Brevet FR2692413A1 — publié le 19931217

La présente invention est relative à un circuit de commande de l'alimentation d'une charge inductive et plus particulièrement à un tel circuit équipé d'un dispositif de protection contre les courts-circuits de cette charge. On utilise couramment en électronique automobile de telles charges inductives. On peut citer, à titre d'exemple, I'enroulement primaire d'une bobine d'allumage, le bobinage d'un injecteur électromagnétique, ou encore les enroulements d'un moteur électrique. Ces charges inductives présentent couramment des valeurs d'inductance de l'ordre de quelques milliHenrys, entre 1 et 10 mH le plus souvent. Elles sont en général placées dans les actionneurs et donc éloignées de leur circuit de commande auquel elles sont reliées par le câblage du véhicule. II est donc important qu'un éventuel court-circuit de la charge n'entraîne pas la destruction de son circuit de commande afin de n'avoir à remplacer que l'actionneur et son bobinage associé.On a donc muni les circuits de commande de telles charges de dispositifs propres à les protéger contre un court-circuit de la charge. Ces circuits de commande sont en général constitués d'un interrupteur étectrnnique dont l'un des pôles est relié à la masse du véhicule et l'autre à la charge inductive, elle-même reliée à une source de tension, en l'occurrence la batterie du véhicule par son autre extrémité. L'interrupteur est lui-même commandé par un dispositif électronique placé en amont. On connaît de la technique antérieure, par exemple du brevet allemand DE 20 37 498, un tel circuit de commande équipé d'un dispositif de protection de court-circuit. Ce circuit est constitué d'un transistor dont le collecteur est relié à la charge, elle-même connectée à une source de tension, et dont I'émetteur est relié à la masse par l'intermédiaire d'une résistance. La base de ce transistor est reliée d'une part à un circuit de génération d'un signal de commande, et d'autre part à la masse par l'intermédiaire d'une diode de Zener qui fixe le potentiel de la base à une valeur prédéterminée. Lorsque le courant qui traverse la charge et le transistor dépasse une valeur prédéterminée, la tension au point commun de la résistance et de l'émetteur du transistor est telle que la tension base-émetteur de celui-ci est inférieure au seuil de conduction.Le transistor devient alors non conducteur. Un tel dispositif protège donc le circuit de commande en limitant le courant qui peut le traverser. Ces dispositifs présentent un certain nombre d'inconvénients: Tout d'abord, en cas de courtcircuit, la puissance totale générée est dissipée dans le transistor et dans la résistance, entraînant un échauffement de ceux-ci pouvant conduire à leur destruction. De plus, en fonctionnement normal, la résistance dissipe de I'énergie, en particulier lors d'un fonctionnement en courant fort, et limite la tension disponible aux bornes de la charge. La présente invention a donc pour but de réaliser un circuit de commande de l'alimentation d'une charge inductive qui ne présente pas les inconvénients de ceux de la technique antérieure. La présente invention a aussi pour but de réaliser un tel circuit permettant le diagnostic du court-circuit de la charge par le calculateur placé en amont du circuit de commande. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront dans la suite de la présente description, avec un circuit de commande de l'alimentation d'une charge inductive comprenant un circuit de charge ayant en série une source de tension, la charge inductive, un interrupteur électronique, et un élément de mesure. Selon l'invention, l'élément de mesure a une inductance de valeur inférieure à l'inductance de la charge, et la tension prélevée aux bornes de cet élément, dans le cas où la charge inductive est en court-circuit, déclenche des moyens de coupure de la conduction de l'interrupteur. Suivant une caractéristique avantageuse de la présente invention, on détermine la valeur de l'inductance de l'élément de mesure de manière à ce que la tension aux bornes de cet élément soit supérieure à un seuil prédéterminé lorsque la charge est en court-circuit et inférieure à ce seuil lorsque la charge est opérationnelle. De plus en fonction de la technique de réalisation de l'inductance de mesure, en particulier si celle-ci est du type à noyau saturable, la tension présente à ces bornes peut être fugitive. Suivant une caractéristique importante de la présente invention, le moyen de coupure mémorise