Brevet FR2699756A1 — publié le 19940624

DISPOSITIF POUR LA PROTECTION D'UNE INSTALLATION ELECTRO- NIQUE CONTRE DES PERTURBATIONS ENGENDREES PAR DES PHENO- MENES AFFECTANT LE MILIEU EXTERIEUR DANS LEQUEL SE TROUVE PLACEE L'INSTALLATION. La présente invention concerne un dispositif pour la pro- tection d'une installation électronique contre des per- turbations engendrées par des phénomènes affectant le milieu extérieur dans lequel se trouve placée l'installation. Elle s'applique plus particulièrement, mais non exclusi- vement, à la protection contre la foudre, voire même les interférences électromagnétiques IEM, des installations électroniques situées à bord d'un aérodyne. On sait qu'à l'heure actuelle, ces installations présen- tent de plus en plus souvent des structures modulaires faisant intervenir des baies à l'intérieur desquelles peuvent venir s'engager, à la façon de tiroirs, des élé- ments fonctionnels modulaires. Les connexions de ces éléments modulaires, entre eux et avec l'extérieur (liaisons aérodyne) s'effectuent grâce à un circuit d'interconnexion prévu dans le fond de la baie. Bien entendu, ce circuit d'interconnexion comprend des éléments de connexion aptes à coopérer avec des moyens de connexion correspondants, intégrés à chacun des éléments modulaires. Jusqu'ici, la protection de ces installations contre la foudre ou les interférences électromagnétiques était assurée (à la demande de l'utilisateur) grâce à des cir- cuits de protection intégrés aux circuits électroniques des éléments modulaires. Il s'avère que cette solution présente de nombreux incon- vénients. Elle exige tout d'abord une conception spécifique des cartes de circuits électroniques des éléments modulaires, lesquels seront différents selon qu'on effectue ou non la susdite protection. La protection d'un élément modulaire non protégé à l'origine implique donc un changement de carte de circuit imprimé, c'est-à-dire une intervention coûteuse qui n'est réalisable que par un spécialiste. Par ailleurs, compte tenu de leur intégration dans les circuits électroniques des éléments modulaires, les cir- cuits de protection traitent les perturbations au sein même des circuits qu'ils sont censés protéger, de sorte que, paradoxalement, ces derniers se trouvent d'autant mieux exposés à ces perturbations. Un autre inconvénient de cette intégration consiste en ce que les circuits de protection peuvent être difficilement testés. Il s'avère en outre que cette solution est mal adaptée pour résoudre les problèmes de dissipation thermique qui se posent notamment lorsqu'à la suite d'un coup de 2 - 3 2699756 foudre, la surintensité qui traverse le circuit de pro- tection provoque, à l'intérieur de l'élément modulaire, une élévation brutale et intense de température. L'invention a donc plus particulièrement pour but de sup- primer ces inconvénients. Elle propose à cet effet un dispositif de protection fai- sant intervenir d'une part, un premier élément de connecteur monté sur la baie et dont les organes de connexion sont électri- quement reliés à des conducteurs respectifs du circuit d'interconnexion susceptibles de constituer des vec- teurs de propagation des susdites perturbations, et d'autre part, un module de protection comprenant un boîtier logeant des circuits de protection respective- ment associés auxdits conducteurs et électriquement reliés à des organes de connexion d'un deuxième élément de connecteur apte à venir se connecter sur le premier élément de connecteur afin d'assurer une liaison élec- trique déconnectable entre lesdits conducteurs et les circuits de protection correspondants. Il apparaît clairement que, grâce à une telle solution La protection des éléments modulaires de l'installation électronique s'effectue à l'extérieur de ces éléments, voire même de la baie, de sorte que les perturbations sont neutralisées avant même d'atteindre (directement ou indirectement) les circuits électroniques à proté- ger. Les éléments de protection n'ont aucune incidence sur la structure et la conception des circuits électro- niques des éléments modulaires Ceux-ci demeurent iden- tiques, en présence ou en l'absence de protection Il en résulte donc, grâce à cette interchangeabilité, une 4 2699756 plus grande adaptabilité et une plus grande disponibi- lité des éléments modulaires. Les circuits de protection sont confinés à l'intérieur d'un boîtier extérieur situé à un emplacement o il n'y a aucun risque de perturbation des circuits électro- niques, ce boîtier, de même que les structures de sup- port des circuits de protection, étant conçus de manière à assurer les meilleures conditions de fonc- tionnement et, en particulier, les meilleurs transferts thermiques possibles. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux des- sins annexés dans lesquels La figure 1 est une représentation schématique montrant en perspective, vue d'arrière, une baie destinée à recevoir des éléments modu- laires; La figure 2 est une coupe schématique illus- trant le principe de la connexion d'un module de connexion sur un connecteur fixé sur le fond de la baie; La figure 3 montre la structure intérieure d'un module de protection; La figure 4 est une représentation schématique d'une matrice de passage formée sur le circuit d'interconnexion prévu dans le fond de la baie. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, la baie 1, de forme parallélépipédique, présente un fond 2 et, du côté opposé à ce fond, une face antérieure ouverte 3 par laquelle sont engagés à la façon de tiroirs, des modules - électroniques Ml, M 2, M 3 pouvant, par exemple, consister en des éléments de calculateur. A l'intérieur de la baie 1 est disposée, parallèlement au fond et à faible distance de celui-ci, une carte de cir- cuit imprimé 4 servant à l'interconnexion des modules Mi, M 2, M 3 entre eux et avec les circuits extérieurs auxquels est raccordée la baie. Les connexions entre cette carte de circuit imprimé 4 et les modules électroniques Ml, M 2, M 3 sont assurées par des connecteurs enfichables Cl-C'l, C 2-C'2, C 3-C'3, C 4, C 5, C 6 respectivement prévus sur ladite carte 4 et sur les faces arrière desdits modules Ml, M 2, M 3. Les liaisons entre la carte d'interconnexion 4 et les circuits extérieurs s'effectuent ici grâce à un connec- teur CE prévu sur l'une des faces latérales de la baie 1. Conformément à l'invention, les circuits de la carte d'interconnexion 4, qui assurent les liaisons entre les connecteurs Cl à C 6 associés aux éléments modulaires Ml à M 3 et le connecteur CE, sont disposés de manière à réali- ser une matrice de passage (bloc 6), par exemple du type de celle représentée figure 4, dont chacun des points Pli, P'11 à Pn 7, P'n 7 est relié à un organe de connexion d'un connecteur 7 monté sur le fond 2 de la baie 1, par exemple de la façon illustrée sur la figure 2. Dans cet exemple, le connecteur 7 comprend une multipli- cité d'organes de connexion 01 à 09, de type femelle mon- tés dans un support isolant 8 et respectivement reliés à des points de la matrice de passage 6 de la carte d'interconnexion 4. Ce connecteur 7, qui passe au travers d'un orifice prati- qué dans le fond 2 de la baie 1 et qui est fixé sur celle-ci au moyen de vis 9, est destiné à recevoir un connecteur de type mâle 10 solidaire d'un module de pro- tection 11. Ce module de protection 11, qui constitue un bloc stan- dard interchangeable, se compose d'un boîtier 12 métal- lique ou métallisé de forme parallélépipédique dont la partie antérieure est constituée par le connecteur mâle , lequel comprend une multiplicité de broches conduc- trices Bt à Bq montées dans un support isolant 13 qui forme la paroi antérieure du boîtier 12. Chacune de ces broches Bt à Bq est reliée à un circuit de protection porté par une plaquette de circuit imprimé 14 logée à l'intérieur du boîtier 12. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, on n'a repré- senté que trois circuits de protection de deux types dif- férents, à savoir: deux circuits de protection anti-foudre faisant chacun intervenir une diode foudre Dl, D 2 reliant une broche B 7, B 8 à la masse (broche Bq), un circuit de protection contre les interférences élec- tromagnétiques IEM comprenant une inductance Lt dont chacune des bornes est reliée à une broche respective et à la masse, par l'intermédiaire d'un condensateur C 01, C 02, de manière à réaliser un filtre en n. Bien entendu, chaque circuit de protection pourra com- prendre, en combinaison, un circuit de protection contre les interférences électromagnétiques et un circuit de protection anti-foudre dont la diode foudre est connectée en amont de l'inductance. Avantageusement, la plaquette 14, de type double face, comprend un substrat de type céramique ou FR 4 présentant, sur un bord, deux barrettes de contacts sur lesquelles sont brasées les broches Bt à Bg et sont assemblées sous 6 - 7 - forme de "chip on board", les diodes foudre DI, D 2 ainsi que les filtres Li, C 01, C 02. Bien entendu, la puissance et la tension des diodes Dl, D 2 (breakdown) peuvent être choisies parmi des valeurs pré-sélectionnées Eventuellement, ces diodes Dl, D 2 pourront être montées en série. De même, la valeur de l'impédance LI et des condensateurs C 01, C 02 sera déterminée en fonction de la nature des perturbations que l'on souhaite filtrer. Il s'avère que