Brevet FR2715738A1 — publié le 19950804

INTERRUPTEUR CCOMPOSITE DE SEÉCURITÉ La présente invention concerne un interrupteur de sécurité, c'est-à-dire un interrupteur destiné à assurer la comnmutation la plus fiable possible d'une charge dans un environnement o, pour des raisons de sécurité, il est extrêmement important que cette charge soit alimentée ou non lorsque l'on agit sur 1' interrupteur. Un exemple d'un tel environnement est un aéronef, o il est primordial que des éléments soient actionnés dès que le pilote ou un ordinateur agit sur des interrupteurs correspon- dants. La défaillanoe d'un interrupteur, par exemple une absence de commutation lorsqu'il est actionné, ou bien une commutation intempestive, peut entrainer des conséquences graves. Un objet de la présente invention est de prévoir un interrupteur de sécurité particulièrement fiable et nécessitant un faible entretien. Cet objet est atteint grâce à un interrupteur ccmpo- site formé d'une association en parallèle ou en série d'au moins deux interrupteurs simples. Chaque interrupteur simple est muni d'un élément de mesure du courant dans l'interrupteur simple dans le cas d'une association en parallèle, d'un élément de mesure de la tension aux bornes de 1' interrupteur simple dans le cas d'une association en série, et d'un circuit de contrôle recevant les informations fournies par les éléments de mesure ainsi qu'un signal de commande de 1l'interrupteur simple, et fournissant un signal de panne actif si la tension mesurée est élevée ou le courant mesuré faible alors que l'interrupteur simple est commandé pour être fermé, ou bien si le courant mesuré est élevé ou la tension mesurée faible alors que 1 'inter- rupteur simple est commandé pour être ouvert. Selon un mode de réalisation de la présente invention, des interrupteurs simples disposés en série sont munis chacun d'une résistance connectée en parallèle de valeur élevée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le signal de panne est actif seulement si la tension mesurée est élevée alors que l'interrupteur simple est cammandé pour être fermé ou bien si le courant mesuré est élevé alors que 1 'inter- rupteur simple est commandé pour être ouvert. La présente invention prévoit également un procédé de test d'un interrupteur composite du type susmentionné, compre- nant les étapes de commuter des interrupteurs simples de l'in- terrupteur composite sans que l'état de conduction de l'inter- rupteur composite soit modifié, et de relever les signaux de panne des circuits de contrôle. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposes en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif à l'aide des figures Jointes parmi lesquelles: les figures 1A à 1D représentent différents types d'interrupteurs composites assurant une grande fiabilité par redondance; la figure 2A représente un mode de réalisation d'interrupteur simple faisant partie d'un interrupteur oemposite selon l'invention; les figures 2B et 2C sont destinées à illustrer la détection d'un interrupteur défaillant d'un interrupteur compo- site selon l'invention; les figures 3A à 3D représentent des tableaux qui récapitulent les états des interrupteurs caomposites des figures 1A à 1D en fonction des états de chacun de leurs interrupteurs simples; les figures 4A à 4D représentent des diagrammes de transition correspondant aux interrupteurs composites des figures 1A à 1D; et la figure 5 représente un tableau contenant des exem- ples de cycle de test non perturbateur des interrupteurs compo- sites des figures 1A à 1D. La présente invention est basée sur la redondarnce d'interrupteurs pour assurer qu'un interrupteur composite, cons- titué de ces interrupteurs redondants, assure de manière parti- culièrement fiable sa fonction. La figure 1A représente un type A d'interrupteur cam- posite destiné à assurer une grande fiabilité à la fermeture. Un tel interrupteur convient pour cmaner une charge qu'il est important d'alimenter et que l' on peut se permettre de laisser alimentée en cas de panne de 1' interrupteur composite. Cet interrupteur composite A comprend deux interrup- teurs simples S1 et S2 connectés en parallèle. Initialement, les interrupteurs S1 et S2 sont ouverts. Lorsque l'on veut alimenter la charge, l'un des interrupteurs, par exemple S1, est fermé. Si l'interrupteur S1, défaillant, ne peut plus se fermer, on ali- mente la charge en fermant l'interrupteur S2. Il est également envisageable de fermer les deux interrupteurs S1 et S2 au moment d'alimenter la