Brevet FR2684816A1 — publié le 19930611

:4 CIRCUIT DE PROTECTION SERIE La présente invention concerne le domaine de la protection de composants reliés à une ligne d'alimentation et susoeptibles d'être détériorés par des surtensions se produisant sur cette ligne d'alimentation. On s'intéressera ici essentiellement au cas o le composant est un circuit comprenant des éléments actifs suscep- tibles d'être détériorés par une surtension, ce composant pré- sentant entre ses bornes une impédance essentiellement résistive R, et étant normalement parcouru par un courant continu de valeur relativement élevée Ce composant peut par exemple être une lampe ballast incluant un convertisseur interne alimenté en tension continue Ce composant sera appelé ci-après charge pour faire ressortir le fait qu'il s'agit d'un composant normalement traversé par un courant relativement important. Les circuits de protection classiques se partagent généralement en deux types: les circuits de protection série et les circuits de protection parallèle. Un circuit de protection série est représenté schéma- tiquement en figure 1 Ce circuit est disposé entre les bornes A et B d'une ligne et les bornes C et D d'une charge L On consi- dérera ci-après le cas o la tension entre la borne A et B est une tension continue ou alternative redressée, la borne A étant la borne au potentiel haut Le circuit de protection série comprend, entre les bornes A et B un circuit de détection 1 disposé pour détecter l'apparition d'une éventuelle surtension et, entre les bornes A et C (ou B et D), un commutateur Si, normalement fermé, et ouvert quand le détecteur 1 détecte une surtension. La figure 2 représente un circuit de protection paral- lèle qui comprend un commutateur 52 disposé entre les bornes C et D, ce commutateur 52 étant normalement ouvert et se fermant en réponse à la détection d'une surtension par le circuit 1. De très nombreux modes de réalisation de circuit de protection de type série ou parallèle sont connus dans la tech- nique et ne seront pas décrits en détail ici On notera toute- fois que, dans de très nombreuses réalisations pratiques, un même composant réalise les fonctions de commutation et de détec- tion En outre, dans les circuits de protection parallèle, on notera que le commutateur peut ou bien avoir réellement la fonc- tion d'un commutateur comme oela est représenté en figure 2, ou bien avoir la fonction d'un écrêteur laissant passer les surten- sions au-dessus d'un certain seuil de tension On trouve aussi dans la technique des circuits utilisant simultanément des protections série et parallèle destinées par exemple les unes à fonctionner en cas de surtension à front de montée raide et les autres en cas de sur-tension à front de montée plus lent. En pratique, jusqu'à ès dernières années, on a essen- tiellement utilisé des circuits de protection du type paral- lèle Toutefois, ces circuits présentent l'inconvénient que, quand on veut éliminer des surcharges relativement importantes, ils doivent être capables de supporter de fortes énergies et donc qu'il faut prévoir des composants semiconducteurs de grande dimension capables de résister à des chocs thermiques impor- tants Ainsi, on a plutôt eu tendanoe ces dernières années à utiliser autant que possible des circuits de protection série. Néanmoins, les circuits de protection série présentent également des inconvénients En particulier, l'ouverture brutale du commutateur Si en réponse à la détection d 'une surtension risque de provoquer une surtension en retour encore plus impor- tante sur le réseau, cette surtension étant égale à î-d I/dt, o t est l'inductance de ligne Cet inconvénient se manifeste tout particulièrement si le courant nominal dans la charge est important. Un obj et de la présente invention est de pallier cet inconvénient, c'est- à-dire de prévoir un circuit de protection série évitant le renvoi d'une surtension sur le réseau en réponse à une surtension provenant du réseau. Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit un circuit de protection contre des surtensions d'un composant ayant une résistance de valeur R relié à une ligne d'alimentation de polarité donnée, comprenant un détecteur de surtension aux bornes de la ligne, un premier interrupteur normalement fermé en série sur un conducteur de la ligne et commandé à l'ouverture par le détecteur, et un deuxième inter- rupteur en série avec une résistance de même valeur R, disposé entre les conducteurs de la ligne et commandé par le détecteur de façon complémentaire au premier interrupteur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les premier et second interrupteurs sont réalisés sous forme de transistors bipolaires de type NPN, le collecteur du premier interrupteur étant relié à une borne de la charge et son émet- teur à la borne correspondante de la ligne, l'émetteur du second transistor étant relié à la même borne de la ligne et son collecteur à l'autre borne de la ligne par l'intermédiaire de la résistance R, un transistor auxiliaire étant relié aux bornes émetteur-base du premier transistor, l'émetteur de ce transistor auxiliaire étant relié aux émetteurs des premier et deuxième transistors, les bases du deuxième transistor et du transistor auxiliaire étant reliées à l'autre borne de la ligne par l'in- termédiaire d'une diode zener. