Brevet FR2670959A1 — publié le 19920626

Circuit de protection d'équipement électrique contre des surtensions de secteur La présente invention concerne un circuit de protection d'équipements électriques contre des surtensions de secteur. Elle s'applique notamment à la protection d'équipements électriques ou électroniques contre les surtensions des réseaux, les erreurs de connexion ou les pannes des circuits d'alimentation. Dans les circuits de protection connus des réseaux continus basse tension, la protection contre les surtensions est généralement assurée par une mise en court-circuit du circuit d'alimentation au moyen d'un thyristor commandé par un circuit détecteur des anomalies du réseau d'alimentation. Bien que des circuits équivalents aient été mis en oeuvre pour assurer également la protection d'équipements alimentés en courant alternatif, ceux-ci s 1avèrent à l'expérience inefficaces, soit que le thyristor ne protège que durant seulement une demi alternance, la tension de crête restant intacte pendant l'autre demi alternance, ce qui est suffisant pour endommager en cas de surtension l'équipement branché sur le réseau, soit que le thyristor protège les deux demi alternances en absorbant toutefois un courant de court-circuit important sans que soit pour autant limité le courant passant dans le pont des diodes d'alimentation de l'équipement. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet, un circuit de protection d'équipement électrique contre les surtensions de secteur, du type comportant un dispositif de mise en court-circuit de la tension alternative fournie par le secteur à l'équipement caractérisé en ce que le dispositif de mise en court-circuit est de type bidirectionnel et est commandé par un circuit de déclenchement fonctionnant indifféremment sur les alternances positive et négative de la tension alternative fournie par le secteur lorsque la tension fournie par le secteur dépasse une valeur de seuil prédéterminée. Le circuit selon l'invention a pour principal avantage qu'il permet d'assurer la protection d'équipements électroniques contre les surtensions des réseaux d'alimentation, les erreurs de connexion d'équipements prévus d'être alimentés par exemple, sur un réseau 110 volts et qui sont branchés par erreur sur un réseau 220 volts, ou contre des surtensions produites par des pannes de circuits d'alimentation. Le circuit selon l'invention agit par court-circuit en aval d'un organe de coupure (fusible ou disjoncteur) qui ainsi coupe l'alimentation générale de l'équipement lorsque la surtension se produit. De la sorte le circuit agit sans épuiser la réserve d'énergie stockée dans le condensateur du circuit de redressement et filtrage de l'équipement ce qui présente aussi les avantages que les diodes du pont de redressement n'ont pas à supporter le courant de décharge du condensateur et de permettre d'assurer la fonction sauvegarde de configuration de logiciel (stockage en RAM) souvent utilisée dans les matériels électroniques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront ci-après à l'aide de la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent - Les - figures 1A et lB deux modes d'insertion d'un circuit de protection selon l'invention dans un équipement alimenté sur le réseau alternatif. - Les figures 2A et 2B deux modes de réalisation d'un circuit de protection selon l'invention correspondant respectivement aux modes de réalisation des figures 1A et lB - Les figures 3A, 3B et 3C des graphes de représentation des instants de commande des circuits de protection des figures 2A et 2B. Selon l'invention, le circuit de protection est destiné à être branché, soit comme le montre la figure 1A, au secondaire du transformateur d'alimentation d'un équipement, soit directement, comme représenté à la figure lB, sur le réseau alternatif d'alimentation de cet équipement. Sur la figure 1A, le circuit de protection 1 comporte deux bornes A et B reliées respectivement d'une part, aux extrémités d'un enroulement secondaire d'un transformateur 2 dont l'enroule- ment primaire est alimenté par le réseau alternatif par l'intermédiaire d'un organe de coupure (fusible ou disjoncteur) et éventuellement d'un filtre 3 et d'autre part, à un dispositif convertisseur 4 de la tension alternative développée au secondaire du transformateur 2 en une tension