Brevet FR2632070A1 — publié le 19891201

La présente invention est relative à un circuit de commande de l'alimentation d'une charge électrique muni d'un dispositif de détection d'un court-circuit de la charge. Plus particulièrement, l'invention concerne un tel circuit conçu pour commander l'alimentation d'une charge inductive dont le dispositif de détection surveille l'éventuelle mise en court-circuit pour que soit déclenchée en retour une action correctrice visant & prévenir, par exemple, une détérioration du circuit par ce courtcircuit de la charge ou un fonctionnement défectueux d'un organe équipé de cette charge. En électronique automobile, de nombreux actuateurs comprennent de telles charges inductives. On peut citer le bobinage d'un injecteur de carburant ou celui d'une électrovanne modulatrice d'une pression d'un liquide de freinage dans un dispositif d'antiblocage des roues d'un véhicule. On peut citer encore la bobine d'un circuit primaire d'allumage inductif. Les circuits commandant de telles charges inducti- ves dans un environnement automobile sont souvent équipés de moyens de diagnostic permettant de détecter, par exem- ple, une déconnexion ou un court-circuit accidentel de la charge inductive rendant celle-ci inopérante, ceci pour des raisons de sécurité par exemple. Ces moyens com- prennent des circuits électroniques qui surveillent la tension régnant aux bornes de la charge pour détecter, par exemple, l'apparition éventuelle d'un court-circuit et déclencher des actions d'alerte ou des actions correc- trices adéquates. Compte tenu de l'environnement très parasité d'un véhicule automobile, la tension prélevée aux bornes de la charge doit être filtrée pour être exploitable, le signal filtré étant comparé à une tension de référence. Quand le signal filtré est inférieur à cette tension de référence, les moyens de comparaison utilisés déclenchent l'émission d'un signal représentatif d'un état de court- - 2 - circuit de la charge. On a représenté à la figure 1 du dessin annexé, un circuit de commande de l'alimentation d'un actuateur & charge inductive de la technique antérieure. Le circuit comprend un transistor de puissance 1 commandé par sa base pour déclencher l'alimentation d'une charge inductive 2 placée en série avec le circuit émetteur-collecteur du transistor de puissance, entre le collecteur de celui-ci et la masse. Dans le circuit représenté, la tension d'ali- mentation +Vbat est fournie par la batterie d'un véhicule automobile. Comme on l'a vu plus haut, un filtre 3, par exemple un filtre capacitif passe-bas, recueille la ten- sion sur la borne commune & la charge inductive 2 et au collecteur du transistor 1 pour déparasiter ce signal avant de le transmettre & une entrée E d'une unité de com- mande 4 qui est conçue pour exploiter le signal reçu du filtre 3. L'unité 4 commande aussi la conduction du tran- sistor de puissance par une borne S connectée à la base de ce transistor, à travers un sous-circuit 5 de commande d'actuateur. Quand l'unité de commande déclenche cette conduc- tion, il est clair que la capacité C du filtre passe-bas 3 commence à se charger avec une certaine constante de temps. On a représenté, sur la figure 3 du dessin annexé, en A le signal de commande Vs du transistor 1 émis en S par l'unité de commande, en B, la tension VE aux bornes de la capacité. Jusqu'à l'instant T ou VE atteint une valeur Vref d'une tension de référence établie par l'unité de commande 4 pour déduire d'une comparaison de la tension aux bornes de la charge 2, après filtrage, avec cette ten- sion Vref, la présence ou l'absence d'un court-circuit de cette charge, il est clair que cette comparaison n'est pas significative puisque la tension aux bornes de la charge est alors constamment inférieure à Vref, même en l'absence de court-circuit. Il faut donc prévoir des moyens pour empêcher que l'unité de commande ne prenne en compte une information de court-circuit jusqu'à l'instant T. -3 - Pour ce faire on peut penser à établir une tempo- risation du signal de sortie du filtre par des moyens ana- logiques ou numériques. Quand l'unité de commande com- prend, classiquement, un microprocesseur, la temporisation est obtenue au moyen d'un compteur & chargement parallèle initialisé par le microprocesseur. Incidemment, dans cette