Brevet FR2735631A1 — publié le 19961220

Procédé de commutation d'une charge et dispositif destiné à la mise en oeuvre de ce procédé L'invention concerne un procédé de commutation d'une charge, dans lequel on commande par un microprocesseur un étage final de commutation protégé d'un court-circuit et d'une interruption et comportant un transistor de commande et un transistor de commutation, et un étage final de commutation destiné à la mise en oeuvre de ce procédé, comportant un circuit-série de la charge avec le transistor de commutation, se trouvant entre le pôle plus et le pôle moins d'une source de tension de travail et qui peut être commandé par le microprocesseur, et comportant un transistor de commande. Des étages finals connus utilisés notamment en électronique des véhicules automobiles et ayant une protection contre les court-circuits et une fonction de diagnostic ont une structure relativement coûteuse. On connaît par DE 41 00 790 Al un étage final de puissance pouvant être commandé par l'intermédiaire d'un accès de sortie d'un microprocesseur, destiné à la commutation d'une charge et comportant un transistor de commande et un transistor de commutation, dans lequel le signal de sortie d'une bascule bistable commandée par le transistor de commutation peut être envoyé au25 microprocesseur par l'intermédiaire d'un système de bus. Dans le cas d'un court-circuit ou d'une interruption, la bascule bistable est positionnée, ce qui met fin au signal de commande par l'intermédiaire du transistor de commande au moyen d'un signal de réinitialisation fourni par le microprocesseur par l'intermédiaire d'un système de bus et ce qui réinitialise ensuite la bascule bistable. On connaît par DE 32 35 851 Ai un montage de branchement et de débranchement d'une tension d'alimentation à ou d'un appareil consommateur d'énergie, l'appareil consommateur d'énergie étant un microprocesseur. Dans le cas o la tension d'alimentation a atteint une première valeur prescrite de tension, on l'applique par l'intermédiaire d'un circuit d'auto- entretien à l'appareil consommant de l'énergie. On bloque de nouveau le circuit d'auto-entretien et par conséquent on le débranche, lorsque la tension d'alimentation passe sous une seconde valeur prescrite de tension plus petite. L'invention vise un procédé de commutation de charges, protégeant du court-circuit et ayant une fonction de diagnostic et un dispositif pour la mise en20 oeuvre de ce procédé, dans lequel à la différence du procédé connu par DE 41 00 790 Ai, l'étage final de puissance peut être débranché directement en cas de défaut sans passer par le microprocesseur. On y parvient par un procédé suivant l'invention dans lequel on branche et on débranche l'étage final de commutation par des impulsions de commutation produites par le microprocesseur et fournies par l'intermédiaire d'un accès d'entrée/sortie du microprocesseur et l'étage final30 de commutation reste branché à l'état de branchement par un circuit d'auto-entretien, on configure l'accès d'entrée/sortie du microprocesseur a) pendant la fourniture d'impulsions de branchement en "sortie", et on met fin aux impulsions de branchement par reconfiguration en "entrée", b) on le configure en "entrée" pendant l'état de branchement et l'accès peut interroger dans cet état le potentiel de sortie de l'étage final de commutation, et c) on le configure en "sortie" pendant l'état de débranchement et l'accès fournit une impulsion de débranchement durable, que l'on peut interrompre par reconfiguration en "entrée", pour la durée d'une interrogation du potentiel de sortie de l'étage final de commutation, et la fonction d'auto-entretien du circuit d'auto-entretien n'apparaît pas ou on met fin à celle-ci dans le cas d'un court-circuit ou d'une interruption de lignes de la charge ou du transistor de commutation de l'étage final de commutation. On y parvient également par un étage final de commutation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention par le fait que une première résistance reliée à l'accès d'entrée/sortie20 du microprocesseur est reliée à la borne de collecteur du transistor de commutation et une seconde résistance également reliée à l'accès d'entrée/sortie est reliée à la borne de base du transistor de commande, la borne de collecteur du transistor de commande est25 reliée à la borne de base du transistor de commutation et la borne d'émetteur du transistor de commande est reliée à une source de tension auxiliaire. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on effectue cycliquement, lorsque l'état de branchement ou de débranchement dure plus longtemps, l'interrogation du potentiel de sortie de l'étage final de commutation à intervalles prescrits. Un exemple de réalisation de l'invention est explicité plus en détail ci-après en se référant au dessin schématique, qui montre Figure 1 un circuit d'un étage final de commutation à transistor bipolaire Low- Side, Figure 2 est le diagramme des impulsions de commande et des potentiels de sortie du circuit suivant la figure 1 et Figure 3 le circuit d'un étage final de commutation à transistor bipolaire High-Side. Dans le schéma, représenté à la figure 1, du circuit d'un étage final de commutation à transistor bipolaire Low-Side pouvant être utilisé notamment dans des véhicules automobiles et comportant deux transistors Tl et T2 (ainsi nommés car le transistor de commutation est relié au pôle moins c'est-à-dire au "low side" de la source de tension de travail), le circuit-série d'une15 charge RL ohmique et inductive et d'un transistor Tl de commutation se trouve entre le pôle plus U+ et le pôle moins GND d'une source de tension de travail, par exemple de 12 V. On commande l'étage final de commutation par intermédiaire d'un accès P entrée/sortie d'un microprocesseur gP, qui est branché aux pôles +Vcc et GND d'une tension d'alimentation (par exemple 5 V). L'accès P d'entrée/sortie est relié par l'intermédiaire d'une première résistance Ri à la borne Cl de collecteur du25 transistor T1 de commutation npn et par l'intermédiaire d'une seconde résistance R2 à la borne B2 de base du transistor T2 de commande pnp. La borne C2 de collecteur du transistor T2 de commande est reliée à la borne de base du transistor T1 de commutation et la borne E230 d'émetteur du transistor T2 de commande est reliée au pôle plus d'une source Vh de tension auxiliaire, dont le pôle moins est également identique au pôle moins GND de la source de tension de travail. Le mode de fonctionnement du circuit représenté à la figure 1 est explicité ci-après en se référant au diagramme de signaux représenté à la figure 2. La figure 2a représente les impulsions de commutation destinées au branchement et au débranchement de l'étage final, la figure 2b les potentiels de sortie de l'étage final et la figure 2c l'état respectif de configuration de l'accès d'entrée/sortie. On suppose qu'à l'état initial, à l'instant tO, l'étage final de puissance est débranché, qu'il y a à l'accès P d'entrée/sortie configuré en "sortie" (figure 2c) une impulsion A de commutation de sortie (potentiel haut à la figure 2a), que les deux transistors T1 et T2 ne sont pas conducteurs et qu'il ne passe pas de courant dans la charge. Pour brancher l'étage final de commutation à l'instant t3, on fournit par le microprocesseur jp par l'intermédiaire de l'accès P d'entrée/sortie configuré encore en "sortie" une courte impulsion E de branchement20 d'une durée par exemple de 10 ts (potentiel bas à la figure 2a). Cette impulsion E de branchement rend conducteur le transistor T2 de commande et donc aussi le transistor Tl de commutation (potentiel bas au collecteur Ci, figure 2b). Les deux transistors T1 et T2 se25 maintiennent alors d'eux-mêmes conducteurs. On met fin à l'impulsion E de branchement en configurant l'accès P entrée/sortie à l'instant t4 en "entrée". Dans l'état de branchement (figure 2c et ligne de points entre t4 et t5 à la figure 2a) on peut effectuer au moyen de l'accès P d'entrée/sortie configuré en "entrée" un diagnostic de défaut avec mémorisation de défauts dans le microprocesseur tp. S'il y a un potentiel bas à l'accès P d'entrée/sortie, il n'y a pas de défaut. Si au contraire il y a un potentiel haut à l'accès P35 d'entrée/sortie (traits mixtes à la figure 2b), il existe soit un court-circuit de la charge vers U+ ou une interruption du transistor T1 de commutation. Si l'étage de commutation doit rester branché plus longtemps, on peut répéter cycliquement l'interrogation de l'accès P d'entrée/sortie (par logiciel), pour pouvoir constater des défauts apparaissant éventuellement entre-temps. Pour ne pas mettre à l'état conducteur le transistor T1 de commutation (débranchement de l'étage final de commutation), on configure l'accès P d'entrée/sortie à l'instant t5 de nouveau en "sortie" (figure 2c) et on fournit une impulsion de débranchement à potentiel haut (figure 2a). On interrompt par cette impulsion de débranchement l'auto- entretien et on rend les deux transistors non conducteurs. L'impulsion de débranchement persiste pendant la durée de débranchement (t5 à t9). Cela procure l'avantage consistant en ce que l'étage final de commutation ne peut pas être branché par des impulsions parasites, puisque une impulsion durable20 de débranchement est imposée par l'intermédiaire de la branche R1/R2 de rétroaction. Egalement dans l'état de débranchement (tO à t3 et t6 à t9), on peut effectuer, en configurant brièvement l'accès P d'entrée/sortie en "entrée" (tl à t2 et t7 à25 t8, lignes pointillées à la figure 2a) un diagnostic de défaut éventuellement avec mémorisation d'erreurs dans le microprocesseur gP. S'il y a pendant ce laps de temps un potentiel haut à l'accès P (figure 2b), il n'existe pas de défaut. Si au contraire il y a un potentiel bas à30 l'accès P (ligne tiretée à la figure 2b), il existe soit un court-circuit du transistor T1 de commutation vers GND ou une interruption de la charge RL. Si l'étage de commutation doit encore rester débranché, on peut répéter dans ce cas cycliquement l'interrogation de l'accès P d'entrée/sortie (par logiciel). Si la charge RL est branchée en cas de court- circuit persistant vers U+, le potentiel à la borne Cl de collecteur est élevé pendant l'impulsion de branchement à un potentiel supérieur ou égal à la tension auxiliaire Vh du fait du grand courant de charge et de la tension de saturation