Brevet FR2654874A1 — publié le 19910524

La présente invention concerne le domaine des circuits de protection électroniques. La présente invention a pour but principal de proposer un dispositif électronique apte à protéger la sortie logique d'un circuit de commande contre les court-circuits d'une charge et/ou les surintensités. Ce but est atteint selon l'invention grâce à un circuit de protection comprenant - un transistor de commutation dont le trajet de conduction principale émetteur-collecteur est connecté en série de la charge, - des premiers moyens de protection aptes à limiter le courant dans le trajet de conduction principale émetteur-collecteur du transistor de commutation, et - des seconds moyens de protection aptes à bloquer le transistor de commutation si la tension entre son émetteur et son collecteur dépasse un seuil prédéterminé. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, les premiers moyens de protection comprennent une résistance shunt connectée en série du trajet de conduction principale émetteur-collecteur du transistor de commutation, et un transistor dont le trajet émetteur-base est connecté en parallèle de la résistance shunt, tandis que son trajet base-collecteur est connecté en parallèle du trajet émetteur-base du transistor de commutation. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, les seconds moyens de protection comprennent un pont diviseur résistif connecté en parallèle du trajet de conduction principale émetteurcollecteur du transistor de commutation et un transistor dont le trajet émetteur-base est connecté en parallèle d'un élément du pont diviseur résistif, tandis que son trajet émetteur-collecteur est connecté en parallèle du trajet émetteur-base du transistor de commutation. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, une diode de protection contre les tensions d'alimentation inverses est connectée en série du trajet de conduction principale émetteur-collecteur du transistor de commutation. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, une diode Zener est connectée en parallèle de la charge. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels - la figure 1 représente le schéma d'un dispositif de protection conforme à une première variante de réalisation de la présente invention, - la figure 2 représente le schéma d'un dispositif de protection conforme à une seconde variante de réalisation de la présente invention, - les figures 3a et 3b représentent respectivement le courant dans la charge et la tension de sortie dans le cas d'une surcharge, - les figures 4a et 4b représentent respectivement la tension d'alimentation et la tension de sortie dans le cas d'une surtension, et - les figures 5a et 5b représentent respectivement la tension de commande et la tension de sortie dans le cas d'un court-circuit sur la charge. Le dispositif de protection P conforme à la présente invention représenté sur la figure 1 annexée, est conçu pour protéger la sortie logique d'un circuit de commande 10 associé à une charge R2. Le circuit de commande 10 peut faire l'objet de nombreux modes de réalisation et ne sera donc pas décrit par la suite. Pour l'essentiel, le dispositif de protection P représenté sur la figure 1 annexée comprend - un transistor de commutation principal QI, - un transistor de commutation auxiliaire Q4, - des premiers moyens de protection 20 conçus pour limiter le courant dans le trajet de conduction principale du transistor de commutation Q1, - des seconds moyens de protection 30 conçus pour bloquer le transistor de commutation principal Q1 si la tension entre son émetteur et son collecteur dépasse un seuil prédéterminé, - une diode D1 servant de protection contre les tensions d'alimentation inverses, et - une diode Zener Z1 connectée en parallèle de la charge R2, anode à la masse, pour servir de protection contre les surtensions. Plus précisément encore, selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1 annexée, la diode D1 a son anode reliée à une borne d'alimentation positive +Valim. La cathode de la diode D1 est reliée à l'émetteur du transistor de commutation auxiliaire Q4. Selon la représentation donnée sur la figure annexée le transistor Q4 est du type PNP. Sa base est reliée à la sortie du circuit de commande 10 à protéger. Les premiers moyens de protection 20 comprennent une résistance shunt R1 et un transistor Q2. Ce dernier est de type PNP selon la figure 1. La résistance R1 est connectée en série du trajet de conduction principale émetteur-collecteur du transistor de commutation Q1. Plus précisément, la résistance R1 est connectée entre le collecteur du transistor de commutation auxiliaire Q4 et l'émetteur du transistor de commutation principal Q1. Ce dernier est de type PNP selon la figure 1. La base du transistor Q2 est reliée à l'émetteur du transistor de commutation Q1. L'émetteur du transistor Q2 est relié au collecteur du transistor de commutation auxiliaire Q4. Le collecteur du transistor Q2 est relié à la base du transistor de commutation principal QI. Ainsi, le trajet émetteur-base du transistor Q2 est connecté en parallèle de la résistance shunt R1, tandis que son trajet base collecteur est connecté en parallèle du trajet émetteur-base du transistor de commutation principal Q1. Les seconds moyens de protection 30 