continue, le convertisseur 4 pouvant être réalisé par exemple, comme le montre la figure 1A, au moyen d'un pont de diodes 5 et d'un condensateur de filtrage 6. Le circuit de protection 1 est commandé par un circuit de commande 7 en fonction du niveau de la tension continue développée à la sortie du convertisseur 4. Un mode de réalisation d'un circuit de protection 1 applicable à la protection d'un équipement alimenté en énergie électrique par le secondaire d'un transformateur conformément à la représentation de la figure lA est montré à la figure 2A. Ce circuit comporte un dispositif bidirectionnel de mise en court-circuit de la tension alternative appliquée au convertisseur de tension alternative en tension continue de l'équipement, formé par un triac Q3 ou tout dispositif équivalent à thryristor capable de conduire sur les deux alternances positive et négative du secteur. Sur la figure 2A le triac Q3 est relié en série avec une inductance L1 et une résistance R1 entre les bornes A et B du dispositif de protection, pour limiter la vitesse de croissance et la valeur max du courant dans le triac Q3. La grille g du triac est commandée par un circuit de déclenchement 8 représenté à l'intérieur d'une ligne fermée en pointIllés. Le circuit de commande 8 comporte un pont redresseur deux alternances type Graetz formé par quatre diodes D D2, D3 et D4, et un interrupteur de courant formé par deux transistors Q1, Q2 de type de conductivité complémentaire, respectivement PNP et NPN sur la figure 2A et un phototransistor PH1 alimentés en parallèle avec une résistance R1l à l'intérieur d'une première diagonale PH du pont entre les cathodes communes des diodes D1 et D3 et les anodes communes des diodes D2 et D4. L'autre diagonale du pont est située entre les points D et G communs respectivement aux diodes D1, D2 d'une part, et D3, D4 d'autre part. Le point D est relié au point commun d'une résistance R2 et d'un condensateur C1. Les extrémités non communes de la résistance R2 et du condensateur C1 sont reliées respectivement à chacune des anodes A2 et A1 du triac Q3. Le point G est relié d'une part, à la grille du triac Q3 par l'intermédiaire d'une résistance Rg et d'une résistance R10 reliées en série. Les transistors Q1 et Q2 sont branchés entre les points F et H de la première diagonale du pont de diodes D1 à D4. Le collecteur du transistor Q1 est relié d'une part au point H par l'intermédiaire d'une résistance R8 et d'autre part, à la base du transistor Q2 dont l'émetteur est relié au point H. Le collecteur du transistor Q2 est relié d'une part au point F par l'intermédiaire d'une résistance R4 branchée en parallèle sur deux diodes D7 et D8 disposées en série et d'autre part, à la base du transistor Q1. Le collecteur du phototransistor PH est relié d'une part, au point F par l'intermédiaire d'une diode Zener D5, d'une résistance R5 et de la résistance R4 reliées en série et d'autre part, au point H par l'intermédiaire d'une diode Zener D6 placée en parallèle entre son collecteur et son émetteur. La base du phototransistor PH1 est reliée au point H par l'intermédiaire d'une résistance R6. La diode électroluminescente du phototransistor PH1 est commandée par une tension Vc appliquée par le circuit de commande 7 des figures lA et 1B. Selon la configurationde la figure 2A le circuit de protection peut être commandé de deux façons différentes, selon que le photocoupleur PH1 est sollicité ou non, par le circuit de commande 7. Lorsque le photocoupleur PH1 n'est pas sollicité, le circuit de protection se déclenche lorsque la tension instantanée appliquée aux bornes A et B atteint, comme le montre la figure 3A, la somme des deux tensions d'avalanche des diodes Zener D5 et D6. La conduction des diodes D5 et D6 entraîne celle du transistor Q1, puis celle du transistor Q2 et enfin la commande du triac Q3 par le courant de décharge du condensateur C1 dans le circuit formé par la diode D1, des diodes D7, D8, le transistor Q2 et la diode D4 dans le cas d'une demi alternance positive.Compte tenu de ce qui précède le courant de déclenchement du dispositif de protection est égale au quotient de la tension développée entre la base et l'émetteur du transistor Q1 par la résistance R4. Naturellement le dispositif de commutation qui vient d'être décrit peut être déclenché sur l'une ou l'autre alternance