Brevet FR2724790A1 — publié le 19960322

" Circuit de commutation " Etat de la technique L'invention concerne un circuit de commutation comportant au moins une première et une seconde bornes ain- si qu'une borne de commande, le circuit de commutation com- prenant au moins un premier transistor relié à la seconde borne. On connaît des moyens de commutation comportant une première et une seconde borne ainsi qu'une borne de commande. Comme moyens de commutation, on utilise souvent des transistors à effet de champ. L'inconvénient de tels moyens de commutation est de ne pas assurer de sécurité contre l'inversion de po- larité. Lorsque la tension d'alimentation est couplée de manière inversée, il peut arriver que la charge soit ali- mentée en permanence. Lorsque cette charge est par exemple une électrovanne, celle-ci reste en permanence dans une certaine position, indépendamment du signal de commande. Pour d'autres charges, il peut arriver que des moyens de commutation et/ou la charge ou l'utilisateur alimenté en courant par le moyen de commutation soient endommagés ou même totalement détruits. La présente invention a pour but de créer un moyen de commutation à protection contre l'inversion de po- larité, qui évite, lorsque les bornes sont mal branchées, que la tension d'alimentation risque d'endommager le moyen de commutation et/ou l'utilisateur. A cet effet l'invention concerne un circuit de commutation correspondant au type défini ci-dessus, carac- térisé par au moins un second transistor, et au moins l'un des deux transistors peut être commandé par un signal ap- pliqué à la borne de commande, le second transistor étant monté en série entre la première borne du moyen de commuta- tion et le premier transistor, le second transistor fonc- tionnant en mode inversé. Le circuit de commutation protège l'utilisateur contre les inversions de polarité. En cas d'inversion de polarité, ni le moyen de commutation, ni l'utilisateur ne risquent d'être endommagés. Il est particulièrement avantageux que le dis- positif de protection contre l'inversion de polarité ne né- cessite pas de borne de masse séparée. Le dispositif de protection contre l'inversion de polarité peut être intégré avec les transistors à effet de champ utilisés usuellement, en commun dans un boîtier à trois pôles. La protection in- terne contre toute erreur de branchement, rend inutile un branchement supplémentaire. En outre, la protection contre une erreur de branchement peut se réaliser en même temps que l'usuel transistor à effet de champ. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation re- présentés dans les dessins, dans lesquels: - la figure 1 montre un premier mode de réalisation avec un relais; - la figure 2 montre un second mode de réalisation avec un transistor bipolaire; et - la figure 3 montre un troisième mode de réalisation avec un transistor à effet de champ. Description des exemples de réalisation La figure 1 montre un premier mode de réalisa- tion du circuit de commutation 101 selon l'invention. Le circuit de commutation 101 est relié par une première borne 105 à une tension d'alimentation UBat. Sa seconde borne 106 est reliée à un utilisateur 100 lui-même relié à la masse. Une unité de commande 150 fournit un signal de commande au moyen de commutation par l'intermédiaire d'une borne de commande 107. L'utilisateur 100 peut être un utilisateur électrique quelconque. Il s'agit par exemple d'électrovan- nes de moteur ou d'ampoules d'éclairage. L'unité de commande 150 est usuellement un mi- croprocesseur ou un étage de sortie fournissant un signal de commande pour le circuit de commutation 101, indépendam- ment des différents autres signaux. Indépendamment de la présence du signal de commande, le moyen de commutation 101 libère le passage du courant de la tension d'alimentation UBat (borne 105) à travers l'utilisateur 100 jusqu'à la masse. Le moyen de commutation 101 comprend un premier transistor à effet de champ 110 dont la borne 111 de la source est reliée à la seconde borne 106 du circuit de com- mutation 101. La borne de porte 113 du transistor à effet de champ 110 est reliée à la borne de commande 107. La ré- férence 115 désigne la diode parasite du substrat du tran- sistor à effet de champ 110. La borne de drain 112 du premier transistor à effet de champ 110 est reliée directement à la borne de drain 122 du second transistor à effet de champ 120. La borne de source 121 du second transistor à effet de champ est reliée à la première borne 105 du circuit de commu- tation 101. La borne de porte 123 du second transistor à effet de champ 120 est également reliée à la borne de com- mande 107. Comme les bornes de drain sont reliées directe- ment l'une à l'autre et que le second moyen de commutation est commuté et fonctionne à l'inverse du premier moyen de commutation, les diodes parasites 115 et 125 sont générale- ment branchées en sens opposés. Cela fait qu'un défaut de pôle par le montage en série de ces diodes ne laisse passer aucun courant dans la mesure o les moyens de commutation sont bloqués. De plus, une bobine 140 d'un relais ainsi qu'une diode 145 sont branchées entre la première borne 105 et les bornes de drain 112 et 122 des deux transistors à effet