Brevet FR2626115A1 — publié le 19890721

CIRCUIT DE PROTECTION A L'OUVERTURE D > UN LNTERRUPTEUR La présente invention concerne le domaine des interrupteurs de puissance et plus particuliPrenent des interrupteurs destines à fonctionner sur charge inductive. Comme interrupteurs statiques possibles pour connuter des charges, on connait des composants du type thyristor ou triac qui, en l'absence de circuits complexes, ne peuvent être bloqués en cas de défaut qpécialement en cas de court-circuit, ces dispositifs ne pouvant normalement s'ouvrir que lors de passages à zéro du courant qui les traverse. D'autres types d'interrupteurs utilisent des composants blocables tels que des transistors de type:iOS ou bipolaire.Toutefois, lorsque ces interrupteurs sont ouverts alors qu'ils sont dans un circuit inductif, il se produit une surtension très importante à l'ouverture, si celle-ci n'a pas lieu pour un zéro de courant. I1 peut en résulter une destruction de l'interrupteur statique. Pour éviter cet inconvénient, on a prévu dans l'art antérieur des systèmes de protection du type de celui représenté en figure 1, dans lesquels, étant donné une charge L alimentée par une tension continue V, un interrupteur statique S est disposé en série avec la charge et une diode de protection, dite diode roue libre, 10 est connectée en parallèle avec la charge. Un inconvé nient d'un tel dispositif est qu'il s'agit d'un dispositif trois fils", c'est-à-dire d'un dispositif qui doit être connecte, d'une part, entre l'alimentation et la charge par des bornes 11 et 12, d'autre part, aux bornes de la charge par la borne 12 et une borne 13. Ainsi, un tel dispositif simple présente des difficultés d'installation. Les équipementiers souhaitent généralement disposer de dispositifs "deux fils" tels que celui représenté en figure 2 dans lequel un système de protection P est connecté en parallèle avec l'interrupteur S et où il y a pas de connexion avec la deuxième borne de la charge. Un exemple d'un dispositif de protection classique et d'un interrupteur statique particulier est illustré en figure 3 dans le cas où la tension V d'alimentation est une tension alternative. Dans cette figure, on a représenté l'interrupteur statique S sous forme de deux transistors MOS 31 et 32 en série. On a également présenté les diodes parasites drain/sour-e 33, 34 de ces transistors et les bornes de commande 35, 36 de cet interrupteur statique reliées, d'une part, aux grilles des transistors MOS, d'autre part, à la connexion commune de ces transistors MOS. I1 ne s'agit là que d'un exemple d'interrupteur statique. I1 pourrait également s'agir d'un montage à transistor bipolaire. Classiquement, le système de protection est une double diode à avalanche 38 qui devient conductrice dès que la tension à ses bornes dépasse un certain seuil. Ainsi, à l'ouverture de l'interrupteur S, quand la tension aux bornes de l'interrupteur croit en raison de l'énergie stockée dans la charge inductive L, la double diode à avalanche 38 écrête les surtensions au delà de sa valeur de seuil.Le problème avec un tel système est qu'une double diode à avalanche telle que la diode 35 est d'un coût relativement élevé et que la tension d'écrêtage est nécessairement élevée si l'on veut éviter des déclenchements parasites. on effet, si l'on tient compte des variations de la tension d'alimentation autour de la valeur nominale, des tolérances sur ce type de composant, de la résistance dynamique de la diode 35 et de sa variation avec la température, on en arrive à des tensions d'écrêtage de l'ordre de 1,8 à 2 fois la tension crête du réseau d'alimentation. Il en résulte que l'on est obligé de surdimensionner les composants de l'interrupteur I. D'autre part, de toute manière, une double diode à avalanche permettant de laisser passer un courant relativement important est un composant coûteux. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un circuit de protection, limiteur de surtension, pouvant être connecté en parallèle avec un interrupteur selon un montage deux fils qui pallie les inconvénients des dispositifs antérieurs, c'est-à-dire notanment qui puisse être d'un faible coût et qui produise son effet pour une tension seulement légèrement plus élevée que la tension crête d'alimentation, par exemple 1,2 à 1,3 fois cette valeur. Pour atteinre cet objet, la présente invention prévolt un circuit de protection à l'ouverture d'un interrupteur, disposé en parallèle sur cet interrupteur, comprenant un premier dispositif du type thyristor ou triac en série avec une impédance telle qu'une résistance, et des moyens pour amorcer ledit premier dispositif quand l'interrupteur s'ouvre. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens d'amorçage comprennent un deuxième dispositif du type double diode à avalanche ou diode à avalanche connecté entre l'électrode de commande et l'électrode principale opposée du premier dispositif. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la valeur R de la résistance est choisie pour que R = aVp/Io où : Vp est la tension de crête d'alimentation 10 est le courant de crête nominal à la conduction a est un paramètre inférieur à 1, de préférence compris entre 0,05 et 0,7, de préférence entre 0,3 et 0,6. Un avantage de la présente invention, est que le deuxième dispositif peut être choisi pour que la tension maximale qu'il peut supporter soit égale à environ 1,2 Vp, où Vp est la tension de crête d'alimentation. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles les figures 1 à 3 décrites précédemment illustrent divers dispositifs de l'art antérieur, les figures 4 et 5 représentent des modes de réalisation particuliers d'un circuit de protection selon la présente inven- tion, et les figures 6A et 6B représentent des formes d'onde destinées à expliquer le fonctionnement du circuit de protection selon l'invention. la figure 4 représente un circuit de protection selon la présente invention, disposé en parallèle sur un interrupteur S permettant d'établir une connexion entre une source de tension alternative V et une charge inductive L. Ce circuit de protection comprend un triac 40 en série avec une résistance 41. Entre une borne principale et l'électrode de commande correspondant à l'autre borne principale du triac est disposée une double diode à avalanche 42. Ainsi, dès que la double diode à avalanche 47 est amorcée, c' est-à-dire que la tension aux bornes de l'interrupteur a dépassé sa valeur de seuil, VT, le triac 40 entre en conduction et un courant circule dans la résistance 41. Au moment où ce courant s'annule, le triac 40 s'ouvre.On notera qu'ici, contraire ment au cas de la figure 3, il n'y a pas écrêtage de la surtension au delà d'une certaine limite par circulation de courant dans la diode 42, mais élimination totale de l'énergie stockée aux bornes de la charge. La figure 5 représente une variante du circuit selon la présente invention. L'interrupteur, au lieu d'être connecté en série directe entre la source d'alimentation V et la charge L est connecté aux bornes d'un pont redresseur 45 de sorte qu'il y circule toujours un courant unidirectionnel, ce qui simplifie éventuellement la fabrication de cet interrupteur. En parallèle avec l'interrupteur est disposé un dispositif analogue à celui de la figure 4 mais où le triac 40 est remplacé par un simple thyristor 50 et où la double diode à avalanche 4 est remplacée par une simple diode à avalanche 52. On notera toutefois qu'on pourrait utiliser encore un triac et une double diode à avalanche. Le fonctionnement et les avantages du circuit de la figure 4 se comprendront vieux en relation avec les courbes des figures 6A et 6B. La figure 6A représente en pointillés l'allure de la tension de source V et en trait plein l'allure du courant I dans le circuit quand l'interrupteur statique S est fermé. Comme on peut le voir, le courant est déphasé par rapport à la tension étant donné que la charge est de type inductif. La figure 6B représente l'allure de la tension V de la source d'alimentation (en pointillés), du courant I dans le circuit (en trait plein) et de la tension Vs aux bornes de l'interrupteur (en traits d'axe), en supposant que l'interrupteur S est ouvert à un instant t1 qui correspond sensiblement au passage d'une intensité maximale dans le circuit, c'est-à-dire dans le cas le plus défavorable. Dans la figure 6B, jusqu'à l'instant tl, les courbes V et I correspondent aux courbes de la figure 6A. A l'instant t1 > la tension croIt brutalement aux bornes de l'interrupteur et est limitée à la valeur VT de la diode à avalanche (42, 52). Le triac 40 (thyristor 50) vient alors en conduction et le courant décroit jusqu'à une valeur nulle à l'instant t2.Parallèlement, la tension Vs chute et l'on arrive à un zéro de tension et de courant. Le triac (thyristor) se bloque alors et la courbe de tension correspond à la courbe de tension d'alimentation. Si l'on choisit convenablement la valeur R de la résistance 41 en série avec le triac (thyristor), la tension Vs ne dépassera jamais la valeur de crête de la tension d'alimentation. Pour cela, on choisit de préférence la valeur R inférieure au rapport entre la valeur de crête Vp de la tension V et la valeur de crête lo du courant nominal dans la charge. On choisira R = aRTp/IO avec a compris entre 0,05 et 0,7, de préférence entre 0,3 et 0,6. Bien entendu, la présente invention est susceptible de nombreuses variantes qui apparaltront à l'homme de l'art. Par exemple, le dispositif de type thyristor ou triac, au lieu d'être déclenché par un dispositif à avalanche, pourrait être systémati quement déclenché par tout circuit connu lors de l'ouverture de l'interrupteur S. Ceci peut permettre de limiter encore la surtension qui apparait à l'ouverture. On a également considéré précédemment uniquement le cas où l'interrupteur principal était un interrupteur statique, il peut aussi s' agir d'un contacteur à relais ou d'un disjoncteur électro-magnétique qu'il est également souhaitable de protéger à l'encontre de surtensions. REVENDICATIONS 1. Circuit de protection à l'ouverture d'un interrupteur, disposé en parallèle sur cet interrupteur, caractérisé en ce qu'il comprend un premier dispositif du type thyristor ou triac (40, 50) en série avec une impédance (41), et des moyens pour amorcer ledit premier dispositif quant l'interrupteur s'ouvre. 2. Circuit de protection à l'ouverture selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'amorçage comprennent un deuxième dispositif du type double diode à avalanche (42) ou diode à avalanche (52) connecté entre l'électrode de commande et l'électrode principale opposée du premier dispositif (40, 50). 3. Circuit de protection à l'ouverture selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite impédance est une résistan- ce (41) dont la valeur R est choisie pour que : R = aVp/I0 où : p est la tenson de crête d'alimentation IO est le courant de crête nominal à la conduction a est un paramètre Inférieur à 1, de préférence compris entre X,05 et ),7 4. Circuit de protection selon la revendication 3, caractérisé en ce que a est compris entre 0,3 et 0,6.