de la tension alternative appliquée entre les bornes A et B du fait du montage en pont des diodes D1 à D4 qui effectue un redressement double alternance. L'ensemble Q2' R89 D7, D D8 constitue l'équivalent d'un thyristor, ce qui permet d'obtenir une croissance rapide du courant de commande du triac Q3. I1 présente par rapport à un thyristor réel, l'avantage d'avoir une sensibilité au déclenchement beaucoup plus précise que celui-ci. Les diodes D7, D8 et la résistance R7 permettent de limiter le courant dans le transistor Q1 et par conséquent dans les bases des deux transistors. Le courantp rincipal circule à travers les éléments D7, D8 et collecteur-émetteur de Q2, ces trois éléments sont dimensionnés en conséquence. Le rôle de la résistance R2 est, avec celui du condensateur C1, de filtrer d'éventuels parasites et d'éviter au moment du déclenchement que les courants de décharge du condensateur C1 ne s'écoulent entièrement dans le circuit d'anode du triac Q3 au lieu de passer dans l'électrode de commande de celui-ci. En choisissant pour la constante de temps R2 C1 une valeur très faible devant la période de la tension secteur aucun déphasage significatif par rapport à la tension secteur ne peut être apporté par le circuit R2C1. Lorsque le photocoupleur PH1 est sollicité deux types de fonctionnement peuvent également se présenter suivant que la tension instantanée VAVB entre les bornes A et B est supérieure ou inférieure à la tension d'avalanche de la diode Zener D5. Lorsque la tension VA-VB est supérieure à la tension d'avalanche de la diode Zener D5 le circuit se déclenche immédiatement de la manière représentée à la figure 3B. Par contre, comme le montre la figure 3C, lorsque la tension VAVB est inférieure à la tension d'avalanche de la diode Zener D5 le circuit de protection se déclenche sitôt que la tension instantanée atteint la tension d'avalanche de la diode D5. Cette disposition permet d'obtenir une impulsion de commande correcte du triac Q3 par le fait que le condensateur C1 a le temps d'être chargé au préalable. Le mode de réalisation d'un circuit de protection d'un équipement alimenté directement par le secteur sans utiliser de transformateur, est représenté à la figure 2B. Comme ce circuit diffère très peu de celui représenté à la figure 2A, les éléments homologues à ceux de la figure 2A sont représentés avec les mêmes références. A la différence du circuit de la figure 2A le circuit de la figure 2B comporte en plus un circuit diviseur formé par la résistance R1l et des résistances R12 et R13 en série avec la résistance R2. Des condensateurs C2 et C3 sont placés en parallèle respectivement entre les extrémités des résistances R12 et R13. Cette disposition permet de ramener la tension du réseau à une valeur adéquate pour permettre au circuit de protection de fonctionner. REVENDICATIONS 1. Circuit de protection d'équipement électrique contre les surtensions de secteur, du type comportant un dispositif de mise en court-circuit de la tension alternative fournie par le secteur à l'équipement caractérisé en ce que le dispositif de mise en court-circuit (Q3) est de type bidirectionnel et est commandé par un circuit de déclenchement (8) fonctionnant indifféremment sur les alternances positive et négative de la tension alternative fournie par le secteur lorsque la tension fournie par le secteur dépasse une valeur de seuil prédéterminée (D5, D6). 2. Circuit selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit de déclenchement (8) comprend un pont de diodes redresseuses (D1, D2, D3, D4) à deux alternances type Graetz comportant dans une première diagonale un interrupteur de courant (Q1, Q2) déclenché par un dispositif à seuil (D5, D6) et alimenté en tension continue par la tension alternative redressée fournie par le secteur et appliquée sur sa deuxième diagonale. 3. Circuit selon la revendication 2 caractérisé en ce que le dispositif de mise en court-circuit (Q3) est formé un par triac dont la grille de commande est reliée à une première extrémité (G) de la deuxième diagonale du pont de diodes (D D4). 4. Circuit selon la revendication 3 caractérisé en ce que la deuxième extrémité (D) de la deuxième diagonale du pont est reliée au point commun d'une résistance (R2) et d'un condensateur (cri) alimentés en série par la tension alternative fournie par le secteur.