Brevet FR2705508A1 — publié le 19941125

" Montage pour la mise en circuit et hors circuit d'un con- sommateur d'énergie électrique " Etat de la technique L'invention part d'un dispositif de montage pour la mise en circuit et hors circuit pour l'exploitation d'un consommateur d'énergie électrique, avec un transistor dont la longueur de coupure est susceptible d'être branchée en série avec le consommateur, avec un circuit de surveillance qui, en fonction d'une tension susceptible d'être prélevée sur la longueur de coupure du transistor réduit une tension de commande du transistor ou la coupe complètement, et avec un circuit pour la commande de transistor. Par le brevet DE-33 38 764, on connaît un mon- tage de ce type dans lequel la tension tombant sur un tran- sistor de commutation est appliquée à un circuit de surveillance. En fonction du dépassement d'un seuil prédé- fini de la tension tombant sur le transistor de commuta- tion, ainsi qu'en fonction de conditions de temps, le circuit de surveillance provoque éventuellement la coupure du signal de commande du transistor de commutation. Le cir- cuit de commande délivre le signal de commande constamment avec le niveau le plus élevé possible à l'entrée de com- mande du transistor de commutation, de façon que ce tran- sistor commute aussi complètement que possible lorsque le consommateur est mis en circuit. La perte de puissance in- tervenant sur le transistor de commutation, est réduite au 2 2705508 maximum dans cet état de fonctionnement. La tension tombant sur le transistor de commutation constitue une mesure du courant traversant le transistor et donc du courant traver- sant la charge. Le montage connu permet en conséquence l'allocation d'un courant maximal admissible circulant à travers le consommateur d'énergie électrique. Des défauts survenant dans le circuit de courant du consommateur peu- vent être détectés. Un défaut du consommateur qui se mani- feste par un court-circuit survenant brusquement dans le consommateur ou bien un court-circuit direct du montage lors du raccordement d'un consommateur, peut avoir pour conséquence la destruction du transistor de commutation parce que la zone de fonctionnement sûre ressortant du champ caractéristique du transistor et dans laquelle la tension s'appliquant au transistor doit être considérée en fonction du courant circulant à travers le transistor, est abandonnée. Le montage connu ne résiste pas au court- circuit. L'invention a pour but d'indiquer un montage pour la mise en circuit et hors circuit d'un consommateur d'énergie électrique, montage qui permet d'une part de li- miter ou de couper le courant circulant à travers le con- sommateur et qui d'autre part résiste au court-circuit. Ce but est atteint en ce qu'un signal de commande délivré par le circuit de commande au transistor est fixé à une valeur qui limite à une valeur maximale donnée le cou- rant circulant par l'intermédiaire de la longueur de cou- pure du transistor. Avantages de l'invention Le montage selon l'invention présente l'avantage que le courant circulant à travers le transistor de commu- tation est déjà limité à une valeur admissible par la limi- tation adéquate du signal de commande du transistor de commutation. Cette disposition permet la fixation du cou- rant à une valeur maximale admissible qui se situe encore à l'intérieur de la zone de fonctionnement sûre indiquée par le fabricant pour le transistor de commutation. Un courant excessif survenant éventuellement pendant un court instant et qui pourrait subsister jusqu'à ce que le circuit de sur- veillance réagisse, ne peut plus se produire et détruire le transistor. Des compléments et des améliorations du montage selon l'invention résultent d'autres caractéristiques de celles-ci. Dans une forme de réalisation simple, le circuit de surveillance déconnecte la source au moins unique du si- gnal de commande. Dans une autre forme de réalisation avan- tageuse il est prévu que le circuit de surveillance limite le signal de commande déjà obtenu à partir de la source du signal de commande ou bien le supprime complètement. Cette forme de réalisation comporte notamment des avantages pour un circuit qui comprend une commande de