cette tension fugitive si elle est supérieure au seuil prédéterminé et coupe la commande de l'interrupteur. Un tel moyen de coupure peut être avantageusement réalisé par un thyristor dont l'anode est reliée à l'électrode de commande de l'interrupteur, la cathode est reliée à la masse et la gâchette au point commun de l'interrupteur et de l'inductance de mesure. On sait qu'un thyristor est un composant qui, une fois rendu conducteur par action sur sa gâchette, reste conducteur jusqu'à ce que le courant qui le traverse s'annule.On peut donc suivant une caractéristique avantageuse de la présente invention, relire la tension présente aux bornes du moyen de coupure et en déduire la présence d'un court-circuit de la charge inductive si la tension aux bornes du moyen de coupure est différente de celle imposée sur la ligne de commande. D'autres caractéristiques et avantages du circuit suivant l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequels: - la figure 1 représente un schéma du circuit suivant l'invention, appliqué à un dispositif de commande d'allumage pour moteur à combustion interne, et - la figure 2 est un graphe des tensions et des courants observés dans le circuit dans le cas d'une charge opérationnelle et dans le cas d'une charge en court-circuit respectivement. On se réfère à la figure 1 pour décrire les moyens de mise en oeuvre du circuit selon l'invention. On a représenté en 1 une charge inductive d'inductance Lc reliée à un potentiel +Vbat par l'intermédiaire d'un fil de liaison présentant une inductance de ligne Lt représentée en 5. La charge 1 est reliée au collecteur d'un interrupteur électronique 2, représenté sous la forme d'un transistor bipolaire à grille isolée ou IGBT (de l'anglais "lnsulated Gate Bipolar Transistor"). L'émetteur de ce transistor est relié à la masse par l'intermédiaire d'une inductance de mesure 3 de valeur Lm. La base ou grille de cet interrupteur est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 7 à un microprocesseur 10 destiné à imposer un état de commande sur cette base. Le microprocesseur 10 comprend une résistance 11 de rappel de la ligne de commande à un potentiel +Vcc, un amplificateur 12 de relecture de la tension sur cette ligne de commande et un transistor MOS 13 destiné à connecter sélectivement cette ligne de commande à la masse.On a représenté des moyens de coupure de la commande sous la forme d'un thyristor 4 dont l'anode est reliée au point commun de la résistance 7 et du microprocesseur 10, la cathode est reliée à la masse et la gâchette est reliée au point commun du transistor 2 et de l'inductance de mesure 3 par l'intermédiaire d'une résistance 6. On a également représenté sur la figure 1 la tension VCOm, tension de commande du transistor 2 entre la masse et la ligne de commande dudit transistor, la tension Vm aux bornes de l'inductance de mesure 3 et le courant 1 traversant la charge 1, I'interrupteur 2 et l'inductance de mesure 3. On va maintenant décrire, en liaison avec la figure 2, le fonctionnement du circuit en fonctionnement normal et en cas de court-circuit de la charge. La figure 2 représente les formes d'onde de la tension de commande VcO,,, (figure 2a), du courant 1 (figure 2b), et de la tension Vm aux bornes de l'inductance de mesure 3 (figure 2c), en fonction du temps. On a représenté sur chacune de ces figures respectivement en trait interrompu et en trait plein le fonctionnement normal du circuit et son fonctionnement en cas de court-circuit de la charge. Comme on peut le voir sur la figure 2, avant l'instant t01 le transistor 13 est conducteur établissant ainsi une tension VCOm nulle sur la ligne de commande. Le transistor 2 est donc bloqué, le courant ll et la tension Vm sont nuls. A l'instant to, le transistor 13 est bloqué, la tension VCOm s'établit à Vcc rendant ainsi le transistor 2 passant. Dans le cas d'un fonctionnement normal, le courant qui s'établit au di travers de la charge inductive 1 croit suivant une pente dt déterminée par l'inductance totale du circuit L,+LC+Lm. La tension Vm aux bornes de l'inductance de mesure 3 dépend de cette variation de courant et s'établit sensiblement dans le rapport Lm relativement à la tension +Vb,bt. En L1+Lc+Lm choisissant judicieusement une valeur de 'inductance de mesure 3 très inférieure à celle de la charge inductive, de l'ordre de 5 ',H par exemple, on obtient que la tension Vm n'excède pas quelques millivolts. Cette tension est alors insuffisante pour déclencher le thyristor 4.Lorsque le