Brevet FR2658968A1 — publié le 19910830

Dispositif de protection contre les perturbations engendrées par la connexion à une source d'alimentation électrique continue ou la déconnexion de cette source d'un ensemble électronique, sur l'alimentation délivrée par cette source La présente invention concerne un dispositif de protection contre les perturbations engendrées par la connexion à une source d'alimentation électrique continue ou la déconnexion de cette source d'un ensemble électronique, sur l'alimentation délivrée par cette source. Les équipements électroniques complexes tels que les équipements de télécommunications sont constitués généralement d'ensembles électroniques tel que des cartes à circuits imprimés équipés de composants électroniques, enfichées dans des bacs, ou châssis, eux-mêmes regroupés dans des bâtis ou armoires. L'alimentation électrique nécessaire au fonctionnement des com- posants électroniques portés par ces cartes est généralement délivrée par une source de tension continue commune aux différentes cartes d'un même bâti. Il est par ailleurs prévu en général sur chaque carte, dans le circuit d'accès de la tension d'alimentation de cette carte, une ou plusieurs cellules de filtrage aptes à éviter la transmission aux circuits électroniques de cette carte d'éventuels parasites électriques présents sur la tension d'alimentation et inversement la transmission à la source de tension continue d'alimentation d'éventuels parasites électriques générés par cette carte en fonctionnement. Un exemple d'une telle cellule de filtrage est représentée sur la figure 1; il s'agit d'une cellule de type L-C, comportant une inductance Ll et un condensateur C 2, la tension continue d'alimentation V étant appliquée aux bornes de l'ensemble Ll-C 2, et la tension de sortie étant prise aux bornes du condensateur C 2. La fonction de filtrage de cette cellule est d'autant mieux remplie que les valeurs de l'inductance Ll et du condensateur C 2 sont élevées Les valeurs de ces éléments sont cependant optimisées pour tenir compte d'autres critères tels que encombrement et coût. 2- La présence de telles cellules de filtrage sur ces cartes augmente cependant les perturbations électriques au moment de l'enfichage ou du retrait de ces cartes, et ce d'autant plus que la consommation de courant par ces cartes est élevée, ce qui est de plus en plus le cas étant donnée la tendance croissante à une concentration élevée de circuits sur ces cartes. Ainsi, à la connexion d'une carte équipée d'une telle cellule de filtrage, le condensateur C 2 se charge très rapidement à travers l'induutaince Ll, ce qui entraîne un appel de courant important sur la source d'alimentation. Bien que cette source, consistant généralement en un convertisseur continu-continu (par exemple en un convertisseur 48 V/5 V dans le cas d'équipements de télécommunications) soit équipée d'une boucle d'asservissement en tension, cet asservissement est en général lent à se produire devant le temps de charge du condensateur C 2 et il se produit une chute momentanée de la tension d'alimentation pendant ce temps de charge, pouvant perturber le fonctionnement de certains circuits en cours de fonctionnement à cet instant sur d'autres cartes. En outre, à la déconnexion d'une carte équipée d'une telle cellule de filtrage, l'arrêt brusque du courant circulant dans l'inductance Ll provoque une surtension pouvant atteindre en pratique plusieurs dizaines de volts, qui provoque un arc au niveau des contacts du connecteur de la carte à l'instant o celle-ci est déconnectée. Pendant ce très court instant (en pratique quelques micro- secondes) cette surtension est transmise vers la source d'alimen- tation, pouvant perturber le fonctionnement de certains circuits en fonctionnement, car elle est à l'origine d'une perturbation électrostatique qui engendre une perturbation électromagnétique. Pour éviter les inconvénients précités se produisant lors de la connexion de la carte, une solution serait d'augmenter la valeur de l'inductance Ll Le temps de charge, du condensateur C 2 lors de la connexion serait alors plus long, permettant à la boucle d'asservissement du convertisseur continu-continu de corriger la chute de tension, mais au moment du retrait de la carte la surtension due à -3- l'inductance Ll serait encore plus importante. Cette solution conduirait de plus à un encombrement et à un coût augmentés. Une autre solution consisterait à diminuer la valeur du condensateur C 2 ou à disposer une résistance en série avec ce condensateur, d'o une impédance plus grande présentée par cet élément et un appel de courant par la carte considérée, sur la source d'alimentation, moins fort à la connexion de cette carte. Cette solution conduirait cependant à une réduction des performances de la cellule de filtrage équipant cette carte. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients, c'est-à-dire d'éviter la génération des perturbations décrites, sur l'alimentation délivrée par la source commune d'alimentation des cartes, au moment de la connexion ou de la déconnexion de cartes, tout en maintenant l'efficacité des cellules de filtrage de ces cartes optimale. La présente invention a pour objet un dispositif de protection contre les perturbations engendrées par la connexion à une source d'alimentation électrique continue ou la déconnexion de cette source d'un ensemble électronique, sur l'alimentation électrique délivrée par cette source, ledit dispositif étant essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément d'impédance variable, et des moyens de commande de cette impédance, de manière que celle-ci présente une première valeur très grande lorsque ledit ensemble électronique est à l'état déconnecté, une deuxième valeur très faible lorsque cet ensemble est à l'état connecté, et une valeur variant lentement de la première à la deuxième valeur au passage de l'état déconnecté à l'état connecté, et variant rapidement de la deuxième à la première valeur au passage de l'état connecté à l'état déconnecté, le courant obtenu en sortie de cet élément alimentant ledit ensemble électronique. D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels, outre la figure 1 déjà décrite et représentant une cellule de filtrage, 4 - la figure 2 montre un schéma électrique d'un dispositif de protection, suivant un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 3 montre un schéma électrique d'un dispositif de protection suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de protection suivant l'invention, représenté sur la figure 2 o il est repéré par 1 est placé entre des bornes 20 et 30 reliées respectivement aux accès d'alimentation 2 et 3 d'un ensemble électronique qu'il équipe, et la cellule de filtrage 4 équipant cet ensemble. L'ensemble électronique considéré est par exemple une carte à circuits imprimés enfichable dans un châssis ou bac d'un bâti d'équipement électronique ayant une source d'alimentation continue commune aux différentes cartes des différents châssis. Entre les bornes 20 et 30 et les accès d'alimentation 2, 3, qui sont connectés à la source de tension continue d'alimentation reprérée 8, sont disposés un connecteur 6 dit connecteur de carte, et un connecteur 7, dit connecteur de châssis, ou de bac, contenant la carte considérée, ces deux connecteurs permettant d'établir une continuité électrique entre la carte et ses accès d'alimentation 2, 3, lorsque la carte est connectée, ou de rompre cette continuité lorsque la carte est déconnectée. En sortie de la cellule de filtrage 4 est disposée une charge 5 représentant les circuits de la carte considérée, autres que le dispositif de protection 1 et la cellule de filtrage 4. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, une tension d'alimentation d'une seule polarité, positive par exemple (notée +V) est utilisée, cette tension étant appliquée à l'un des accès d'alimentation, l'accès 2 par exemple, l'autre accès étant mis au potentiel de référence O volt. Sur la figure 2 le dispositif de protection 1 comporte, dans l'exemple de réalisation décrit, une cellule d'intégration formée d'un condensateur Cl et d'une résistance Ri branchés en série dans cet ordre entre les bornes 20 et 30, et un transistor Tl de puissance à effet de champ constitué en l'occurence d'un transistor du type MOS à canal P La tension d'entrée de cette cellule, constituée par la -5- tension aux bornes du condensateur Cl et de la résistance Rl en série est égale à +V lorsque la carte est connectée ou à O volt lorsque la carte est déconnectée La tension de sortie de cette cellule d'intégration, prise aux bornes du condensateur Cl, constitue la tension source-grille VSG, du transistor Tl dont la source est connectée à la borne 20 et la grille au point commun à la capacité Cl et à la résistance Rl Le courant de drain ID délivré par le transistor Tl alimente la cellule de filtrage Ll-C 2. Une diode Dl est par ailleurs disposée entre le point commun au condensateur Cl et à la résistance Rt, et la borne 30. Le fonctionnement de ce dispositif de protection est le suivant. A la connexion de la carte équipée de ce dispositif de protection, la tension d'entrée de la cellule d'intégration Rl-Cl passe brusquement de O à +V La tension de sortie de cette cellule d'intégration, c'est-à-dire la tension source-grille VSG du transistor Tl, croît alors lentement de O à + V A partir d'une certaine valeur de la tension VSG, le transistor Tl, initialement bloqué, devient conducteur. La résistance apparente drainsource du transistor Tl, initialement très grande (> 1 M f par exemple), diminue alors progressivement