférieure au seuil de conduction du transistor T2 pour le courant normal de fonctionnement dans la charge, clest-à-dire dans le voyant assimilé à une résistance de valeur R1. On se réfère maintenant aux chronogrammes de la Fig. 2, où l'on a représenté en A, la tension VA sur la ligne A du dispositif de la Fig. 1, en B le courant ITL dans le transistor Tl, en C la tension VC1 aux bornes de la capacité C1 et en D la tension VbTl sur la base du transistor T1. En cas de court-circuit de la charge constituée par le voyant R1 (instant t1 du chronogramme A de la Fig. 2), la tension en A prend la valeur de la tension + ALIM. -et le courant de court-circuit dépasse alors une valeur prédéterminée et produit une chute de tension renforcée dans R2 (voir Fig. 2,B), dans la mesure où T1 conduit à l'instant où apparait le court-circuit. La résistance R2 est alors choisie de façon que cette chute de tension dépasse le seuil Vbe de conduction du transistor T2 qui devient conducteur et autorise la charge de la capacité C1. Lors de la charge de cette capacité, la tension d'émetteur du transistor T4 s'élève. Aussi longtemps que cette tension reste inférieure à un seuil SI prédéterminé, (voir Fig. 2, C), le transistor T4 reste bloqué et présente une impédance d'entrée élevée sur son émetteur. La tension S1 du seuil est définie par le relation suivante 51 = Vbe (TL) + Vbe (T4) ou Vbe (T1) et Vbe (T4) sont les chutes. dc tension émetteur-base des transistors T1 et T4 respectivement. Si l'on considère que T1 est un transistor de Darlington, S1 est de l'ordre de 2Vbe + Vbe = 3Vbe, Vbe étant la chute de tension émetteur-base d'un transistor be standard. Lorsque la tension d'émetteur du transistor T4 devient supérieure à la tension de.seuil S1., le transistor.T4 conduit et fait conduire le transistor T3. Celuì-ci se sature et fait alors décroître la tension sur les bases de Tl et de T4, ce qui fait conduire davantage T4 et bloque T1. L'application en A de la tension + ALIM due au court-circuit est alors sans effet sur la dissipation du transistor TL qui est ainsi protégé. suivant l'invention, des effets thermiques de ce court-circuit. Le transistor T4 reste conducteur aussi longtemps que son courant d'émetteur reste suffisant pour maintenir le transistor T3 à saturation. La durée de cette situation est fixée par la constante de temps du circuit (C1,R4,T3,T4) et par un seuil de tension S2 (voir Fig. 2, C) défini comme suit S2 = Vbe (T4) + Vce sat (T3) où Vbe (T4) est la chute de tension émetteur-base du transistor T4, et V sas (T3) la chute de tension ce sat émetteur-collecteur à saturation du transistor T3. Lorsque la-tension d'émetteur du transistor T4 devient inférieure à la tension de seuil S2, T4 se bloque en provoquant le blocage du transistor T3 qui, à son tour, déclenche le déblocage du transistor T1. Si au moment du déblocage de T1. il y a toujours court-circuit du voyant, le dispositif de protection du transistor T1 suivant l'invention exécute de nouveau le cycle de fonctionnement décrit ci-dessus pour bloquer de nouveau T1 et éviter ainsi une dissipation thermique excessive dans ce transistor. Ainsi le transistor T1 sera resté débloqué pendant un intervalle de temps ET1 (voir Fig. 2,B) très bref, de l'ordre de quelques microsecondes, conditionné par les temps de saturation des transistors T3 et T4 et par le temps de désaturation du transistor T1 et par la durée de charge de la capacité C1.La durée très brève de AT1 limite alors la dissipation thermique dans le transistor TI. à une valeur inférieure à une valeur prédéterminée, en dessous de laquelle il n'y a pas de dégradation du fonctionnement du transistor T1. Le cycle de fonctionnement décrit ci-dessus se répète jusqu'à la disparition du court-circuit (instant t2, Fig. 2,A). Dans ce cas, à l'instant t3 correspondant au déblocage du transistor T1 qui suit immédiatement l'instant t2, l'intensité du courant dans le circuit d'alimentation reprend automatiquement sa