Brevet FR2686700A1 — publié le 19930730

La présente invention concerne les portes analogiques de mesure protégées contre des tensions très élevées. L'homme de l'art connaît de nombreux types de portes analogiques permettant soit la recopie à leur sortie d'une tension d'entrée donnée, soit l'isolation de la sortie par rapport à cette entrée, suivant la polarité d'une commande K. Ces portes analogiques peuvent sélectionner une entrée parmi plusieurs et sont alors qualifiées de multiplexeurs analo- giques. La plupart des portes analogiques disponibles actuellement ont une dynamique de tension d'entrée assez réduite, nu-deld de laquelle il y a risque de destruction de la porte. Il est alors très souvent nécessaire de protéger leurs entrées avec un réseau d'écrêtage apte à limiter le signal d'entrée à des niveaux acceptables. C'est le cas par exemple de la mesure de la tension de travail d'interrupteurs semi- conducteurs haute tension, ces interrupteurs pouvant générer des tensions de rupture considérables. Toutefois le nombre, le coût et la surface occupée par l'ensemble des éléments des portes et de leurs réseaux de protection peuvent etre jugés excessifs dans certaines applications, surtout si la fiabilité du système en est pénalisée. C'est pourquoi l'invention a pour but de fournir un circuit de porte analogique protégée contre les surtensions importantes et réclamant un nombre minimal de composants. Ce problème est résolu en unifiant en un seul circuit très simple la fonction de porte d'isolation et la fonction de réseau de protection. Le montage est adaptable à la mesure de tensions négatives aussi bien que positives et convient particulièrement à la mesure dans les circuits de puissance. D'autres caractéristiques et avantages de l invention apparaitront avec la description qui va suivre de certains de ses modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins ci-annexés sur lesquels: - La figure 1 représente un multiplexeur analogique à N entrées réalisé suivant l'invention, protégé contre des surtensions d'entrée essentiellement positives. - La figure 2 représente une variante de multiplexeur suivant l'invention protégé contre des surtensions d'entrée essentiellement négatives. On peut reconnaître sur la figure i les différents éléments d'un multiplexeur analogique suivant l'inventions apte à accepter des signaux bipolaires d'entree mais particulière- ment protégé contre de fortes surtensions positives d'entrée. Chaque entre VN, N étant un entier naturel positif pouvant tre égal à t dans le cas d'une porte analogique simple, est prise en charge par un module de porte 20-N, aux fonctions d'isolation et de protection. Les sorties des N modules sont réunies en un point commun A qui est connecté à la sortie Vs, dans une première variante de l'invention, par un tronçon de résistance nulle dans lequel un générateur de courant négatif 8 fait circuler un courant égal à la moitié d'un courant I de référence (un générateur de courant négatif doit etre entendu comme une source de courant constant s'écoulant vers un point au potentiel plus négatif que le point d'application, alors qu'un générateur de courant positif fournit son courant constant à partir d'un potentiel plus positif que le point d'application). Chaque porte 20-N contient un générateur de courant 1 positif fournissant un courant de valeur I à un point d'application B. De ce point partent au moins trois branches, la première branche menant à un potentiel 9 négatif ou nul au travers d'un interrupteur 2, la deuxième et la troisième branches menant à l'entrée VN et au point A respectivement, au travers des redresseurs 4 et 3 et des résistances 5 et 7 respectivement. La première branche permet d'isoler la porte 20-N, en fermant l'interrupteur 2 par une commande KN. Tout le courant I est alors court-circuit vers le potentiel 9 et ne peut s'écouler dans les deux autres branches; le redresseur s se retrouvant en inverse, la porte est donc isolée. On remarquera que le montage permet d'isoler des signaux d'entrées plus négatifs que le potentiel 9, mais que le courant d'entrée n'est alors limité que par la résistance 5. La porte est en mode recopie lorsque l'interrupteur est ouvert. Le générateur de courant 8 imposant un courant I/2 dans la troisième branche, le courant de la deuxième branche lui devient approximativement égal, à la précision près du rapport des courants des générateurs i et 8. De ce