microprocesseur. Dans cette forme de réalisation, le microprocesseur n'est pas obligé de vérifier en permanence la présence d'une con- dition de coupure. En outre, une réaction immédiate telle que par exemple la déconnexion de la source d'énergie de commande, n'est pas nécessaire. Un complément avantageux prévoit la mise en oeu- vre d'une minuterie qui retarde la commutation d'activation ou bien la réaction à un courant excessif constaté pour un temps prédéfini. Grâce à cette disposition, il est possible de permettre pendant peu de temps un courant plus élevé qui peut par exemple se présenter comme un courant de mise en circuit pour des consommateurs déterminés. Un autre complément avantageux prévoit que le si- gnal de commande du transistor de commutation, contrôlé par une autre minuterie, est augmenté pendant un court instant pour permettre un courant maximal plus élevé. Grâce à cette disposition, un besoin de courant de mise en circuit plus élevé d'un consommateur d'énergie électrique, est également satisfait. Selon une forme de réalisation avantageuse, il est prévu que le circuit de surveillance contient un tran- sistor bipolaire qui est de préférence couplé thermiquement au transistor de commutation. Le couplage thermique assure une compensation des influences de température sur les va- leurs électriques prédéfinies. Une augmentation involon- taire du seuil du circuit de surveillance ou bien un abaissement de la tension appliquée au transistor de commu- tation malgré une augmentation du courant, peuvent être éliminés. D'autres compléments avantageux des améliorations du montage selon -l'invention résultent de la description ci-après en liaison avec les dessins. Dessins Les figures 1 à 3 montrent différentes formes de réalisation d'un montage selon l'invention pour la mise en circuit et hors circuit d'un consommateur d'énergie élec- trique. Sur la figure 1 est indiqué un consommateur d' énergie électrique 10 qui par l'intermédiaire d'un tran- sistor de commutation 1il peut être mis en circuit et hors circuit. Le transistor il relie le consommateur 10 à une source d'énergie non indiquée plus en détail sur la figure 1, et qui est raccordée entre un premier raccord 12 du con- sommateur 10 et la masse 13 du montage. Le transistor 1l -relie un second raccord 14 du consommateur 10 à la masse 13 du montage. Le second raccord 14 du consommateur 10 est re- lié par l'intermédiaire d'une résistance 15 à la base d'un transistor 16 dont l'émetteur est relié à la masse 13 du montage et dont le collecteur est relié aussi bien à un étage de commutation 17 qu'également à une résistance 18. L'étage de commutation 17 est de préférence disposé à l'in- térieur d'un microprocesseur 19 qui comporte un raccorde- ment 20 d'alimentation en courant auquel est raccordée la résistance 18. L'étage de commutation 17 délivre un signal à une première minuterie 21 qui délivre un premier signal 2705508 de coupure 22 à une première source d'énergie de commande 23, et qui délivre un second signal de coupure 24 à une se- conde source d'énergie de commande 25. La première source d'énergie de commande 23 délivre un premier signal de sor- tie 26 et la seconde source d'énergie de commande 25 déli- vre un second signal 27. Les signaux de sortie 26, 27 sont amenés conjointement au signal de commande 30 du transistor 11. Le signal de commande 30 est amené à une entrée de com- mande 31 du transistor 11. Cette entrée de commande 31 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 32 en parallèle avec un condensateur 33, à la masse 13 du montage. La liaison indiquée en tirets sur la figure 1 en- tre les transistors 11, 16 symbolise un couplage thermique des deux transistors 11, 16. La première source d'énergie de commande 23 est commandée par un signal d'activation 34 qui, en outre, est amené à une troisième minuterie 35 délivrant un signal à la seconde source d'énergie de commande 25. Sur la figure 2, les parties qui coincident avec celles montrées sur la figure 1 sont munies des mêmes réfé- rences. Sur la figure 2, le signal d'activation 34 est ame- né à un étage d'entrée/sortie 36 qui délivre le premier signal de sortie 26. L'étage d'entrée/sortie 36 est suscep- tible d'être commuté