charge. Dans ce cas, si l'un des interrupteurs ne parvient pas à se fermer, 1 'autre interrupteur assure quand mmne la fermeture. Par contre, si l'un des interrupteurs Sl et S2, défaillant, reste fermé, la charge est en permanence alimentée. Pour cette raison, il est important avec ce type d'interrupteur composite qu'il ne soit pas gênant que la charge soit intempes- tivement alimentée. On dira que ce type d'interrupteur composite est un interrupteur à exigence à la fermeture. La figure lB représente un type B d'interrupteur composite à exigence à 1' ouverture. Ce type d'interrupteur est utilisé lorsqu'il est important que la charge soit mise hors tension quand on agit sur l'interrupteur, mais que l'on tolère une extinction intempestive de oelle-ci. Cet interrupteur compo- site comprend deux interrupteurs simples Sl et S2 connectés en série. Initialement, les deux interrupteurs Sl et S2 sont fermés, et la charge est alimentée. Pour mettre la charge hors tension, l'un des interrupteurs, par exemple S1 est ouvert. Si l'interrupteur S1, défaillant, reste fermé, on ouvre l'inter- rupteur S2. Pour mettre la charge hors tension, on pourrait éga- lement ouvrir les deux interrupteurs S1 et S2. Alors, si l'un des interrupteurs reste fermé en cas de panne, la charge est quand même mise hors tension par l'autre interrupteur. La figure 1C représente un type C d'interrupteur com- posite à exigenoe à la fermeture et à l'ouverture, la priorité à l'ouverture étant supérieure à la priorité à la fermeture. Ce type d'interrupteur est utilisé lorsqu'il est primordial que la charge soit alimentée ou mise hors tension lorsque l'on agit sur l'interrupteur. Cet interrupteur oomposite C oomprend deux interrup- teurs composites du type B, S1/S2 et S3/S4, connectés en paral- lèle. Pour que cet interrupteur composite n'assure plus sa fonc- tion, il faut qu'au moins deux de ses interrupteurs simples tombent en panne d'une manière prédéterminée. Les possibilités de parnne sont les suivantes: l'interrupteur composite reste fermé si les inter- rupteurs Sl et S2 sont fermés ou si les interrupteurs S3 et S4 sont fermés; et l'interrupteur composite reste ouvert pour l'un des couples d'interrupteurs ouverts Sl/S3, S2/S4, S2/S3, et S1/S4. Les couples défectueux restants possibles n'entrainent pas un mauvais fonctionnement de l'interrupteur composite. On constate qu'une ouverture intempestive de l'interrupteur compo- site est plus probable qu'une fermeture intempestive, puisque le nombre de couples défectueux entrainant cette panne est plus important que le nombre de couples défectueux entrainant la panne inverse. Pour cette raison on dit que cet interrupteur composite a une priorité à l'ouverture supérieure à la priorité à la fermeture. La figure 1D représente un type C' d'interrupteur composite à exigence à l'ouverture et à la fermeture, la prio- rité à la fermeture étant supérieure à celle à l'ouverture. Cet interrupteur comprend deux interrupteurs composites de type A, S1/S3 et S2/S4, connectés en série. Les cas de panne de cet interrupteur composite sont les suivants: l'interrupteur composite reste fermé si les couples d'interrupteurs S1/S2, S1/S4, S3/S2 et S3/S4 sont fermés; et l'interrupteur composite reste ouvert si les inter- rupteurs S1 et S3 sont ouverts ou si les interrupteurs S2 et S4 sont ouverts. On constate qu'il y a une probabilité plus importante pour que l'interrupteur composite C' reste fermé en cas de panne, puisque le nombre de couples défectueux entrainant cette panne est plus important que le nombre de couples défectueux entrainant la panne inverse. Les interrupteurs simples S de l'un quelconque des interrupteurs composites susmentionnés peuvent être tous ouverts ou fermés pour ouvrir ou fermer l'interrupteur composite, ce qui entraine une occultation automatique des défauts des inter- rupteurs simples, c'est-à-dire que l'interrupteur composite continue à assurer sa fonction même si un de ses interrupteurs simples, ou même davantage pour les types C et C', est défail- lant. Du fait qu'il faut que deux interrupteurs simples tombent en panne pour que l'interrupteur composite tombe en panne, la probabilité de panne de l'interrupteur composite est égale au produit des probabilités de panne des deux interrupteurs simples. Si un des interrupteurs simples est défaillant, il convient de le détecter, mime si son défaut est occulté, afin de le remplacer pour que 1 'interrupteur composite continue à assurer sa fiabilité totale. La figure 2A représente un mode de réalisation