hypothèse, on pourra aussi filtrer le signal de tension aux bornes de la charge par des moyens numériques. La logique de masquage nécessaire & l'obtention o10 d'une temporisation numérique présente l'inconvénient d'être coûteuse. En effet, pratiquement, la temporisation à établir doit pouvoir atteindre des valeurs de l'ordre de 200 ys ce qui, pour une résolution de 2 ys implique l'utilisation d'un compteur de 7 bits à chargement paral- lèle pour être programmable, contrainte qui impose en ou- tre la présence d'un registre à 7 bits et de la logique associée. L'ensemble exige l'intégration d'environ 200 transistors MOS par compteur d'o une réalisation coûteuse. Une telle solution ne permet pas, cependant, de réduire la longueur de l'intervalle de temps pendant le- quel un court-circuit de la charge ne peut être détecté. Comme on l'a vu plus haut, la temporisation établie doit être pratiquement de l'ordre de 200 ps, or l'expérience montre qu'une non- prise en compte d'un court-circuit de la charge pendant plus de 100 as peut affecter la sécurité du circuit de commande de l'alimentation de cette charge. La présente invention a donc pour but de réaliser un circuit de commande de l'alimentation d'une charge électrique, comprenant un dispositif de détection d'un court-circuit de la charge muni de moyens permettant de réduire au minimum la durée pendant laquelle un court-cir- cuit éventuel de la charge n'est pas observable par le dispositif. La présente invention a aussi pour but de réaliser un tel circuit d'intégration moins coûteuse que celle des moyens numériques de masquage évoqués ci-dessus. La présente invention a encore pour but de réaliser un tel dispositif dans lequel les caractéristiques du - 4 - dispositif de détection d'un court-circuit de la charge sont indépendantes de celles du filtre utilisé pour dépa- rasiter la tension prélevee aux bornes de la charge. Un tel circuit s'adapte ainsi facilement à une modification de ce filtre. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront dans la suite, avec un circuit de commande de l'alimentation d'une charge électrique, à dispositif de détection d'un court-circuit de la charge par comparaison d'une tension de référence à une tension prélevée aux bornes de la charge et filtrée dans un filtre capacitif, circuit caractérisé en ce qu'il comprend des moyens actionnés à la mise sous tension de la charge électrique pour précharger la capacité du filtre de manière à établir initialement sur la sortie de celui-ci une ten- sion sensiblement égale à la tension de référence, la constante de temps de la charge de la capacité par ces moyens étant faible par rapport à celle qui correspond à la charge de cette capacité par la seule tension d'ali- mentation de la charge. Ces moyens de précharge comprennent un transistor de connexion pour relier la capacité du filtre à une sour- ce de tension de précharge et un sous-circuit logique pour déclencher la conduction du transistor à la mise sous ten- sion de la charge. Dans une mise en oeuvre du circuit suivant l'invention, la comparaison de la tension de référence à la tension prélevée aux bornes de la charge est réalisée par un comparateur dont les entrées sont alimentées res- pectivement par ces tensions. Le sous-circuit logique comprend alors une porte logique ET à deux entrées connec- tées respectivement à la sortie du comparateur et à une source d'un signal de validation de durée prédéterminée, la sortie de la porte ET alimentant une broche de commande du transistor de connexion. Au dessin annexé, donné seulement à titre d'exem- ple: - 5 -- - la figure 1 représente schématiquement un cir- cuit de commande de l'alimentation d'une charge, équipé d'un dispositif de détection d'un court-circuit de la charge, de la technique antérieure, la figure 2 représente schématiquement un circuit de commande de l'alimentation d'une charge, équipé d'un dispositif de détection d'un court-circuit de la charge suivant la présente invention, et - la figure 3 réunit des graphes des évolutions temporelles de tensions prélevées dans les circuits des figures 1 et 2, ces graphes étant utiles à la compréhension du fonctionnement du circuit suivant la présente invention. On se réfère à la figure 2 du dessin o le circuit représenté reprend divers éléments du circuit de