valeur nominale IN (Fig. 2,B). La capacité C1 se décharge entièrement (Fig. 2,C) et le dispositif de protection suivant l'invention est rendu inopérant automatiquement.Ainsi. il y a déblocage ou réarmement automatique du transistor de commande Tî du voyant lumineux, avec un retard (t3-t2) par rapport à l'instant t2 de la disparition du court-circuit qui n'est pas supérieur à 1'intervalle de temps AT2 (Fig. 2,B) qui sépare deux déblocages successifs, de durée ATl, du transistor de commande Tl, en présence d'un court-circuit du voyant. Cet intervalle de temps ET2 dépend' des valeurs fixées pour les seuils S1 et S2 et de la constante de temps du circuit de décharge (C1,R4,T3,T4). Dans l'application de l'invention à la protection d'un voyant, décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif. AT1 et ET2 présentent les valeurs suivantes AT1 N 10 vs dT2 ~ 2 ms en choisissant pour les composants passifs du dispositif suivant l'invention, les valeurs suivantes R2 = 0,3Q R3 = 2,2 kQ R4 = 4,7 kQ R5 = 1,5 kQ C1 = 100 nF La résistance du voyant R1 est telle que. lorque le voyant est allumé, la source débite 100 mA sous une tension + ALIM de 14 V. Suivant une caractéristique avantageuse du dispositif de protection de l'invention, les transistors utilisés sont des transistors standards peu couteux, à paramètres de fonctionnement de valeurs classiques, notamment en ce qui concerne les valeurs de V et de V ce sat be ce sat' Le montage des transistors T3 et T4 et le fonctionnement de ce montage en circuit sensible aux deux seuils S1 et S2 sont à la base du dispositif suivant l'invention et procurent les avantages suivants - faible impédance sur l'émetteur de T4 et sur le collecteur de T3 quand ces deux transistors conduisent, -- impédance élevée sur l'émetteur de T4 et sur le collecteur de T3 quand T4 est bloqué, - commutation de type avalanche comme dans un thyris.tor - sensibilité aux deux seuils S1 et S2 établissant une hystérésis permettant de contrôler la durée ET2 de blocage du transistor de commande T1 en cas de court-circuit. - réalisation d'une fonction "monostable" de durée AT2 à l'aide de seulement deux transistors standards peu coûteux. Le dispositif de protection de la Fig. 1 est associé à un transistor de commande T1 placé du côté "MASSE" du circuit d'alimentation. Bien entendu l'invention s'applique également à la protection d'un tel transistor de commande placé du côté "+ ALIM" de ce circuit. On a représenté à la Fig.3 un tel dispositif dans lequel des composants identiques ou similaires à ceux de la Fig. 1 sont repérés par la meme référence. La structure et le fonctionnement du dispositif de la Fig. 3 étant très semblables à ceux du dispositif de la Fig.l, on ne mentionnera dans la suite que ses traits distinctifs. On notera que les types des transistors T1 à T4 sont complémentaires de ceux utilisés dans le dispositif de la Fig. 1. Par ailleurs les lignes + ALIM et MASSE sont interverties par rapport aux lignes correspondantes du dispositif de la Fig. 1.Le fonctionnement du dispositif de la Fig. 2 est très semblable à celui du dispositif de la Fig. 1, ainsi que l'homme de métier le comprend aisément. Il n'est donc pas décrit dans la suite. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. D'une manière générale l'invention s'applique à la protection de tout organe semi-conducteur commandant l'alimentation d'une charge électrique quelconque lorsque celle-ci est sujette à des court-circuits accidentels, situation que l'on rencontre par exemple, lors de la réparation d'un boîtier électronique de commande. Un court-circuit peut résulter alors d'un contact accidentel, et souvent 'fug-itif, d'un outil métallique avec des parties conductrices d'un circuit contenu dans le boîtier. Quand le contact est fugitif, l'invention procure l'avantage de protéger le circuit sans en perturber le fonctionnement de manière apparente. Le dispositif suivant l'invention procure encore l'avantage d'être