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures parmi lesquelles: les figures 1 et 2 décrites précédemment illustrent des schémas classiques de circuit de protection série et paral- lèle, respectivement; la figure 3 représente de façon schématique un circuit de protection série selon la présente invention; et la figure 4 illustre un exemple de réalisation du circuit de la figure 3. Le circuit de la figure 3, comme celui de la figure 1, comprend une charge L dont les bornes C et D sont connectées aux bornes A et B d'une ligne par l'intermédiaire d'un circuit de protection Ce circuit de protection comprend comme celui de la figure 1 un circuit de détection de surtension 1 et un commuta- teur série Si En outre, ce circuit comprend entre les bornes A et B la connexion en série d'un commutateur 53 et d'une résis- tance R Le commutateur Si est normalement fermé et le commuta- teur 53 est normalement ouvert Ces deux commutateurs sont commandés de façon complémentaire par le détecteur 1, c'est-à- dire qu'en réponse à une surtension, on produit simultanément l'ouverture du commutateur 51 et la fermeture du commutateur 53 La résistance R placée en série avec le commutateur 53 est adaptée à la charge L sur laquelle est disposé le circuit de protection, c'est-à-dire que cette résistance a la même valeur que l'impédance résistive R de la charge L. Ainsi, en réponse à une surtension, le commutateur Si est ouvert mais il ne se produit pas de surtension en -d I/dt sur la ligne puisque la fermeture du commutateur 53 fait que la ligne voit la même résistance que celle qui existait précédem- ment Par ailleurs, on notera que le courant dans le commutateur 53 est limité par la présence de 1 ' impédance R et que la durée du passage de courant dans cette impédance R est très courte (fonction de la durée de la perturbation) Il n'est donc pas nécessaire de prévoir pour 53 un composant susceptible de dissi- per une puissance importante Dans le circuit de protection selon la présente invention, l'ensemble du commutateur 53 et de la résistance R n'a plus le rôle de protection contre les surtensions qu'avait le commutateur 52 de la figure 2, puisqu'il demeure aux bornes A et B une tension relativement importante. La branche 53-R a maintenant uniquement un rôle d'adaptation d'impédance et de suppression de surtension induite. La figure 4 représente un exemple de réalisation du circuit de la figure 3 Le commutateur Si réalisé par un tran- sistor NPN est disposé sur la liaison BD et non sur la liaison AC comme dans le cas de la figure 3 Le commutateur 53 est réalisé par un autre transistor bipolaire NPN en série avec une résistance R. Le circuit de déclenchement comprend une diode zener Z en série avec une résistance Ri entre la borne A et les bases du transistor 53 et d'un transistor supplémentaire T 4 Le tran- sistor 53 est relié par son collecteur à la résistance R et par son émetteur à la borne B Le transistor T 4 est relié par son émetteur à la borne B et par son collecteur à la base du tran- sistor Si qui est également reliée à la borne C par une résis- tance R 2 L'émetteur du transistor Si est relié à la borne B et son collecteur à la borne D La diode zener Z a une tension d'avalanche supérieure à la tension nominale entre les bornes A et B. En fonctionnement normal, la base du transistor Si est polarisée par la résistance R 2 et ce transistor est passant. Quand la tension sur la borne A dépasse la tension normale, par suite d'un incident tel qu'un coup de foudre, la diode zener Z entre en avalanche et les transistors 53 et T 4 deviennent passants La mise en conduction du transistor T 4 entraîne le blocage du transistor Si Quand la surtension est interrompue, on revient à l'état initial. L'ensemble des éléments constituant le circuit de pro- tection selon la présente invention sera relativement simple à intégrer du fait qu'il comprend trois transistors NPN dont les émetteurs sont interconnectés Ainsi, l'homme de l'art pourra fabriquer l'ensemble des éléments du circuit de protection, à l'exclusion bien entendu de la résistanoe R qui doit être adap- tée à la charge L, sous forme d'un circuit intégré unique En outre, dans certains types d'application o la charge L comprend elle-même un circuit intégré, les éléments du circuit de protec- tion, toujours à l'exclusion de la résistanoe R, pourront être incorporés au circuit intégré de la charge L. Bien entendu, la présente invention est susoeptible de nombreuses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art Par exemple, on a représenté en figure 4 un conden- sateur Cl en parallèle sur la charge L, ce condensateur étant destiné à maintenir la tension sur cette charge pendant les périodes d'ouverture du commutateur Si. REVENDICATIONS 1 Circuit de protection contre des surtensions d'un composant (L) ayant une résistance de valeur R relié à une ligne d'alimentation de polarité donnée, comprenant: un détecteur de surtension aux bornes de la ligne ( 1), un premier interrupteur normalement fermé ( 51) en série sur un conducteur de la ligne et commandé à l'ouverture par le détecteur, et caractérisé en ce qu'il comprend en outre un deuxième interrupteur ( 53) en série avec une résistance de même valeur R, disposé entre les conducteurs de la ligne et commandé par le détecteur de façon complémentaire au premier interrupteur. 2 Circuit de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second interrupteurs sont réalisés sous forme de transistors bipolaires de type NPN, le collecteur du premier interrupteur (Sl) étant relié à une borne de la charge et son émetteur à la borne correspondante de la ligne, l'émetteur du second transistor ( 53) étant relié à la même borne de la ligne et son collecteur à l'autre borne de la ligne par l'intermédiaire de la résistance R, un transistor auxiliaire (T 4) étant relié aux bornes émetteur-base du premier transistor, l'émetteur de ce transistor auxiliaire étant relié aux émetteurs des premier et deuxième transistors, les bases du deuxième transistor et du transistor auxiliaire étant reliées à l'autre borne de la ligne par l'intermédiaire d'une diode zener.