du transistor Tl, de sorte que l'auto- entretien ne peut plus être activé et que l'étage final reste débranché. Si le court-circuit vers U+ apparaît pendant l'état de branchement, le potentiel à la borne Cl de collecteur monte, du fait du grand courant de charge et de la tension de saturation du transistor Tl à la tension auxiliaire Vh, ce qui désactive l'auto-entretien et débranche l'étage final. Cela se traduit par le fait que le transistor Tl de commutation n'est soumis en cas de court-circuit qu'à une charge impulsionnelle, qui, en fonction du20 transistor de commutation utilisé, peut être plusieurs fois supérieure à la charge permanente admissible. Il ne faut donc pas que le transistor de commutation soit surdimensionné, comme c'était le cas jusqu'à présent, pour la protection contre les courts-circuits.25 On a également la possibilité, en changeant la tension Vh auxiliaire, que l'on suppose fixée dans l'exemple de réalisation suivant la figure 1 par exemple à Vh = +3 V (0 La figure 3 est le schéma du circuit d'un étage final à transistor bipolaire High-Side, dont le mode de fonctionnement correspond au circuit suivant la figure 1 mais dont la charge RL et le transistor Tl de commutation ont été permutés par rapport au circuit suivant la figure35 1, dont le transistor Tl de commutation est un transistor pnp et dont le transistor T2 de commande est un transistor npn. Le principe de l'invention repose sur le fait que l'étage final est branché par de courtes impulsions, reste branché par une fonction d'auto-entretien et est désactivé par une impulsion de débranchement ou par l'apparition de défauts, les signaux de branchement et de diagnostic empruntant la même voie de transmission de signaux.10 Le circuit électronique constitué de composants électriques/électroniques, suivant la figure 1 ou 3 peut aussi bien être remplacé par un circuit hydraulique ou pneumatique à composants hydrauliques ou pneumatiques, les impulsions de tension pouvant être représentées par15 des impulsions de pression et les divers potentiels pouvant être représentés par exemple par des positions de vérins hydrauliques ou pneumatiques. Les signaux de sortie du microprocesseur doivent alors être convertis en signaux hydrauliques ou pneumatiques correspondants20 (inversement les signaux d'entrée hydrauliques ou pneumatiques doivent être convertis en signaux électriques) et il faut former les fonctions nécessaires du microprocesseur par des circuits hydrauliques ou pneumatiques. REVENDICATIONS 1. Procédé de commutation d'une charge (RL), dans lequel on commande par un microprocesseur (iP) un étage final de commutation protégé d'un court-circuit et d'une interruption et comportant un transistor (T2) de commande et un transistor (T1) de commutation, caractérisé en ce que on branche et on débranche l'étage final de commutation par des impulsions (E, A) de commutation produites par le10 microprocesseur (gP) et fournies par l'intermédiaire d'un accès (P) d'entrée/sortie du microprocesseur et l'étage final de commutation reste branché à l'état de branchement par un circuit d'auto-entretien, on configure l'accès (P) d'entrée/sortie du15 microprocesseur (kP) a) pendant la fourniture d'impulsions (E) de branchement en "sortie", et on met fin aux impulsions de branchement par reconfiguration en "entrée", b) on le configure en "entrée" pendant l'état de branchement et l'accès peut interroger dans cet état le potentiel de sortie de l'étage final de commutation, et c) on le configure en "sortie" pendant l'état de débranchement et l'accès fournit une impulsion (A) de débranchement durable, que l'on peut interrompre par reconfiguration en "entrée", pour la durée d'une interrogation du potentiel de sortie de l'étage final de commutation, et la fonction d'auto-entretien du circuit d'auto-entretien n'apparaît pas ou on met fin à celle-ci dans le cas d'un court-circuit ou d'une interruption de lignes de la charge (RL) ou du transistor (T1) de commutation de l'étage final de commutation. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue cycliquement, lorsque l'état de branchement ou de débranchement dure plus longtemps, l'interrogation du potentiel de sortie de l'étage final de commutation à intervalles prescrits. 3. Etage final de commutation destiné à la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, comportant un circuit-série de la charge (RL) avec le transistor (T1) de commutation, se trouvant entre le pôle plus (U+) et le pôle moins (GND) d'une source de tension de travail et qui peut être commandé par le microprocesseur (gP), et comportant un transistor (T2) de20 commande, caractérisé en ce que une première résistance (Ri) reliée à l'accès (P) d'entrée/sortie du microprocesseur (tP) est reliée à la borne (Ci) de collecteur du transistor (T1) de25 commutation et une seconde résistance (R2) également reliée à l'accès (P) d'entrée/sortie est reliée à la borne (B2) de base du transistor (T2) de commande, la borne (C2) de collecteur du transistor (T2) de commande est reliée à la borne (B1) de base du transistor30 (T1) de commutation et la borne (E2) d'émetteur du transistor (T2) de commande est reliée à une source (Vh) de tension auxiliaire.