par l'intermédiaire du signal d'acti- vation 35 de la mise en disponibilité du premier signal de sortie 26 à la réception d'un signal d'entrée 37 qui appa- raît également sur la résistance 28. L'étage d'en- trée/sortie 36 est en outre relié à un dispositif de détection 38. La seconde minuterie 35 commandée par le si- gnal d'activation 34 délivre un signal à un étage de sortie 39 contenu dans le microprocesseur 19 et qui transmet un signal de commutation 40 à la borne d'émetteur du transis- tor 16. Le collecteur du transistor 16 est raccordé à l'en- trée de commande 31 du transistor 11. La base du transistor 6 2705508 16 est reliée par l'intermédiaire d'une diode de limitation 41 à la masse 13 du montage. Sur la figure 3, les parties qui coincident avec celles montrées sur la figure 1, sont affectées des mêmes références. Le collecteur du transistor 16 est dans la fi- gure 3 relié à une troisième minuterie 42 qui contient une combinaison résistance-condensateur 43, 44 ainsi qu'un au- tre transistor 45. L'émetteur de cet autre transistor 45 est relié au collecteur du transistor 16. Le collecteur de l'autre transistor 45 s'applique à l'entrée de commande 31 du transistor 11. La base de l'autre transistor 45 s'appli- que à la combinaison résistance-condensateur 43, 44 qui est branchée entre la masse 13 du montage et la liaison entre l'étage d'entrée/sortie 36 et la résistance 28. Le montage représenté sur la figure 1 fonctionne de la manière suivante: Le transistor de commutation 11 est prévu pour la mise en circuit et la mise hors circuit du consommateur d'énergie électrique 10. L'ordre pour la mise en circuit ou hors circuit est contenu dans le signal d'activation 34. Le signal d'activation 34 incite la première source d'énergie de commande 23 à délivrer le premier signal de sortie 26 qui, par l'intermédiaire des résistances 28, 32 branchées en diviseur de tension, est amené à l'entrée de commande 31 -du transistor 11. Sur les figures 1 à 3, on a représenté comme exemple de transistor de commutation, un transistor MOS à effet de champ dont l'entrée de commande 31 est com- mandée par une tension. Au lieu d'un transistor MOS à effet de champ, il peut être prévu comme transistor de commuta- tion 11, un transistor bipolaire qui peut certes être éga- lement commandé par une tension prédéfinie, mais qui, de préférence, sera commandé par un courant prédéfini indépen- dant de la charge. Le transistor MOS à effet de champ 11, représenté sur les figures 1 à 3, est commandé par une tension prédé- finie à partir des résistances 28, 32 jouant le râle de di- viseur de tension, tandis que l'on part de ce que la pre- mière source d'énergie de commande 23 fonctionne comme source de tension à tension de sortie connue. La tension prédéfinie à l'entrée de commande 31 du transistor 11 laisse circuler en tenant compte de la courbe caractéristi- que du transistor 1, un courant maximal possible dans la longueur de coupure du transistor 11 qui se situe entre le second raccord du consommateur 10 et la masse 13 du mon- tage. La limitation du courant maximal possible dans la longueur de coupure du transistor 11 permet une exploita- tion sûre du transistor 11 même en cas de court-circuit, sans qu'il y ait le risque que le transistor il délaisse la zone de fonctionnement sûre qui est donnée dans le champ caractéristique par la courbe de la dissipation de puis- sance maximale admissible. Le courant maximal admissible peut être prévu en faisant appel à la courbe caractéristi- que pour la zone de fonctionnement sûre lorsque la tension d'exploitation du consommateur électrique 10 est connue. Le montage selon l'invention empêche de façon sûre une des- truction du transistor il lorsque le consommateur 10 est court-circuité par mégarde ou bien lors d'un défaut du con- sommateur 10 équivalant à un court-circuit, ainsi que lors- que le transistor 1il est relié par mégarde directement à la -source de tension d'exploitation non représentée. Sans un refroidissement suffisant du transistor 11, il y a simple- ment à veiller à ce que le transistor Il soit mis hors cir- cuit avant qu'une surcharge thermique intervienne. La mise hors circuit est prise en charge par un circuit de surveillance