et le condensateur C 2 se charge donc progressivement avec un courant limité par la valeur de cette résistance. Lorsque le condensateur Cl est complètement chargé, le transistor Tl est saturé, sa résistance apparente drain-source est alors très faible (de l'ordre de 100 mj par exemple) et le dispositif de protection est alors "transparent". On notera que pour que ce dispositif de protection soit efficace, il faut que le temps pendant lequel le courant de charge du condensateur C 2 est ainsi contrôlé soit très supérieur (de l'ordre de 20 ms par exemple) au temps de charge du condensateur C 2 en l'absence de ce dispositif de protection (de l'ordre de 200 A S par exemple), de manière à permettre à la boucle d'asservissement du convertisseur continu-continu de remplir son rôle, c'est-à-dire ici d'éviter une chute momentanée de la tension d'alimentation +V Les composants Rt, Cl et Tl sont déterminés en conséquence La résistance apparente -6- drain-source du transistor Tl à l'état saturé est par ailleurs déterminée en fonction du courant nécessaire pour alimenter la carte quand celle-ci fonctionne en régime établi. A la déconnexion de la carte, le condensateur Cl étant initia- lement chargé à la tension +V et le potentiel appliqué à l'une de ses bornes, connectée à la borne 20 c'est-à-dire à l'accès 2 à travers les connecteurs 6 et 7, variant brusquement de +V à 0, le potentiel à son autre borne, connectée à la cathode de la diode Dl (l'anode de la diode Dl étant connectée à l'accès 3 par les connecteurs 6 et 7) devient brusquement négatif par rapport au potentiel O volt La diode Dl initialement bloquée devient alors passante Le condensateur Cl se décharge donc très rapidement à travers cette diode tandis que la tension source-grille VSG du transistor Tl décroît très rapidement entraînant le blocage du transistor Tl Ce blocage qui intervient très rapidement (en pratique en quelques nanosecondes), empêche toute perturbation côté drain, due notamment à la présence de la cellule de filtrage Ll-C 2, d'être transmise côté source du transistor Tl, c'est-à-dire du côté de la source de tension continue d'alimentation. Le mode de réalisation du dispositif de protection selon l'invention représenté sur la figure 3 correspond au cas d'une alimentation de la carte avec une tension positive +V et une tension négative -V, appliquées respectivement sur les accès d'alimentation repérés 2 ' et 3 ', le potentiel de référence OV étant mis sur un accès repéré 10 La source d'alimentation fournissant les deux tensions +V et -V et à laquelle sont connectés les accès 2 ', 3 ' et 10 est référencée 8 ' et le dispositif de protection lui-même est référencé 1 '. La cellule de filtrage, repérée 4 ', se décompose alors de manière connue en deux cellules de filtrage 41 et 42 de ces deux tensions Ces deux cellules sont ici chacune analogue à la cellule 4 de la figure 2 et comportent donc chacune une inductance et un condensateur, respectivement Lîl et C 21 et L 12 et C 22 En sortie de ces deux cellules 41 et 42 sont disposées respectivement deux charges 51 et 52 représentant les circuits de la carte considérée alimentés à travers le dispositif de protection 1 ' et respectivement les cellules 41 et -7- 42. Le dispositif de protection 1 ', relié aux accès d'alimentation 2 ', 3 ' et 10 par un connecteur de carte 6 ' et un connecteur de châssis ou bac 7 ', se décompose également en deux dispositifs 11 et 12 comportant chacun, comme le dispositif de protection 1 de la figure 2, un transistor de puissance à effet de champ Tîl, une cellule d'intégration Rll, Cli et une diode Dîl pour le premier, un transistor de puissance à effet de champ T 12, une cellule d'intégration R 12, C 12 et une diode D 12 pour le deuxième, avec cependant les différences suivantes. Si le transistor Tîl du dispositif 11 est comme le transistor Tl du dispositif 1 de la figure 2 un transistor de type MOS à canal P, sa source étant reliée à travers les connecteurs 6 ' et 7 ' à l'accès d'alimentation 2 ' au potentiel positif +V (et son drain à la borne d'entrée de la cellule de filtrage 41 connectée à l'inductance L 11), le transistor T 12 du dispositif 12 est un transistor de type MOS à canal N, sa source étant reliée à travers les connecteurs 6 ' et 7 ' à l'accès d'alimentation 3 ' au potentiel négatif -V (et son drain à la borne d'entrée de la cellule de filtrage 42 connectée à l'inductance L 12). Le point commun à la résistance Ril et à la diode Dli, côté anode de cette dernière, est connecté au drain D du transistor T 12, et de même le point commun à la résistance R 12 et à la diode D 12, côté cathode de cette dernière, est connecté au drain D du transistor Tii. Ceci permet d'obtenir, à la déconnexion de la carte équipée d'un tel dispositif de protection, une mise en conduction des diodes