fait les chutes de tension dans ces deux branches se compen sent exactement, car les valeurs des composants de ces branches sont identiques. Mieux encore, les variations en température du seuil du redresseur 4 peuvent être exactement compensées par celle du redresseur 3. Le point A "recopie" donc la tension VN de l'entrée qui a été sélectionnée. Le montage supporte sans conséquence grave que plusieurs entrées soient sélectionnées simultanément. Dans ce cas, c'est la tension la plus positive qui apparat en sortie, les autres entres étant naturellement isoles par le redresseur 3 polarisé en inverse. Le montage peut supporter d'importantes surtensions positives d'entrée, qui seront isolées par le redresseur 4. Celui-ci sera, si nécessaire, réalisé avec plusieurs diodes en série, de façon à multiplier sa tenue en tension de claquage. La résistance 5 sert principalement à limiter le courant instantane traversant ce redresseur lorsqu'il est en phase de recouvrement inverse. On pourra être amené à renfor- cer cette protection en connectant au point B une diode 6 d'écrêtage à un potentiel positif 10 qui limitera la tension en ce point à des valeurs acceptables. Si au contraire le redresseur 4 est particulièrement rapide, les résistances 5 et 7 pourront être remplacées par des court-circuits. Il existe de nombreuses façons connues de réaliser les générateurs de courant 1 et 8, qui ne seront pas détaillées ici. Dans une approche moins modulaire, le fonctionnement du montage reste inchangé en remplaçant les N résistances 7 par une seule résistance de me me valeur située entre le point A et Vs, ce qui represente un gain intéressant en composants. L'homme de l'art réalisera sans difficulté que ce montage est transposable de façon simple pour protéger contre des surtensions fortement négatives: il suffit d'inverser les polarités de tous les redresseurs et des générateurs de courants et de potentiel, comme l'indique la figure 2, sur laquelle on constatera par ailleurs que la résistance 7 a été centralisée. L'invention s'applique particulièrement aux circuits de mesure de tensions devant accepter de fortes surtensions d'entrées, par exemple pour le contrôle de la tension à l'état passant d'interrupteurs semi-conducteurs de puissance. REVEND ICÀTIONS i- Circuit multiplexeur analogique permettant la recopie à sa sortie Vs d'une entrée choisie parmi N entres VN, N étant un entier naturel supérieur à 0, caractérisé en ce qu'il assure simultanément la fonction de protection des entrées contre de fortes surtensions positives, chaque entrée VN êtant connectée à un module 20-N, les sorties de ces N modules étant réunies en un point commun A connecté à la sortie Vs par une liaison non résistive dans laquelle est imposé un courant 1/2 par un générateur de courant négatif 8 connecté à la sortie Vs, chaque module 20-N comprenant un générateur de courant 1 positif fournissant au point B un courant I qui est soit court-circuite dans une première branche à un potentiel 9 négatif ou nul par un interrupteur 2 commandé par une entrée KN quand l'entrée VN n'est pas sélectionnée, soit ré- parti de façon égale dans une deuxième branche menant à l'entrée VN constituée du redresseur 4 et d'une résistance 5, et dans une troisième branche identique à la deuxième branche mais menant au point A et constituée du redresseur 3 et d'une résistance 7, les redresseurs 3 et 4 étant orientés pour permettre le passage du courant et pouvant être constitues de plusieurs dipodes en série pour élever la protection en tension des entrées, les résistances 5 et 7 pouvant être remplacées par des court-circuits lorsque le courant de recouvrement inverse du redresseur 4 est de faible valeur. 2- Circuit selon la revendication précédente, une quatrirème branche constituée d'une diode 6 en série avec un potentiel 10 positif étant connectée au point B pour y limiter la tension positive pendant le recouvrement du redresseur 4. 3- Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, les résistances 7 étant supprimées dans la troisième branche et une résistance de même valeur que la resis- tance 5 étant insérée entre le point A et la sortie Vs. 4- Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, modifié en ce qu'il protège non plus contre de fortes surtensions positives mais contre de fortes surtensions négatives par l'inversion de la polarité de toutes les diodes et de tous les générateurs de courant et de potentiel.