qui surveille la tension s'appli- quant à la longueur de coupure du transistor 11 et la com- pare à une valeur de seuil prédéfinie. Sur la figure 1, le circuit de surveillance comprend les résistances 15, 18, le transistor 16 ainsi que l'étage de commutation 17. La ten- sion qui apparaît sur la longueur de coupure du transistor 8 2705508 11 constitue une mesure du courant circulant à travers cette longueur de coupure. La valeur de seuil doit être fixée de façon qu'un courant excessif détecté par le cir- cuit de surveillance se situe encore au-dessous du courant maximal admissible. Ce n'est que dans ce cas que le circuit de surveillance peut réagir. Le transistor 16 est, dans le cas de l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, efficace comme amplificateur de tension qui délivre un si- gnal de sortie à l'étage de commutation 17 lequel décon- necte la première source d'énergie de commande 23. L'étage de commutation 17 est de préférence disposé à l'intérieur du microprocesseur 19. Dans cette forme de réalisation, l'étage de commutation est une fenêtre d'entrée/sortie du microprocesseur 19 qui est exploitée en tant qu'entrée. La 1 f tension amplifiée par le transistor 16 doit être élevée à un niveau pour lequel la fenêtre du microprocesseur peut reconnaître une modification de niveau. Le seuil de commu- tation est, dans cette forme de réalisation en conséquence dépendant aussi bien de l'amplification de tension du tran- sistor 16 qu'également du seuil de commutation de la fenê- tre du microprocesseur. Un courant de service augmenté pendant un court instant, du consommateur 10 d'énergie électrique lors du processus de mise en circuit, tandis que le courant ainsi augmenté peut se situer au-dessous du courant maximal pos- sible circulant par l'intermédiaire de la longueur de cou- pure du transistor 11, mais au-dessus du seuil prédéfini par le circuit de surveillance, permet une suppression du premier signal de mise hors circuit 22 pour la première source d'énergie de commande 23. Une réalisation simple de cette mise hors circuit est obtenue avec la première minu- terie 21 qui, après la mise en circuit du consommateur 10, supprime le premier signal de mise hors circuit 22 pour le temps prédéfini par la minuterie 21. Une augmentation du courant est possible grâce à l'augmentation du signal de commande 30 à une valeur qui permet à un courant maximal plus élevé de circuler dans la longueur de coupure du tran- sistor 11. Une réalisation simple prévoit que la seconde source d'énergie 25 qui délivre le second signal de sortie 27 est branchée pendant un court instant par la seconde mi- nuterie 35. La résistance 29 est placée, pour le temps pré- défini par la seconde minuterie 35, en parallèle avec la résistance 28. La tension sur le diviseur de tension, qui comprend désormais les résistances 28, 29, 32, s'élève, de sorte qu'également le courant maximal admissible dans la longueur de coupure du transistor 11 est augmenté. Dans la mesure o, dans cette forme de réalisation, un retard de temps prévu de toute façon ne suffit déjà pas lorsque le circuit de surveillance réagit, il peut être également pré- vu dans cette forme de réalisation, la première minuterie 21 qui transmet avec un temps de retard aussi bien le pre- mier signal de mise hors circuit 22 qu'également le second signal de mise hors circuit 24 déterminé pour la seconde source d'énergie de commande 25. Le couplage thermique en tirets indiqué sur la figure 1 entre le transistor 11 et le transistor 16, pré- sente l'avantage que la résistance au court-circuit du mon- tage selon l'invention, reste maintenue même pour une température plus élevée. Lorsque les températures augmen- -tent, la résistance de la longueur de coupure du transistor 11 augmente et aussi de ce fait la chute de tension sur la longueur de coupure pour un même courant. En même temps, l'amplification du transistor 16 augmente, de sorte que, déjà pour une petite valeur de courant, le seuil du circuit de surveillance est atteint. Dans la mesure o dans le cas du montage repré- senté sur la figure 1, le microprocesseur 19 est mis en oeuvre, une activité permanente de ce processeur est néces- saire pour surveiller l'étage de