la figure 1 qui fait partie de la technique antérieure, ainsi que cela est expliqué dans le préambule de la présente des- cription. Aux figures 1 et 2 des nombres identiques repè- rent des organes identiques ou similaires. A la figure 2, un transistor de puissance 1 com- mande l'alimentation électrique d'une charge 2. Le tran- sistor 1 peut être un transistor en technologie MOS, ou en technologie bipolaire comme représenté -au dessin o il prend la forme d'un transistor du type PNP connecté par son émetteur au pôle + d'une source d'alimentation élec- trique. En électronique automobile cette source d'alimen- tation est la batterie du véhicule qui fournit alors une tension +Vbat. La charge 2, typiquement un bobinage induc- tif en électronique automobile, fait alors partie dans ce cas d'un actuateur, par exemple une électrovanne qui modu- le la pression ou le débit d'un fluide. Une telle électro- vanne peut ainsi déclencher une alimentation en carburant liquide à un instant donné, ou couper cette alimentation à un instant donné. Pour des raisons de sécurité, on est amené & sur- veiller le bon fonctionnement d'un tel actuateur et, pour cela, à détecter une éventuelle déconnexion ou mise en court-circuit de son bobinage. 263207O0 -6- Pour la détection de court-circuit, on prévoit classiquement, comme on l'a vu plus haut, un dispositif qui prélève la tension aux bornes de la charge 2 et qui compare cette tension à une tension de référence Vref. Lorsque la tension prélevée est inférieure à Vref on en déduit que la charge est court-circuitée. Le dispositif émet alors un signal traité par une unité de commande 4 pour déclencher des actions correctrices. L'unité de commande comprend typiquement un ou plusieurs microprocesseurs, des mémoires et des intertaces par lesquelles sont reçus des signaux en provenance de cap- teurs surveillant des grandeurs liées au fonctionnement du véhicule, pression d'admission du moteur, vitesse de rotation du moteur, température de l'air ou d'un liquide de refroidissement, etc... Ces signaux sont traités par l'unité 4 qui forme des signaux de commande d'actuateurs qui permettent de réguler certains paramètres de fonction- nement, par exemple. Ainsi l'unité de commande 4 forme-t- elle a sa sortie S un signal pour déclencher la conduction ou la non-conduction du transistor 1, à travers un sous- circuit de commande 5 de l'actuateur dont fait partie la charge inductive 2. En électronique automobile, notamment, l'environne- ment est très parasité. Le dispositif de détection de court-circuit doit alors être alimenté par un signal dépa- rasité, représentatif de la tension aux bornes de la char- ge. A cet effet on utilise classiquement un filtre capaci- tif passe-bas 3 qui comprend, par exemple, une capacité C et une résistance R2 disposées en parallèle entre la masse et une borne d'une résistance Rl dont l'autre borne est connectée au point commun à la charge 2 et au collec- teur du transistor de puissance 1. On dispose ainsi en E', point commun à la capacité C et à la résistance Rl, d'un signal de tension déparasité que l'on compare & la tension Vref dans un comparateur 6 pour détecter la pré- sence d'un éventuel court-circuit de la charge. Lorsque l'unité de commande déclenche par l'inter- médiaire de la commande d'actuateur 5 et du transistor 1, -7-- l'alimentation de la charge, cette alimentation va égale- ment provoquer la charge de la capacité C, à travers la résistance Rl, avec une constante de temps déterminée par les valeurs des résistances R1, R2 et de la capacité C. Si on examine ce qui se passe alors dans le circuit de la technique antérieure représenté à la figure 1, en liaison avec le graphe B de la figure 3 qui donne l'évolu- tion de la tension sur la sortie E du filtre de ce circuit à partir de la mise sous tension à t = o de la charge 2, déclenchée par le signal Vs appliqué par l'unité de commande 4 sur sa sortie S, on constate que la tension en E crolt jusqu'à atteindre à l'instant T la valeur Vref à laquelle l'unité de commande 4 du circuit de la figure 1 compare la tension filtrée pour en déduire, en cas de dépassement de cette valeur par la tension filtrée, l'absence de court-circuit de la charge 2. Jusqu'à l'instant T, la tension filtrée restant inférieure à Vref, le dispositif de détection