de champ. La cathode de la diode 145 est reliée à la bobine 140; l'anode de cette diode est reliée à la borne de drain. Cette bobine de relais comporte un moyen de com- mutation 130 qui établit une liaison entre la première borne 105 et les bornes de portes 113, 123 des deux tran- sistors à effet de champ 110, 120. La figure 1 montre la polarisation correcte du circuit de commutation 101. Lorsque les pôles sont appli- qués correctement, la tension d'alimentation prend une va- leur de potentiel positive par rapport à la masse. Dans ce cas, en appliquant un signal de commande à la borne de porte 113 et à la borne de porte 123 des deux transistors à effet de champ, on peut les débloquer et libérer ainsi le passage du courant de la borne 105 par la borne 106 jusqu'à l'utilisateur 100. En fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque la polarité correcte est branchée, la diode 145 interdit le passage du courant à travers la bobine 140 et le moyen de commutation 130 est ouvert. Ces moyens n'exercent aucun ef- fet. Par contre, si le circuit de commutation et la charge sont montés avec une inversion de polarité, c'est-à- dire si la première borne 105 est reliée à la masse et si l'utilisateur 100 ou la seconde borne 106 sont reliés à la tension d'alimentation Ubat, la diode de substrat 115, pa- rasite, du premier transistor à effet de champ 110 laisse passer un courant qui traverse la bobine 140 du relais jus- qu'à la masse. Il en résulte que le moyen de commutation 130 se ferme et relie à la masse les bornes de porte 113, 123 des deux transistors à effet de champ 110, 120. Cela signifie que le transistor à effet de champ 120 ainsi que sa diode parasite 125 bloquent le courant. La résistance de la bobine est choisie pour que le courant traversant la bo- bine 140, la diode 115 et l'utilisateur 100, ne conduise pas une réaction de l'utilisateur 100. Cela signifie que par exemple dans le cas d'une bobine d'électrovanne, la ré- sistance ainsi que le courant sont choisis pour que l'in- duit de l'électro-aimant ne se déplace pas. La figure 2 montre un second mode de réalisa- tion. En plus des éléments déjà décrits dans le cas de la figure 1, et qui portent ici les mêmes références, dans ce mode de réalisation, on a supprimé la bobine de relais 140 et le moyen de commutation 130. La borne de commande 107 est reliée par une ré- sistance 108, de préférence ohmique, aux bornes des portes 113 et 123 ainsi que, par un transistor 230, à la première borne 105. La borne de base 231 du transistor 230 est re- liée à la prise médiane d'un diviseur de tension formé du montage en série d'une résistance 240, d'une résistance 242 et d'une diode 244. La résistance 242 est reliée par sa se- conde borne à la cathode de la diode 244. L'anode de la diode 244 est reliée à une autre borne 246 du circuit de commutation 101. Cette borne 246 constitue une borne de mise à la masse supplémentaire. Lorsque le circuit de commutation est branché à la polarité correcte, ce diviseur de tension formé des ré- sistances 242 et 240 a une tension qui fait que le transis- tor 230 reste à l'état bloqué. Il en résulte que les transistors à effet de champ 110 et 120 reçoivent le signal appliqué à la borne de commande 107. Lorsque la polarisation est inversée, c'est-à- dire lorsque la borne 105 est à la masse, la base du tran- sistor est à la masse. Le transistor 230 applique alors aux bornes de porte des transistors à effet de champ 110 et , le potentiel de la masse de la borne 105. Il en ré- sulte que le transistor à effet de champ 120 ainsi que sa diode parasite 125 bloquent le passage du courant dans l'utilisateur 100. Lorsque les bornes 105 et 106 ne sont pas bran- chées correctement, la diode parasite 115 du substrat du transistor à effet de champ 110 est conductrice. La diode parasite 125 du transistor à effet de champ 120 se bloque en cas d'inversion de polarité, à condition que le transis- tor à effet de champ 120 soit lui-même bloqué. Le transis- tor 230 garantit le blocage du transistor à effet de champ , commande le diviseur de tension formé des résistances 240, 242 et de la diode 244, et le commande pour que la borne de porte 123 du transistor à effet de champ 120 se trouve au potentiel de la source. Une réalisation particulièrement avantageuse de cet exemple est représentée en traits interrompus. Dans cette réalisation, l'anode de la diode 244 est reliée aux bornes de drain 122 et 112 des transistors 120 et 110. De ce fait, on peut éviter de relier l'autre borne externe à la masse. Le fonctionnement correspond à celui de l'exemple de réalisation de la figure 1. La figure 3 montre un autre mode de réalisation dans lequel le transistor 230 est remplacé par un transis- tor à effet de champ 330. De plus, la borne de source 332 du transistor à effet de champ 330 est reliée à la cathode d'une diode 310 elle-même reliée aux bornes de porte 123 et 113 des transistors à effet de champ 110 et 120. De plus, la diode de substrat 335, parasite, du transistor à effet de champ 330 a également été représentée. La borne de source 331 du transistor à effet de champ 330 est reliée à la première borne 105 du circuit de commutation 101 ainsi qu'avec une résistance 320. La se- conde