commutation 17, pour pou- voir réagir aussi rapidement que possible à une situation dans laquelle intervient une surintensité de courant. Dans le cas de la réalisation représentée sur la figure 2 du montage selon l'invention, le circuit de surveillance coupe, sans activité du processeur, le signal de commande 30. Le circuit de surveillance comprend dans cet exemple de réalisation, la résistance 15, le transistor 16, le diode de limitation 41 ainsi que l'étage de sortie 39 contenu dans le microprocesseur 19 et qui délivre le signal de com- mutation 40. Le transistor 16 limite, dans le cas d'une surintensité de courant, le signal de commande 30 ou bien l'amène par court-circuit complètement à la masse 13 du montage. Une forme de réalisation simple prévoit en consé- quence que l'émetteur du transistor 16 est directement re- lié à la masse 13 du montage. Dans le cas de la forme de réalisation représentée sur la figure 2 dans laquelle l'émetteur est raccordé à l'étage de sortie 30 du micropro- cesseur 19, un courant plus élevé du consommateur 10, par exemple lors du processus de mise en circuit, peut être pris en compte. L'étage de sortie 39 commandé par la se- conde minuterie 35 ne relie l'émetteur du transistor 16 à la masse 13 du montage qu'après le temps prédéfini dans le microprocesseur 19 par la seconde minuterie 35. Dans le cas de la disposition du montage indiqué à titre d'exemple sur la figure 2, la diode de limitation 41 est nécessaire pour limiter la tension basse des transistors 16 à une valeur pour laquelle une connexion permanente directe du transis- tor 16, en tenant compte de la tension sur le diviseur de tension 28, 32, ne se produit pas. La diode de limitation 41 décale ainsi la tension à laquelle le circuit de sur- veillance réagit. L'étage d'entrée/sortie 36 disposé dans le micro- processeur 19, et qui peut être commuté de la fonction d'une source d'énergie de commande à la fonction d'un cir- cuit d'entrée, permet un diagnostic du montage représenté sur la figure 2. Dans la fonction de source d'énergie de il commande, l'étage d'entrée/sortie 36 délivre le premier si- gnal de sortie 26. Dans la fonction d'étage d'entrée, le signal d'entrée 37 est emmagasiné. Lorsque le circuit de surveillance réagit, le signal d'entrée pompe au-dessous d'un niveau inférieur de commutation du circuit d'entrée. Cette situation est constatée par le dispositif de détec- tion 38. Pour cette fonction, le condensateur 33 qui est branché en parallèle sur la résistance 32 est nécessaire. Le condensateur 33 doit être dimensionné de façon que la tension sur la résistance 32 et donc la tension du signal de commande 30 pendant le processus d'emmagasinage, tombe au plus à une valeur qui n'est pas encore estimée comme si- gnal de réaction du circuit de surveillance par l'étage d'entrée/sortie 36 fonctionnant en tant que circuit d'en- tree. Le fonctionnement du montage selon l'invention représenté sur la figure 3, correspond dans une large me- sure au fonctionnement du montage représenté sur la figure 2. Par rapport au montage précédemment décrit, le micropro- cesseur 10 est en outre déchargé par la suppression de la seconde minuterie 35 et de l'étage de sortie 39. La seconde minuterie 35 est remplacée par la troisième minuterie 42 qui comprend la combinaison résistance-condensateur 43, 44 et l'autre transistor 45. Cette troisième minuterie 42 em- pêche une réaction immédiate du circuit de surveillance lors de la mise en circuit du consommateur 10. Pendant le processus de mise en circuit, lors duquel le premier signal de sortie 26 prend un niveau de tension prédéfini par l'étage d'entrée/sortie 36, le condensateur 44 encore dé- chargé empêche une connexion de l'autre transistor 45 et donc une réduction ou une mise en circuit du signal de com- mande 30 par le transistor 16. Le temps de la troisième mi- nuterie 42 dépend de la valeur de la résistance 43 fixée à partir de la valeur de capacité du condensateur 44 et de la tension du premier signal de sortie 26. Dans le cas du mon- 12 2705508 tage selon l'invention représenté sur la figure 3, il est seulement nécessaire d'avoir un raccordement au micropro- cesseur 19 par l'intermédiaire duquel le consommateur 10 est mis en circuit et hors circuit, et par l'intermédiaire duquel le diagnostic est établi si le circuit de sur- veillance à réagi. Un complément particulièrement avantageux du dis- positif selon l'invention prévoit la complète intégration dans un bloc fonctionnel de microprocesseur. Seul subsiste en tant qu'élément constitutif externe unique, le transis- tor de commutation 11. Le microprocesseur 19 comprend alors deux raccordements dont l'un doit être relié au second rac- cordement 14 du consommateur 10 tandis que l'autre doit être relié à l'entrée de commande 31 du transistor de com- mutation 11. 