comprennent pour l'essentiel un pont diviseur résistif formé de deux résistances R4, R5 et un transistor Q3. Ce dernier est de type PNP selon la figure 1. Les deux résistances R4, R5 sont connectées en série et le pont diviseur qu'elles forment est connecté en parallèle du trajet de conduction principale émetteur-collecteur du transistor Q1. L'émetteur du transistor Q3 est relié au point commun à la résistance R5 et l'émetteur du transistor Q1. La base du transistor Q3 est reliée au point commun aux résistances R4 et R5 du pont diviseur. Le collecteur du transistor Q3 est relié à la base du transistor Q1. Ainsi le trajet de commande émetteur-base du transistor Q3 est connecté en parallèle de la résistance R5 du pont diviseur, tandis que le trajet de conduction principal émetteur-collecteur du transistor Q3 est connecté en parallèle du trajet de commande émetteur-base du transistor Q1. On notera en outre que selon la représentation de la figure 1 annexée, il est prévu un condensateur C1 en parallèle de la résistance R5. La charge R2 est reliée entre le collecteur du transistor de commutation principal Q1 et la masse. Une résistance R3 de polarisation du transistor de commutation principal QI est reliée entre la base du transistor Q1 et la masse. Enfin, la diode Zener ZI est reliée en parallèle de la charge R2. Le fonctionnement du dispositif de protection représenté sur la figure 1 est pour l'essentiel le suivant. Lorsque le transistor de commutation auxiliaire Q4 passe à l'état passant grâce à l'application sur sa base d'un signal de commande approprié issu du circuit de commande 10, un courant de base s'établit dans le transistor de commutation principal Q1 grâce aux résistances R1 et R3. Il provoque la saturation du transistor Q1 et le passage d'un courant de puissance dans la charge R2. En cas de surcharge, donc d'une surintensité, ou lors d'un court-circuit sur la charge R2, le courant dans les résistances R1 et R2 augmente. La tension aux bornes de la résistance R1 va donc croitre, et le transistor Q2 va se saturer. Ce dernier va donc limiter la tension base émetteur Vbe du transistor QI et limiter son courant collecteur-émetteur. La tension collecteur-émetteur Vce du transistor Q1 va rapidement augmenter et charger la capacité C1 par la résistance R4. Lorsque la tension aux bornes du condensateur C1 atteint la tension base émetteur Vbe minimale du transistor Q3, ce dernier se sature et bloque les transistors Q1 et Q2. Le système est alors dans un état stable. Le transistor Q3 est saturé. La charge R2 n'est plus traversée que par le courant de base de Q3. On notera qu'il est nécessaire de couper la commande sur la base du transistor Q4 pour bloquer le transistor Q3 et ainsi désactiver la mémorisation de court-circuit formée par ce dernier. En cas de surtension d'alimentation, celle-ci se retrouve aux bornes de la charge R2 et par conséquent de la diode Zener Z1 parallèle. Si cette surtension dépasse la tension Zener de la diode Z1 celle-ci devient passante et se présente alors comme une faible résistance vis-à-vis du courant de charge. Ceci est équivalent à une surintensité et provoque la même réaction que précédemment (limitation initiale du courant dans QI grâce aux moyens 20, puis le cas échéant bloquage du transistor Q1 grâce aux moyens 30). On notera que la constante de temps de charge du condensateur Cl doit être suffisante pour permettre au transistor Q1 de se saturer avant le transistor Q3. Toutefois, cette constante de temps de charge du condensateur C1 ne doit pas être trop grande, sinon le retard de saturation du transistor Q3 risquerait de détruire Q1 par une trop forte énergie qu'il devrait alors dissiper. Dans un exemple typique mais non limitatif, les composants du circuit représenté sur la figure 1 annexée sont les suivants - transistor Q1, Q2, Q3 et Q4 du type BC 327, - résistance RI : 1,8 S1 , 1/4 W, - résistance R2 : 140 Q , 6 W, - résistance R3 : 680 n , 1 W, - résistance R4 : 4,7K 51 , 1/4 W, - résistance R5 : 6,8K Q, 1/4 W, - condensateur CI : 68nF, 50 Volts, - diode Zener ZI : 30 Volts, 500mW. Bien entendu, la diode D1 sert à protéger les dispositifs contre toute inversion de la tension d'alimentation +Valim. L'homme de l'art comprendra aisément que le dispositif de protection P représenté sur la figure 1 annexée permet de protéger le circuit de commande 10 contre tout court-circuit de la charge R2, toute surintensité, et contre toute surtension positive ou négative de l'alimentation. Comme suggéré précédemment, en statique, il est nécessaire de prévoir une remise à zéro du signal de commande appliqué sur la base du transistor Q4 après chaque court-circuit, surintensité ou surtension. Cependant, la commande peut se faire de 0 à quelques dizaines de KHz, sans difficulté. On a représenté sur la figure 2 annexée une variante de réalisation du dispositif de protection conforme à la présente invention qui se distingue du circuit représenté sur la figure 1 et précédemment décrit par les points suivants - suppression du condensateur C1 connecté en parallèle de la résistance R5 selon la figure 1, - adjonction d'un condensateur C2 en parallèle de la résistance R3, et - adjonction d'une résistance R6 entre d'une part, la base du transistor de commutation principal Q1 et d'autre part, le point commun au collecteur