borne de la résistance 320 est en contact avec la borne de porte 333 du transistor à effet de champ 330 et avec le point de jonction des bornes de drain 122 et 112. Lorsque la polarité est correcte, le transistor à effet de champ 330 est bloqué puisque la borne de porte 333 est au potentiel de la masse. En cas d'inversion de polarité, un courant passe de la borne 106 (mise à la tension de la batterie) par la diode de substrat 115, parasite, du transistor à ef- fet de champ 110, et la résistance 320, vers la première borne 105 qui est au potentiel de la masse. La chute de tension aux bornes de la résistance 320 et de la résistance de l'utilisateur 100 met la borne de porte 333 à un poten- tiel positif par rapport à la borne de source 331, ce qui débloque le transistor à effet 330. Lorsque le transistor à effet de champ 330 est conducteur, la borne de porte 123 et la borne de porte 113 des transistors à effet de champ 120 et 110 sont au potentiel de la masse. Ainsi le transistor et sa diode parasite 125 se bloquent, ce qui protège la charge. Le transistor à effet de champ 330 garantit un blocage du transistor de protection contre l'inversion de polarité 120. La diode 310 évite toute commande acciden- telle des transistors 125 et 115 en fonctionnement normal. Ce dispositif permet d'éviter qu'en cas d'inversion de po- larité, un courant traverse la charge 100. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux car, comme le mode de réalisation de la figure 1, il ne nécessite pas bornes de masse distinctes. Dans le mode de réalisation de la figure 3, il est particulièrement avantageux que l'ensemble du dispositif de protection con- tre une inversion de polarité puisse être intégré en commun avec les autres transistors à effet de champ dans un boî- tier tripolaire. Du fait de la protection contre l'inver- sion de polarité, aucun branchement supplémentaire n'est nécessaire. De plus la protection contre toute inversion de polarité est réalisée au cours de la même opération de fa- brication que celle du transistor à effet de champ usuel. Dans les modes de réalisation représentés, les transistors à effet de champ sont des transistors à effets de champ de type MOS à canal N. Le dispositif selon l'in- vention s'applique également à d'autres composants semi- conducteurs. Les bornes doivent alors être inversées. Par exemple pour des transistors à effet de champ de type MOS à canal P, il faut inverser les bornes de drain et de source. La même remarque s'applique à des tensions d'alimentation qui seraient négatives. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Circuit de commutation (101) comportant au moins une première et une seconde bornes (105, 106) ainsi qu'une borne de commande (107), le circuit de commutation (101) comprenant au moins un premier transistor (110) relié à la seconde borne, circuit caractérisé par au moins un se- cond transistor (120), et au moins l'un des deux transis- tors (110, 120) peut être commandé par un signal appliqué à la borne de commande (107), le second transistor étant mon- té en série entre la première borne (105) du moyen de com- mutation (101) et le premier transistor (110), le second transistor (120) fonctionnant en mode inversé. 2 ) Circuit de commutation selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'en fonctionnement normal, une première borne (111) du premier transistor (110) est reliée à une charge (100), et une première borne (121) du second transistor (120) est reliée à une tension d'alimentation (UBat) tandis que les secondes bornes (112, 122) des deux transistors (120, 110) sont reliées directement l'une à l'autre. 3 ) Circuit de commutation selon l'une des re- vendications précédentes, caractérisé en ce qu'en cas d'in- version de polarité du premier et/ou du second transistor (110, 120), le passage du courant est coupé. 4 ) Circuit de commutation selon l'une des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que le point de jonction des deux secondes bornes (112, 122) peut être re- lié par une résistance (320, 140) à la première borne (105). 5 ) Circuit de commutation selon l'une des re- vendications précédentes, caractérisé en ce qu'en fonction du passage du courant à travers la résistance (320, 140), le premier et/ou le second transistor (110, 120) sont com- mandés par un second moyen de commutation (130, 230, 330) de façon que le premier et/ou le second transistor (110, ) coupent le passage du courant. 6 ) Circuit de commutation selon l'une des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que les deux transistors sont des transistors à effet de champ et les secondes bornes (112, 122) sont les bornes de drain. 7 ) Circuit de commutation selon l'une des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que les bornes de porte (113, 123) du premier et/ou du second transistor à effet de champ peuvent être reliées par le second moyen de commutation (130, 230, 330), en cas d'inversion de polari- té, avec la masse et/ou avec la première borne (121) du se- cond transistor (120). 8 ) Circuit de commutation selon l'une des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que le second moyen de commutation (130, 230, 330) est également un tran- sistor à effet de champ.