Dil et D 12, et par suite un blocage des transistors Tii et T 12, plus rapide que dans le cas du montage de la figure 2. Une résistance R 21 est par ailleurs connectée entre la source S et le drain D du transistor Tii, de même une résistance R 22 est connectée entre la source S et le drain D du transistor T 12 Ceci permet de procurer, à la connection de la carte équipée de ce dispositif de protection (c'est-à-dire en partant d'un état initial o les transistors T 1 l et T 12 sont bloqués), un circuit de charge pour le condensateur Cii, en l'occurence à travers la résistance R 11 et la -8- résistance R 22, et de même un circuit de charge pour le condensateur C 12, en l'occurence à travers la résistance R 12 et la résistance R 21. Afin de ne pas diminuer les performances du montage, les résistances R 21 et R 22 doivent avoir une valeur élevée, par exemple de l'ordre de 1 M t. On a décrit l'invention dans le cadre d'une application à une carte à circuits imprimés enfichable dans un châssis d'un bâti d'équipement électronique mais il est bien évident qu'elle n'est pas limitée à cette application Elle peut s'appliquer en particulier à chaque ensemble électronique d'un groupe d'ensembles électroniques alimentés par une source d'alimentation électrique continue commune et individuellement connectables et déconnectables de cette source, pour éviter la génération, au moment de la connexion ou de la déconnexion électrique d'un de ces ensembles, de perturbations sur l'alimentation délivrée par cette source commune et par suite sur l'alimentation de ceux des autres ensembles du groupe qui se trouvent à ce moment-là connectés à la source. Par ailleurs, on notera que le dispositif de protection selon l'invention, particulièrement efficace en cas d'utilisation de cellules de filtrage individuelles de l'alimentation au niveau de ces différents ensembles électroniques, conserve néanmoins son utilité en l'absence de telles cellules de filtrage individuelles, notamment pour éviter une éventuelle chute de la tension d'alimentation fournie par la source d'alimentation commune de ces ensembles lors de la connexion de l'un d'entre eux. -9- REVENDICATIONS l/ Dispositif de protection contre les perturbations engendrées par la connexion à une source d'alimentation électrique continue ou la déconnexion de cette source d'un ensemble électronique, sur l'alimentation électrique délivrée par cette source, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément (Tl) d'impédance variable, et des moyens (RI, Cl, Dl) de commande de cette impédance, de manière que celle- ci présente une première valeur très grande lorsque ledit ensemble électronique est à l'état déconnecté, une deuxième valeur très faible lorsque cet ensemble est à l'état connecté, et une valeur variant lentement de la première à la deuxième valeur au passage de l'état déconnecté à l'état connecté, et variant rapidement de la deuxième à la première valeur au passage de l'état connecté à l'état déconnecté, le courant obtenu en sortie de cet élément alimentant ledit ensemble électronique. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément d'impédance variable comporte un transistor de puissance à effet de champ (Tl) dont la tension source-grille est fournie par lesdits moyens de commande (RI, Cl, Dl) de cet élément, et dont le courant de drain constitue le courant d'alimentation dudit ensemble électronique. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comportent une cellule d'intégration du type R-C (Rl, Cl) alimentée par la tension d'alimentation délivrée par ladite source lorsque ledit ensemble électronique est à l'état connecté, et non alimentée lorsque cet ensemble est à l'état déconnecté, et une diode (Dl) de décharge du condensateur (Cl) de cette cellule d'intégration au passage de l'ensemble électronique de l'état connecté à l'état déconnecté. 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, ladite source d'alimentation fournissant audit ensemble électronique deux tensions de polarités opposées, il comporte les éléments suivant l'une de ces revendications pour chacune de ces polarités. 5/ Dispositif suivant les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que - pour chacune des polarités la diode (Dll, D 12) de décharge du condensateur (Cll, C 12) de la cellule d'intégration associée à cette polarité est connectée d'une part à l'une des bornes dudit condensateur et d'autre part à la sortie de l'élément d'impédance variable (T 12, Tll) associé à l'autre polarité. 6/ Dispositif suivant les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la cellule d'intégration du type R-C associée à chaque polarité comporte en outre une résistance (R 21; R 22) de forte valeur connectée en parallèle sur l'élément d'impédance variable (T 11, T 12) associé à l'autre polarité.