pourrait confondre cette situation avec celle qui résulte d'un véritable court-circuit, même en l'absence d'un tel court- circuit de la charge. Pour éviter une telle détection erronée, on prévoit un masquage de l'information fournie par le dispositif de détection jusqu'à l'instant T. Pour ce faire on peut utiliser une temporisation analogique ou des moyens numé- riques de masquage tels que ceux décrits dans le préambule de la présente description. Ceux-ci sont coûteux et lais- sent demeurer le problème suivant lequel le dispositif de détection ne fournit pas d'information significative jus- qu'à l'instant T. Or, si la charge est déjà court-circuitée à l'instant t = o, ou si un court-circuit intervient entre t = o et t = T, il est clair que le dispositif de détection du circuit de la figure 1 est incapable de signaler ce court-circuit avant l'instant T, du fait du masquage. En électronique automobile on observe couramment pour la durée de l'intervalle O[0,T] une valeur de l'ordre de 200 ps, compte tenu de la constantede temps du filtre - 8- nécessaire à un bon déparasitage du signal de tension prélevé sur la charge. Or on a observé qu'un court-circuit non corrigé pendant plus de 100 ys environ pouvait infliger des dom- mages au circuit. Suivant la présente invention on prévient une telle situation en équipant le dispositif de détection du circuit de moyens, représentés à la figure 2, qui per- mettent de réduire à quelques microsecondes seulement l'intervalle de temps pendant lequel un court-circuit de la charge ne peut être signalé par le dispositif de détection. Ces moyens comprennent une source de tension VDD reliée par l'intermédiaire d'un transistor 7 de connexion à la borne de sortie du filtre 3. Le transistor 7 peut être, par exemple, du type MOS canal N, la source du tran- sistor étant connectée à la capacitA C, à la sortie du filtre, tandis que le drain est connecté à la source de tension VDD. La grille du transistor est commandée par la sortie d'un sous-circuit logique 8 de commande de préchar- ge, ce sous-circuit comprenant deux entrées 9 et 10 con- nectées respectivement à l'unité de commande 4 et & la sortie du comparateur 6. Le transistor 7, le sous-circuit 8 et le compara- teur 6 peuvent être intégrés avec l'unité de commande de manière à constituer un circuit intégré unique 11 comman- dant par sa broche de sortie S la mise sous tension de la charge 2 et, recevant par sa broche d'entrée E' le si- gnal de tension filtrée prélevée aux bornes de cette char- ge. Bien entendu ce circuit intégré peut comprendre d'au- tres broches d'entrée et/ou de sortie pour recevoir ou émettre des signaux traités dans l'unité de commande à des fins de contrôle ou de commande d'autres fonctions. Le circuit suivant l'invention fonctionne alors comme suit. Lorsque l'unité de commande émet sur sa broche de sortie S un signal de commande de la mise sous tension de la charge 2, cette unité envoie simultanément sur la broche d'entrée 9 du sous-circuit de précharge 8 un signal -9- de validation de durée prédéterminé To (voir figure 3, graphe D). Ce signal est reçu par une porte logique ET 12 comprenant une deuxième entrée connectée en 10 à la sortie du comparateur 6. Dès la mise sous tension de la charge 2, le comparateur 6 émet un signal logique de niveau "haut" significatif du fait que la tension aux bornes de la charge 2 est alors inférieure à Vref du fait du déclenchement de la charge de la capacité C du filtre 3. La porte ET déclenche alors immédiatement la conduction du transistor 7 qui provoque alors la mise sous tension VDD de la capa- cité C qui se charge alors très rapidement. En effet la résistance RDSON du transistor 7 quand il conduit est très faible par rapport à R1 et R2 et la constante de temps RDSON x C de la charge de la capacité par la source de tension VDD est faible aussi. Du fait de cette faible constante de temps, la capacité C se charge très rapidement comme illustré en trait plein à la figure 3, graphe C, qui représente l'évolution de la tension VE, sur la broche d'entrée E' du circuit 11. La tension Vref est atteinte & l'instant Toc. Si alors la charge 2 n'est pas court-circuitée, la tension VE, va continuer à crottre ce qui provoque le basculement à l'état bas de la sortie du comparateur 6. La porte ET 12 se bloque et le