courant 1 atteint sa valeur maximale conditionnée par la résistance du circuit, sa variation s'annule et la tension aux bornes de l'inductance de mesure 3 s'annule. En cas de court-circuit de l'inductance 1, le courant qui s'établit à partir di de l'instant t0 suit une pente dt treks supérieure à celle du fonctionnement normal, n'étant limité que par l'inductance de ligne 5 et l'inductance de mesure 3. L'inductance de mesure étant du même ordre de grandeur que l'inductance de ligne , la tension Vm augmente et atteint très rapidement le seuil de déclenchement V9 du thyristor 4 . Le thyristor 4 devient alors conducteur ramenant ainsi la tension de commande Vcom à 0. Le transistor 2 est ainsi bloqué, interrompant le passage du courant.La résistance 6, insérée dans le circuit de gachette du thyristor 4, permet d'éviter que celui-ci soit désamorçé par une surtension négative engendrée lors de l'interruption du courant. On a pu constater ainsi que le dispositif de protection selon l'invention réagit non pas à la valeur du courant ll, mais à l'importance de sa variation dès la fermeture du circuit. Un avantage important du circuit selon l'invention est que le courant est interrompu avant d'atteindre une valeur limite prédéterminée comme dans la technique antérieure, permettant en cela de limiter la dissipation dans les moyens de commande de la charge inductive en court-circuit. Une autre caractéristique avantageuse du circuit selon l'invention va être maintenant décrite en relation avec la figure 1. Comme on l'a vu précédemment, en cas de court-circuit de la charge 1, le thyristor 4 est rendu conducteur, imposant ainsi une tension nulle sur l'entrée du microprocesseur 10. II suffit alors que celui-ci soit programmé pour venir relire la tension présente sur la ligne de commande au moyen de l'amplificateur 12, après avoir bloqué le transistor MOS 13 lors de la commande. Une tension Vcotn sensiblement égale à Vcc et relue comme un niveau logique "1" sera indicatrice d'une charge opérationnelle, alors qu'une tension sensiblement nulle sera révélatrice d'une charge en courtcircuit. Le thyristor 4 reste conducteur tant qu'il est traversé par le courant provenant de la résistance 11, mémorisant ainsi l'occurence d'une défaillance de la charge 1. A l'issue de la durée prévue de commande de la charge, le microprocesseur 10 remet en conduction le transistor 13, court-circuitant ainsi le thyristor 4 qui reprend son état initial bloq te dispositif de protection est ainsi réarmé automatiquement par la coupure de la commande. Bien entendu, I'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. le thyristor 4 peut être remplacé par deux transistors bipolaires, un PNP et un NPN associés suivant le montage bien connu dit "en thyristor". Ces différents moyens de coupure peuvent être également intégrés dans l'interrupteur 2 sous la forme d'un circuit intégré de puissance "intelligent". REVENDICATIONS 1. Circuit de commande de l'alimentation d'une charge inductive (1) comprenant un circuit de charge ayant en série une source de tension, la charge inductive (1), un interrupteur électronique (2), et un élément de mesure caractérisé en ce que l'élément de mesure (3) a une inductance de valeur inférieure à l'inductance de la charge, et en ce que la tension aux bornes de cet élément, prélevée dans le cas où la charge inductive est en court-circuit, déclenche des moyens de coupure de la conduction de l'interrupteur. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre les valeurs des inductances de la charge et de l'élément de mesure est établi de manière à ce que la tension aux bornes de ce dernier lors de l'établissement du circuit soit inférieure à un seuil prédéterminé si la charge inductive est opérationnelle, et supérieure à ce seuil si la charge est en courtcircuit. 3. Circuit selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de coupure mémorlsent une tension fugitive supérieure au seuil prédéterminé et coupent la conduction de l'interrupteur. 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de coupure sont constitués par un thyristor (4) dont l'anode est reliée à la commande de l'interrupteur (2), la cathode est reliée à la masse, et la gâchette au point commun de l'interrupteur (2) et de l'élément de mesure (3). 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande de l'interrupteur conçus pour relire l'état de la ligne de commande et conclure à un court-circuit de la charge inductive si cet état est différent de celui qu'ils ont imposé.