13 2705508 R E V E N D I C A T IONS 1) Montage pour l'exploitation d'un consommateur d'énergie électrique, avec un transistor dont la longueur de coupure est susceptible d'être branchée en série avec le consommateur, avec un circuit de surveillance qui, en fonc- tion d'une tension susceptible d'être prélevée sur la lon- gueur de coupure du transistor réduit une tension de commande du transistor ou la coupe complètement, et avec un circuit pour commander le transistor, montage caractérisé en ce qu'un signal de com- mande (30) délivré par le circuit de commande (23, 25, 28, 29, 32) pour le transistor (11) est fixé à une valeur qui limite à une valeur maximale donnée le courant circulant par l'intermédiaire de la longueur de coupure du transistor (11). 2) Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de surveillance (15, 16, 18) met hors circuit une source d'énergie de commande (23, 25) contenue dans le circuit de commande (23, 25, 28, 29, 32). 3) Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de surveillance (15, 16) limite le si- gnal de commande (30) ou bien le supprime complètement. 4) Montage selon l'une des précédentes revendica- tions, caractérisé en ce qu'il est prévu une minuterie (21, -35, 42) pour activer le circuit de surveillance (15, 16, 17, 18). ) Montage selon l'une des précédentes revendica- tions, caractérisé en ce qu'il est prévu une minuterie (35) qui, pendant le temps prédéfini par cette minuterie (35) permet de prédéfinir un signal de commande (30) plus élevé, correspondant à un courant maximal plus élevé. 6) Montage selon l'une des précédentes revendica- tions, caractérisé en ce que le circuit de surveillance (15, 16, 17, 18) comprend un transistor bipolaire (16) pour l'amplification de la tension. 14 2705508 7) Montage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le transistor bipolaire (16) est couplé thermi- quement au transistor (11). 8) Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'énergie de commande (23, 25) est une fenêtre d'entrée/sortie d'un microprocesseur (19) qui déli- vre un signal de sortie (26, 27) à un diviseur de tension (28, 29, 32). 9) Montage selon la revendication 8, caractérisé O10 en ce que le diviseur de tension (28, 29, 32) comprend un condensateur- (33) pour la mémorisation, pendant au moins un court laps de temps, du signal de commande (30). ) Montage selon la revendication 8 et la reven- dication 5, caractérisé en ce qu'il est prévu dans le mi- croprocesseur (19), une première et une seconde source d'énergie de commande (23, 25) et en ce que la seconde source d'énergie de commande (25) est mise en mesure par la minuterie (35), lors de la mise en circuit du consommateur (10), de délivrer un second signal de sortie (25). 11) Montage selon la revendication 8, caractérisé en ce que le microprocesseur (10) comprend une fenêtre d'entrée/sortie (36) qui est susceptible d'être branchée en tant que source d'énergie de commande ou en tant qu'étage d'entrée. - 12) Montage selon la revendication 11, caractéri- sé en ce qu'il est prévu une minuterie (42, 43, 44, 45) pour supprimer la réaction du circuit de surveillance (15, 16) lors de la mise en circuit du consommateur (10), tandis qu'une combinaison résistance-condensateur (43, 44) conte- nue dans la minuterie (42) est raccordée à la liaison entre la fenêtre d'entrée/sortie (36) du microprocesseur (19) et la résistance (28) du diviseur de tension (28,42). 13) Montage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est intégré dans un microprocesseur (19) tandis qu'il est prévu comme élément externe un tran- sistor de commutation (11).