d'interrupteur simple selon l'invention, à intégrer dans un interrupteur composite, permettant une détection de panne et de signaler cette panne afin qu'un observateur puisse remplacer oet interrupteur simple. Chaque interrupteur simple S d'un interrupteur compo- site selon l'invention comprend un élément de mesure I du courant traversant 1' interrupteur S et un élément U de mesure de la tension aux bornes de l'ensemble de l'interrupteur S et de 1 'élément I. La mesure de tension pourrait également se faire directement aux bornes de l'interrupteur S. Toutefois, la confi- guration représentée permet, pour une mesure de tension, de vérifier en même temps l'interrupteur S et l'élément de mesure de courant I. Les tension et courant mesurés sont fournis à un circuit de contrôle 10 qui fournit un signal d'erreur ERR lors- qu'une panne de l'interrupteur S est détectée. Ce signal ERR est, par exemple, exploité par un ordinateur qui commande les interrupteurs, pour rassembler toutes les informations de panne des interrupteurs et les signaler à l 'observateur. le circuit de contrôle 10 prend également en compte un signal CS de commande de 1'interrupteur S, qui est par exemple un signal fourni par un ordinateur. Lorsque l 'interrupteur S est fermé, la tension mesurée par 1 'élément U est pratiquement nulle et le courant mesuré par 1 'élément I est non nul si une charge est connectée à 1 'inter- rupteur. Si 1 'interrupteur S est ouvert, la tension mesurée par 1 'élément U est élevée, c'est-à-dire proche de la tension d'ali- mentation de la charge, et le courant mesuré par l'élément I est nul. Ainsi, le circuit de contrôle 10 signale une panne de fermeture de 1 'interrupteur S si le courant mesuré est non nul, alors que le signal CS est à un état sélectionnant l'ouverture de 1 'interrupteur S. Une panne de fermeture pourrait également être signalée si la tension mesurée était nulle, mais oette mesure déclencherait une signalisation de panne intempestive si une charge n'était pas branchée, ou disposée en parallèle avec un autre interrupteur fermé. Le circuit de contrôle 10 signale une panne d'ouver- ture de 1' interrupteur S si la tension mesurée est élevée alors que le signal CS est à un état sélectionnant la fermeture de 1 'interrupteur S. Une panne d'ouverture pourrait également être signalée si le courant mesuré était nul, mais cette mesure déclencherait une signalisation de panne inteBpestive si une charge n'était pas branchée, ou disposée en série avec un autre interrupteur ouvert. La double mesure, de courant et de tension, permet en outre de vérifier l'évolution de la résistance à l'état fermé de l'interrupteur et de signaler un vieillissement, avant qu'une panna franche se produise, si cette résistance devient anorma- lement élevée. La double mesure est en tout cas nécessaire dès que l'on combine au moins deux interrupteurs S dans l'un des types composites A, B, C ou C', comme on l'expose ci-après. La figure 2B représente deux interrupteurs Si et S2 selon l'invention combirnés dans un interrupteur composite de type A. Les mesures de courant dans les interrupteurs Si et S2 se font par exemple en mesurant les tensions aux bornes de résistances shunt respectives R1 et R2 disposées en série avec les interrupteurs S1 et S2. Avec oe type d' interrupteur composite, le circuit de contrôle 10 utilise essentiellement les mesures de courant pour détecter une panne franche. Si les deux interrupteurs S1 et S2 sont fermés, un courant sensiblement égal circule dans les résistances R1 et R2, supposées de même valeur. Si l'un des interrupteurs S1 et S2 est fermé, il est inutile, sauf pour vérifier l' évolution de la résistance de l'interrupteur fermé, de mesurer la tension aux bornes de 1 'autre interrupteur, puisque celle-ci est pratiquement la même que cet interrupteur soit ouvert ou fermé. Si l'un des interrupteurs est fermé norma- lement et que l'autre est fermé intempestivement, on mesure un courant non nul dans ce dernier, ce qui déclenche la détection de sa panne par le circuit de contrôle 10. De même, dans le cas o on est sûr qu'une charge est branchée, si l'un des interrup- teurs est intempestivement ouvert, le courant mesuré devient nul, oe qui déclenche également une détection de panne. La figure 2C représente un interrupteur composite de type B dans lequel on exploite plutôt les mesures de tension aux bornes des interrupteurs pour détecter une panne franche. Chacun des interrupteurs S1 et S2 comprend, outre l'élément U de mesure de tension