transistor 7 cesse de con- duire. La charge de la capacité C du filtre 3 se poursuit sous l'influence de la seule tension +Vbat avec la cons- tante de temps du filtre 3 comme représenté en trait plein sur le graphe C. La sortie du comparateur 6 est connectée à une broche d'entrée 13 de l'unité de commande. Ainsi dès l'instant Toc l'unité de commande reçoit du comparateur un signal "bas" représentatif de l'absence de court-cir- cuit de la charge 2. Si, maintenant, on considère le cas d'une charge en état de court-circuit lors de la mise sous tension de cette charge, à l'instant Toc la tension en E' ne va pas continuer à-cro tre en suivant la partie en trait plein du graphe C, mais va décroître pour repasser sous - 10 - la valeur Vref, du fait que la tension +Vbat est alors court-circuitée à l'entrée du filtre 3. Cette décroissance provoque le basculement de la sortie du comparateur & l'état haut et donc une remise en conduction du transistor 57 qui recharge la capacité C à la tension Vref, d'o nou- veau basculement du comparatcur, etc... On a représenté sur le graphe E, figure 3, les basculements du comparateur entre les instants Toc et To, basculements qui établissent une régulation de la tension VE, autour de la valeur Vref entre ces deux instants, du fait du bouclage du circuit de la porte 12 et du transistor 7 par le comparateur 6. Cependant, & la fin de l'impulsion de validation de durée To émise sur l'entrée 9 de la porte 12, cette porte bloque le transistor 7. La tension VE, décrott alors du fait de la décharge de la capacité C qui n'est plus chargée ni par la source VDD ni par la source +Vbat à cause du court-cir- cuit de la charge 2. La sortie du comparateur repasse alors de manière stable à l'état haut pour signaler à l'unité de commande 4 le court-circuit de la charge. Suivant un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple, on fixe à 2 ps la valeur de la durée To de l'impulsion de validation. Ainsi grace à l'invention, l'unité de commande est prévenue du court- circuit de la charge au bout de 2 js, valeur à comparer à la durée T de l'ordre de 200 ys du délai correspondant pour le circuit de la technique antérieure représenté à la figure 1. Une caractéristique avantageuse importante du cir- cuit suivant l'invention tient dans la production par l'unité de commande de l'impulsion de validation de durée To (figure 3, D). Celle-ci retarde de To l'émission par le comparateur d'un signal représentatif d'un état de court- circuit de la charge. La valeur de To est choisie de ma- nière à être supérieure à'Toc (figure 3, C), temps requis pour que la charge de la capacité C par la source VDD atteigne la valeur Vref. Or Toc est fonction de la capaci- té C du filtre 3 extérieur au circuit 11. Ce filtre 3 doit pouvoir être adapté à des modifications de la charge de - ll - l'actuateur à surveiller, sans que cela entratne une modi- fication du circuit 11. De telles modifications peuvent résulter, par exemple, d'une évolution technologique de l'actuateur incorporant cette charge ou d'une réduction de la susceptibilité du dispositif de détection de court-cir- cuit aux parasites induits, modifications résultant norma- lement de l'évolution des produits dans le temps par les efforts de leurs concepteurs. En choisissant convenable- ment To de manière que To reste supérieur à Toc, quelle que soit l'évolution prévisible de l'actuateur et du fil- tre associé, on fixe les caractéristiques du circuit 11, qui pourra ainsi s'adapter ultérieurement aux modifica- tions prévisibles du filtre. Les caractéristiques du dis- positif de détection de court-circuit du circuit de com- mande suivant l'invention sont ainsi rendues indépendantes des évolutions ultérieures du filtre. Les moyens de précharge de la capacité C incorporés au circuit sont facilement intégrables à bas prix du fait qu'ils n'exigent l'intégration que d'une porte logique et d'un transistor MOS. Du fait que la période de temps To à masquer est extrêmement courte avec le circuit suivant l'invention, on peut supprimer pratiquement complètement la logique de masquage décrite au préambule de la présente invention et qui peut compter plusieurs centaines de transistors MOS. Le gain en surface pour le circuit intégré est alors considérable. La sécurité et la fiabilité du circuit de