constitué de composants standard, de faible coût et en nombre réduit. Aucun composant n'est critique, ce qui rend le montage particulièrement fiable. En outre on peut contrôler la puissance dissipée lors d'un court-circuit par le choix des valeurs de la résistance R4 et de la capacité C1. REVENDICATIONS 1. Procédé de protection d'un organe électronique de commande de l'alimentation électrique d'une charge contre une surintensité du courant admis dans cet organe, caractérisé en ce qu'(a) on bloque L'organe de commande en réponse à un dépassement de l'intensité du courant admis dans l'organe de commande par rapport à une valeur prédéterminée, (b) on débloque périodiquement l'organe. de commande pour comparer alors l'intensité du courant admis dans l'organe à cette valeur prédéterminée, (c) on bloque de nouveau l'organe de commande si l'intensité du courant admis est encore supérieure à cette valeur prédéterminée. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que pour l'étape b), on débloque l'organe de commande pendant un intervalle. de temps (dut1) de duréé telle que l'énergie thermique alors dégagée dans cet organe reste inférieure à une valeur prédéterminée, en dessous de laquelle il n'y a pas dégradation du fonctionnement de L l'organe de commande. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, pour la protection d'un organe électronique de commande (Tl) placé dans le circuit d'alimentation d'une charge (R1) en série avec une résistance de mesure de l'intensité du courant admis dans cet organe (T1), caractérisé en ce qu'il comprend un organe semiconducteur (T2) commandé par la tension aux bornes de la résistance de mesure (R2) pour déclencher La charge d'une capacité (C1) quand l'intensité du courant admis dans l'organe de commande (Tl) dépasse la valeur prédéterminée, et un circuit (T3,T4) contrôlé par la tension aux bornes de cette capacité (C1) pour réaliser un déblocage périodique de l'organe de commande (T1), de manière à déclencher la charge de la capacité C1 à travers l'organe (T2) quand l'intensité du courant débloqué est supérieure à la valeur prédéterminée, le circuit (T3,T4) devenant inopérant dans le cas contraire. 4. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit (T3.T4) est constitué d'un premier et d'un deuxième transistors T3,T4, respectivement, de types de conductivité opposés, la base de l'un étant connectée au collecteur de l'autre, le collecteur du premier transistor (T3) étant connecté à une electrode de commande de l'organe de commande (T1) tandis que la capacité (C1) est connectée entre l'émetteur du transistor (T3) et le point commun au collecteur du transistor (T2) et à une résistance (R4) connectée en série sur l'émetteur du transistor (T4). 5. Dispositif conforme à la revendication 4, caractérisé en qu'une résistance (R3) de charge est connectée entre la borne de sortie de la charge (R1) et l'électrode de commande de l'organe de commande (T1). 6. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen d'application d'un signal S de contrôle de l'organe (T1) pour déclencher l'alimentation de la charge (Ri), ou la coupure de cette alimentation, quand le circuit (T3.T4) est inopérant. 7. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que le signal de contrôle S est appliqué sur la base du transistor (T3), à travers une résistance et une diode. 8. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que le signal de contrôle S est appliqué sur l'électrode de commande de l'organe (Tî), à travers une résistance et une diode. 9. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que l'organe de commande (T1) est constitué par un transistor du type Darlington. 10. Dispositif conforme à la revendication 3," caractérisé en ce que le circuit (T3,T4) est remplacé par un transistor unijonction programmable. 11. Application du dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 10, à la protection de la commande d'un voyant lumineux alimenté électriquement.