les circuits de protection anti-foudre n'exigent qu'une simple connexion sur un point Pl,l- P'll-Pn,7-P'n,7 de la matrice de passage 6 et ce, sans avoir à effectuer une interruption de la ligne Lî, L 2 Ln du circuit d'interconnexion passant par ce point. De ce fait, lorsqu'il ne comprend que des circuits de protection anti-foudre, le module de protection 11 peut être ôté sans que sa déconnexion perturbe le fonctionne- ment de la baie 1. Par contre, les circuits de protection contre les inter- férences électromagnétiques exigent le montage de l'inductance Li, en série sur la ligne, et donc une interruption de cette ligne entre les deux points sur lesquels vient se connecter cette inductance Lî. Il est clair que dans ce cas, la déconnexion du module de protection 11 ne peut s'effectuer sans causer une pertur- bation du fonctionnement de la baie 1, et doit être sui- vie d'une opération visant à rétablir la continuité des lignes LI, L 2 Ln qui se trouvent alors interrompues du fait de cette déconnexion. La figure 4 montre un exemple d'exécution d'une matrice de passage 6 appropriée à des modules de protection uti- 8 - lisant des circuits de protection qui nécessitent ou non l'interruption des lignes Ll, L 2 Ln à protéger. Cette matrice de passage 6 présente une surface sensible- ment identique à l'aire de connexion du connecteur 7, et est agencée de manière à être traversée par N lignes de la carte d'interconnexion 4 que l'on veut protéger. Dans cette surface, chaque ligne Ll, L 2 Ln est inter- rompue entre un couple de points Pll-P'll, P 12-P'12 sur lesquels viennent respectivement se connecter deux organes de connexion 1 à 09 du connecteur 7. Les différents couples de points Pll-P'll, P 12-P'12 sont agencés de manière à réaliser une matrice de points qui coïncide avec la matrice d'organes de connexion 1, 09 du connecteur 7. Dans le cas o l'on désire assurer sur une ligne Ll Ln uniquement une protection contre la foudre, les éléments de connexion Bi, Bg du module de protection 11 qui cor- respondent au couple de points Pîl-P'll, P 12-P'12 corres- pondant à cette ligne, sont reliés l'un à l'autre par une liaison conductrice (non représentée) ainsi qu'à un cir- cuit de protection pouvant comprendre une diode foudre Dl, D 2 reliée à la masse. Par contre, dans le cas o l'on désire protéger une ligne contre les interférences électromagnétiques, les éléments de protection du module de protection qui correspondent au couple de points Pîl-P'll, P 12-P'12 correspondant à cette ligne sont reliés l'un à l'autre par une inductance L, et à la masse, par rapport à deux condensateurs C 01, C 02 respectifs. Dans le cas o l'on ne souhaite pas protéger la baie 1, il est alors nécessaire d'utiliser, au lieu d'un module de protection, un module de connexion conçu de manière à 9 - assurer une connexion électrique entre chaque couple de points Pîl-P'll, P 12-P'12 Il apparaît donc que grâce à ces dispositions, l'utilisateur pourra à tout instant supprimer ou rétablir les protections anti-foudre et/ou contre les interfé- rences électromagnétiques, sans avoir à modifier la baie et/ou ses éléments modulaires: un simple changement du module de protection 11 par un autre module de protec- tion, voire même par un module de connexion suffit. Un autre avantage de cette solution consiste en ce que les circuits de protection des modules de protection peu- vent être facilement testés sans avoir à intervenir sur la baie ou sur les éléments modulaires qu'elle renferme. Avantageusement, la conception des circuits de protection pourra être fonction de la structure de la matrice de passage et des connecteurs qui lui sont associés. Ainsi, les broches du connecteur intégré au module de protection pourront présenter une disposition matricielle similaire à celle de la matrice de passage. Dans ce cas, chaque ligne de broches Bl à Bq est montée dans un support isolant respectif Si, 52 Sn conçu de manière à pouvoir s'empiler sur le support isolant affecté à une ligne adjacente (figure 3). Par ailleurs, les broches Bl à B 9 d'une même ligne de broches sont connectées à des circuits portés par une même face d'une plaquette de circuit imprimé 14 (les cir- cuits présents sur les deux faces de la plaquette étant respectivement connectés aux broches portées par deux supports successifs Si Sn). Grâce à une telle disposition, il est possible d'adapter facilement le module de protection à la taille du connec- teur de protection présent sur la baie. On augmente ainsi la flexibilité et l'adaptabilité du dispositif de protection. Sa fiabilité et son efficacité peuvent être facilement accrues grâce au fait que l'on peut utiliser pour