correspondant, une résistance respective Ri' et R2' connectée à ses bornes. Les valeurs des résistances Ri' et R2' sont suffisamment élevées pour que la charge que commadle 1 'interrupteur composite ne soit pas perturbée lorsque l'un des interrupteurs S1 et S2 est ouvert. Si les interrupteurs S1 et S2 sont ouverts, la tension aux bornes de chacune des résistances Ri' et R2' est égale à la moitié de la tension d'alimentation, en supposant que les résis- tances Ri' et R2' sont de même valeur. Ainsi, si l'un des inter- rupteurs est intempestivement fermé, la tension à ses bornes s'annule et sa panne est détectée. De même, dans le cas o on est sûr qu'une charge est branchée, si l'un des interrupteurs est intempestivement ouvert, la tension à ses bornes devient élevée, ce qui déclenche également la détection de sa panne. Dans chacun des interrupteurs compoeites de type C et C', on utilise la mesure de tension ou la mesure de courant selon les états des interrupteurs simples S. Dans toutes les configurations o 1 'interrupteur composite C est ouvert, tous ses interrupteurs S peuvent être vérifiés individuellement de manière statique par la mesure de tension. Si l'interrupteur composite C est fermé par une seule de ses branches S1/S2 et S3/S4, les interrupteurs de la branche fermée peuvent être vérifiés individuellement de manière sta- tique par la mesure de tension. Pour garantir la justesse de cette vérification, la branche supposée ouverte est préalable- ment vérifiée par la mesure de courant. On ne peut pas vérifier individuellement de manière statique les interrupteurs de la branche ouverte. Dans toutes les oonfigurations o 1 'interrupteur composite C' est fermé, tous les interrupteurs S peuvent être vérifiés individuellement de manière statique par la mesure de courant. Si au moins un interrupteur S est fermé dans un premier des couples S1/S3 et S2/S4, les interrupteurs S du deuxième couple peuvent être vérifiés individuellement de manière statique par la mesure de courant. Pour garantir la justesse de cette vérification, le premier couple est préalablement vérifié par la mesure de tension de l'un des inter- rupteurs S de ce couple. On ne peut pas vérifier individuel- lement de manière statique les interrupteurs du premier couple. Les figures 3A à 3D sont oonsidérées comme faisant partie intégrante de la présente description. Elles représentent des tableaux illustrant respectivement les différents états des interrupteurs composites A à C' en fonction de toutes les ccnmbi- naisons d'états des interrupteurs simples S formant les inter- rupteurs composites. Dans les premières colonnes des tableaux, on affecte un numéro à chaque configuration possible de l'interrupteur composite, c'est-à-dire à chaque caombinaison possible d'états des interrupteurs S. La deuxième colonne indique les états de 1l'interrupteur composite, et les autres colonnes indiquent les états des interrupteurs simples S. Un état fermé est représenté par un i et un état ouvert par un 0. On remarque pour les interrupteurs composites A et C' qu'il y a un plus grand nombre de configurations o ces inter- rupteurs composites sont fermés que de configurations o ils sont ouverts. Ceci montre la priorité à la fermeture de ces interrupteurs composites. De même, on remarque pour les inter- rupteurs composites D et C, qu'il y a un plus grand nombre de configurations o ces interrupteurs sont ouverts que de configu- rations o ils sont fermés. Ceci montre la priorité à l'ouver- ture de ces interrupteurs composites. Les figures 4A à 4D, également cxosidérées comme faisant partie intégrante de la présente description, représen- tent des diagrammes de transition des interrupteurs caomposites A à C'. Dans la colonne de gauche, on représente les configura- tions o les interrupteurs composites sont ouverts et dans la colonne de droite les configurations o ils sont fermés. Ces configurations sont représentées par leurs numéros des premières colonnes des tableaux des figures 3A à 3D. Une configuration est reliée à une autre par une ligne lorsqu'il suffit de commuter un seul interrupteur simple pour passer de l'une à l'autre de ces configurations reliées. Ce genre de représentation est utile pour réaliser la cammnande d'un interrupteur composite de manière à pouvoir tester ses interrupteurs simples de manière individuelle à l'ouverture et à la fermeture, comme cela est décrit ci-après. La présente invention permet d'effectuer des cycles de test complet sans perturber la charge cmande, c'est-à-dire que l'on peut