du transistor Q3 et à la résistance R3. Le fonctionnement du dispositif de protection P représenté sur la figure 2 annexée reste pour l'essentiel identique à celui du circuit représenté sur la figure 1 et précédemment décrit. Toutefois, le condensateur C1 prévu selon la représentation de la figure 1 pour ralentir la saturation du transistor Q3, étant supprimé selon la représentation de la figure 2, le condensateur C2 est cette fois destiné à accélérer la saturation du transistor de commutation principal QI en créant un fort courant d'appel. Ce dernier est toutefois limité par la résistance R6 série. L'homme de l'art comprendra aisément que les schémas représentés sur les figures 1 et 2 annexées peuvent être facilement inversés en polarité. C'est-à-dire que la charge R2 reliée à la masse selon les figures 1 et 2 peut être reliée au plus, le signal de commande appliqué sur la base du transistor Q4 étant alors validé à la masse et non pas au plus, le transistor Q4 étant monté en collecteur ouvert et les transistors Q1, Q2, Q3 et Q4 devenant des transistors NPN. Selon une application donnée à titre d'exemple non limitatif, le dispositif de protection représenté sur les figures 1 et 2 annexées peut être utilisé pour protéger la sortie logique du circuit de traitement et de mise en forme d'un signal issu d'un capteur de vitesse pour véhicule automobile. On a représenté sur la figure 3a annexée le courant mesuré dans la charge R2 lorsque celle-ci est réduite progressivement par paliers. On a représenté sur la figure 3b la tension de sortie mesurée aux bornes de la charge R2. On note que cette tension de sortie est sensiblement égale à la tension d'alimentation (la différence étant due à la chute de tension dans les éléments D1, Q4, R1 et Q1). On note que lorsque, à l'instant TO, la surcharge dépasse un seuil donné, les moyens de protection 30 bloquent le transistor Q1 pour protéger le dispositif de commande 10. On constate alors une chute de la tension de sortie aux bornes de la charge R2. On a représenté sur la figure 4a, une évolution croissante contrôlée de la tension d'alimentation +Valim, et sur la figure 4b la tension de sortie correspondante mesurée aux bornes de la charge R2. On constate sur la figure 4b que lorsqu'à l'instant T1 la tension d'alimentation +Valim dépasse un seuil, la diode Zener Z1 devenant passante, les moyens de protection 30 bloquent à nouveau le transistor Q1 pour protéger le dispositif de commande 10. Ceci entraîne là encore une chute de la tension de sortie aux bornes de la charge R2. Enfin, on a représenté sur la figure 5a, un signal de commande appliqué sur l'entrée du dispositif de protection et sur la figure 5b la tension de sortie obtenue lorsqu'une mise en court-circuit de la charge est opérée à l'instant T2. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection de la sortie logique d'un circuit de commande (10) caractérisé par le fait qu'il comprend - un transistor de commutation principal (QI) dont le trajet de conduction principale émetteur-collecteur est connecté en série d'une charge (R2), - des premiers moyens de protection (20) aptes à limiter le courant dans le trajet de conduction principale émetteur-collecteur du transistor de commutation (Q1), et - des seconds moyens de protection (30) aptes à bloquer le transistor de commutation (Q1) si la tension entre son émetteur et son collecteur dépasse un seuil prédéterminé. 2. Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les premiers moyens de protection (20) comprennent une résistance shunt (R1) connectée en série du trajet de conduction principale émetteur-collecteur du transistor de commutation (Q1) et un transistor (Q2) dont le trajet de commande émetteur-base est connecté en parallèle de la résistance shunt (R1) tandis que son trajet base collecteur est connecté en parallèle du trajet de commande émetteur-base du transistor de commutation (qu). 3. Dispositif de protection selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les seconds moyens de protection (30) comprennent un pont diviseur résistif (R4, R5) connecté en parallèle du trajet de conduction principale émetteur-collecteur du transistor de commutation (Q1) et un transistor (Q3) dont le trajet de commande émetteur-base est monté en parallèle d'un élément (R5) du pont diviseur résistif (R4, R5), tandis que son trajet de conduction principale émetteurcollecteur est connecté en parallèle du trajet de commande émetteur-base du transistor de commutation (Q1). 4. Dispositif de protection selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'un condensateur (C1) est connecté en parallèle dudit élément (R5) du pont diviseur résistif (R4, R5). 5. Dispositif de protection selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'un condensateur (C2) est relié en parallèle d'une résistance de polarisation (R3) de la base du transistor de commutation (or). 6. Dispositif de protection selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'une diode de protection (D1) contre les tensions d'alimentation inverses est connectée en série du trajet de conduction principale émetteur-collecteur du transistor de commutation (Q1). 7. Dispositif de protection selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'une diode Zener (Z1) est connectée en parallèle de la charge (R2).