la réa- lisation des modules de protection, les matériaux les plus appropriés notamment pour résister à des tempéra- tures élevées et pour assurer les transferts thermiques nécessaires, notamment vers l'extérieur et ce, sans risque d'endommager les composants de la baie et/ou des modules électroniques qu'elle contient. - il - Revendications 1 Dispositif pour la protection d'une instal- lation électronique contre des perturbations engendrées par des phénomènes affectant le milieu extérieur dans lequel elle se trouve placée, cette installation compor- tant une baie ( 1) dans laquelle peuvent venir s'engager des éléments fonctionnels modulaires (Ml, M 2, M 3), inter- connectés entre eux et avec des circuits extérieurs grâce à un circuit d'interconnexion ( 4) prévu dans le fond de la baie, caractérisé en ce qu'il fait intervenir d'une part, un premier élément de connecteur ( 7) monté sur la baie ( 1) et dont les organes de connexion ( 01 à 09) sont électriquement reliés à des conducteurs res- pectifs (Li, L 2 Ln) du circuit d'interconnexion ( 4) susceptibles de constituer des vecteurs de propagation des susdites perturbations, et d'autre part, un module de protection ( 11) comprenant un boîtier ( 12) logeant des circuits de protection res- pectivement associés auxdits conducteurs (Li, L 2 Ln) et électriquement reliés à des organes de connexion (B 1 à B 9) d'un deuxième élément de connecteur ( 10) apte à venir se connecter sur le premier élément de connecteur ( 7) afin d'assurer une liaison électrique déconnectable entre lesdits conducteurs (Li, L 2 Ln) et les cir- cuits de protection correspondants. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lignes (Li à Ln) du circuit d'interconnexion qui assurent les liaisons entre les élé- ments modulaires (MI, M 2, M 3) et les circuits extérieurs sont disposées de manière à réaliser une matrice de pas- sage ( 6) dont chacun des points (Plî Pn 7, P'11 P Tn 7) qui est en contact électrique avec une ligne (Ll à Ln) correspondante est relié à un organe de connexion (Q 1 09) dudit premier élément de connecteur ( 7). 12 - 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les circuits de protection compren- nent au moins une diode anti-foudre (Dl, D 2) reliée entre la masse et l'un, au moins, des points de la matrice de passage ( 6), par l'intermédiaire des deux éléments de connecteur ( 7, 10). 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une partie des lignes (Ll Ln) du circuit d'interconnexion ( 4) qui assure les liaisons entre les éléments modulaires (Ml, M 2, M 3) et les circuits extérieurs est disposée de manière à réali- ser une matrice de passage ( 6), et en ce que chacune des- dites lignes (L 1 Ln) est interrompue entre deux points situés dans la matrice de passage ( 6) et reliés à deux organes de connexion dudit premier élément de connecteur ( 7). 5 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le module de protection ( 11) com- prend des moyens permettant d'assurer, grâce aux deux susdits éléments de connecteur ( 7, 10), une connexion électrique entre deux points d'une même ligne (Ll Ln) avec une liaison éventuelle à la masse par l'intermédiaire d'un circuit de protection anti-foudre. 6 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le module de protection comprend un circuit de protection venant se brancher entre les deux points (Pîl, P'îl) d'une même ligne (Li) grâce aux deux susdits éléments de connecteur ( 7, 10). 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de protection comprend une impédance (Ll) connectée entre lesdits points (Pli, P'îî), et deux condensateurs (CO 1, C 02) reliant chacun desdits points à la masse. 13 - 8 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de protection ( 11) com- prend un boîtier ( 12) dont la partie antérieure est constituée par un élément de connecteur ( 10) comprenant au moins une ligne d'organes de connexion (Bi à Bq) mon- tés dans un support isolant ( 13), et en ce que les cir- cuits de protection et/ou de connexion sont portés par au moins une plaquette de circuit imprimé ( 14) logée dans le boîtier ( 12) et électriquement reliée auxdits organes de connexion (Bî à Bg). 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément de connecteur ( 10) du module de protection ( 11) comprend une pluralité de lignes d'organes de connexion (Bl à Bg) respectivement montées sur une pluralité de supports isolants (Sî, Sn) empilés les uns sur les autres, et en ce que le boîtier ( 12) renferme une pluralité de plaquettes de circuit imprimé double face ( 14) dont chacune des faces est élec- triquement reliée à une ligne d'organes de connexion (Bî à Bq) correspondante.