commande suivant l'invention sont très améliorées par rapport à celles du circuit de la figure 1 (de la technique anté- rieure), du fait que le temps de réponse du dispositif de détection de court-circuit est abaissé à de très faibles valeurs, très inférieures à la valeur critique de 100.s mentionnée ci-dessus. A titre d'exemple, pour une mise en oeuvre de l'invention dans un circuit de commande d'une électrovanne de coupure d'alimentation en carburant, on a choisi les valeurs suivantes pour certains paramètres du circuit: - 12 - +Vbat = 12 volts +VDD = 5 volts C = 10 nF R1 = 47 kJL R2 = 19 k L - 13 - REVENDICATIONS 1. Circuit de commande de l'alimentation d'une charge électrique (2), & dispositif de détection d'un court-circuit de la charge par comparaison d'une tension de référence & une tension prélevée aux bornez de la charge (2) et filtrée dans un filtre capacitif (3), circuit ca- ractérisé en ce qu'il comprend des moyens (7, 8) actionnés à la mise sous tension de la charge électrique pour pré- charger la capacité (C) du filtre (3) de manière à établir initialement sur la sortie de celui-ci une tension sensi- blement égale à la tension de référence, la constante de temps de la charge de la capacité par ces moyens étant faible par rapport à celle qui correspond à la charge de cette capacité par la seule tension d'alimentation de la charge (2). 2. Circuit conforme & la revendication 1, caracté- risé en ce que lesdits moyens comprennent un transistor (7) de connexion pour relier la capacité (C) du filtre (3) à une source de tension de précharche (VDD) et un sous- circuit logique (8) pour déclencher la conduction du tran- sistor (7) à la mise sous tension de la charge. 3. Circuit conforme à la revendication 2, dans lequel les entrées d'un comparateur (6) sont alimentées respectivement par une source de tension de référence Vrf et par la tension de sortie (VE,) du filtre, caracté- risé en ce que le sous-circuit logique (8) comprend une porte logique ET (12) à deux entrées (10, 9) connectées respectivement à la sortie du comparateur (6) et & une source (4) d'un signal de validation de durée prédétermi- née (To), la sortie de la porte ET étant connectée à une broche de commande de la conduction du transistor (7) de connexion, la sortie du comparateur fournissant un signal représentatif d'un état de courtcircuit de la charge (2) quand la tension de sortie du filtre demeure inférieure à Vref à la fin du signal de validation (To). 4. Circuit conforme à la revendication 3, caracté- risé en ce qu'il comprend une unité de commande (4) con- nectée à une broche de commande d'un transistor (1) de 2632'OO - 14 - contrôle du passage d'un courant entre la borne positive d'une source (+ Vbat) d'alimentation de la charge (2) et cette charge, cette unité de commande (4) étant aussi con- nectée à la porte ET (12) du sous-circuit logique, pour fournir & la broche de commande du transistor de contrôle (1) un signal de mise en conduction et, simultanément, un signal de validation à la porte ET (12) du sous-circuit logique (8). 5. Circuit conforme & la revendication 4, caracté- risé en ce que l'unité de commande (4), le comparateur (6), le transistor de connexion (7) et le sous-circuit logique (8) de commande de ce transistor constituent un circuit intégré (11) unique, le filtre capacitif (3) étant extérieur & ce circuit intégré. 6. Circuit conforme & l'une quelconque des reven- dications 3 à 5, caractérisé en ce que la durée To du signal de validation, & compter de la mise sous tension de la charge (2) est supérieure à la durée Toc de la charge de la capacité (C) à la tension de référence Vref, lorsque cette capacité est reliée par le transistor (7) de conne- xion, à la source de tension de précharge (VDD). 7. Circuit conforme à l'une quelconque des re.ven- dications précédentes, caractérisé en ce que le filtre capacitif est un filtre RC passe-bas comprenant une capa- cité (C) et une résistance (R2) en parallèle entre la masse du circuit et une borne d'une deuxième résistance (Rl) dont l'autre borne est connectée à la charge (2), du côté de son alimentation, l'autre borne de la charge (2) étant à la masse. 8. Circuit conforme à l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que la charge est une charge inductive formant partie d'un actuateur.