vérifier certains des interrupteurs simples S (ou tous) à 1 'ouverture et à la fermeture sans entrainer pour autant une alimentation d'une charge hors tension ou une extinction d'une charge alimentée. La figure 5 représente sous forme de tableau des exemples de cycles de test complet que l'on peut effectuer dans chacun des interrupteurs composites A à C'. Dans la colonne de gauche, on représente des exemples de cycles de test effectués tandis que l'interrupteur composite reste ouvert, et dans la colonre de droite, on représente des exemples de cycles de test effectués tandis que 1 'interrupteur composite reste fermé. Différentes configurations représentées par les numéros des tableaux correspondants, sont reliées par des flèches indiquant le sens de commutation d'une configuration à l'autre. Ces cycles de test non perturbants sont, par exemple, effectués périodiquement, dès que 1 'état de 1 'interrupteur composite le permet, par un ordinateur qui commande les inter- rupteurs S et qui relève et analyse les signaux ERR fournis par les circuits de contrôle 10 correspondants. Dans 1' interrupteur composite A, on ne peut pas tester de façon complète tous les interrupteurs S sans alimenter la charge. Par contre, on peut les tester complètement tandis que la charge est en permanenoe alimentée. Dans ce cas, l'inter- rupteur composite est testé en effectuant le cycle 2, 4, 3, 4 ( es nombres correspondant aux configurations du tableau de la figure 3A). De même, l'interrupteur composite B ne peut pas subir un test complet lorsqu'il est en permanence fermé, mais il peut subir ce test lorsqu'il est en permanenoe ouvert. On effectue dans oe cas le cycle 1, 2, 1, 3 (ces rxxombres correspcndant aux configurations du tableau de la figure 3B). Les interrupteurs composites C et C' peuvent chacun subir un test complet, qu'ils soient en permanence ouverts ou en permanence fermés. Les cycles représentés à la figure 5, consi- dérés commne formant partie intégrante de la présente descrip- tion, ne sont que des exemples parmi de nombreuses autres pos- sibilités. En associant plusieurs interrupteurs du type de la figure 2A, on crée également une redondance des éléments de mesure U et I, oe qui permet de compenser également des défail- lances de ces éléments de mesure. Par exemple, dans un inter- rupteur composite A, la mesure de tension aux bornes des inter- rupteurs simples S est obtenue aussi bien par l'élément U de l'interrupteur S1 que par l'élément U de l'interrupteur S2. Il en va de même pour les éléments I de mesure de caurant dans 1 'interrupteur omposite B. La présente invention a été décrite à 1 'aide de quatre types d'interrupteur composite. Bien entendu, la présente inven- tion s'applique à d'autres interrupteurs composites comprenant plus de quatre interrupteurs simples. REVENDICATIONS 1. Interrupteur composite formé d'une association en parallèle ou en série d'au moins deux interrupteurs simples (S1, S2), caractérisé en oe que chaque interrupteur simple (S) est muni d'un élément (I) de mesure du courant dans l'interrupteur simple dans le cas d'une association en parallèle, d'un élémnent (U) de mesure de la tension aux bornes de l'interrupteur simple dans le cas d'une association en série, et d'un circuit de contrôle (10) recevant les informations fournies par les éléments de mesure ainsi qu'un signal de commande (CS) de l'inter- rupteur simple, et fournissant un signal de panne actif (ERR) si la tension mesurée est élevée ou le courant mesuré faible alors que l'interrupteur simple est commandé pour être fermé, ou bien si le courant mesuré est élevé ou la tension mesurée faible alors que l'interrupteur simple est commandé pour être ouvert. 2. Interrupteur composite selon la revendication 1, caractérisé en oe que des interrupteurs simples disposés en série sont munis chacun d'une résistance (Ri', R2') connectée en parallèle de valeur élevée. 3. Interrupteur composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de panne (ERR) est actif seu- lement si la tension mesurée est élevée alors que 1 'interrupteur simple est commandé pour être fermé ou bien si le courant mesuré est élevé alors que 1 'interrupteur simple est commandé pour être ouvert. 4. Procédé de test d'un interrupteur composite selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de commuter des interrupteurs simples (S) de l'interrupteur composite sans que l'état de conduction de 1' interrupteur compo- site soit modifié, et de relever les signaux de panne (ERR) des circuits de contrôle (10).