Brevet FR2755766A1 — publié le 19980515

La présente invention concerne un circuit de détection d'un courant dans un organe de commande de moteur, une alimentation non interruptible ou un système quelconque qui utilise un circuit en demi-pont et, plus précisément, un circuit de détection d'un courant de charge par détection d'une tension de shunt et par transmission de l'information au niveau de la masse. Des shunts résistifs sont très utilisés comme éléments de circuit peu coûteux de détection du courant circulant dans un appareil. Le shunt est placé en série avec l'appa- reil dont le courant doit être détecté. Ainsi, la chute de tension dans le shunt est proportionnelle au courant qui circule dans le shunt et l'appareil. La figure 1 représente un exemple de circuit de la technique antérieure qui met en oeuvre un shunt résistif pour la détection d'un courant circulant dans un moteur piloté par un organe de commande de moteur triphasé. Le courant formant la somme des courants des trois phases ias ib et i est détecté par détection de la tension aux bornes d'une résistance commune de shunt R. Ce niveau de tension unique est alors "décomposé" en trois courants du moteur ia, ib et ic par des techniques mathématiques dans le micropro- cesseur 10 à l'aide d'informations telles que le moment o chaque commutateur de l'organe de commande du moteur est fermé. L'inconvénient du procédé précité pour la détection du courant de charge est que, dans certaines conditions de charge et de vitesse, il ne fonctionne pas, et il ne constitue pas un procédé robuste. Un autre procédé de détection d'un courant de charge comprend l'utilisation de dispositifs à effet Hall pour la détection de la circulation du courant dans chaque phase comme indiqué sur la figure 2. Dans ce procédé, chacun des dispositifs à effet Hall 20, 22 et 24 mesure le flux créé par le courant du moteur dans la phase respective. L'incon- vénient de l'utilisation des dispositifs à effet Hall est que ces dispositifs sont coûteux. Un autre schéma qui peut être adopté pour la détection du courant de charge dans un circuit d'un organe de commande de moteur (représenté sur la figure 3 pour l'une des trois phases) est l'addition d'une résistance 30 en série entre le commutateur du côté inférieur et la masse. La tension aux bornes de la résistance 30 est détectée et un élément échan- tillonneur-bloqueur 32 est utilisé pour la reconstruction de la forme d'onde. Les inconvénients du schéma illustré par la figure 3 sont les suivants. 1) La résistance 30 a une inductance parasite 34 (représentée en série avec la résistance) qui provoque l'apparition d'une grande tension transitoire à chaque instant de mise à l'état conducteur et de mise à l'état non conducteur de la forme d'onde (figure 3A). L'amplitude de cette tension transitoire peut atteindre 100 fois la valeur du signal. 2) La forme d'onde a un caractère intrinsèque "découpé". 3) La tension transitoire provoquée par l'inductance 34 de la résistance 30 peut détruire l'organe de pilotage 36 s'il existe un court-circuit dans le commutateur du côté supérieur. 4) Enfin, bien que les problèmes précités puissent être réduits au minimum à l'aide d'une résistance R ayant une faible inductance parasite, de telles résistances sont très coûteuses. La présente invention concerne un circuit de détection de courant qui comprend un shunt résistif qui évite les inconvénients associés aux schémas de la technique anté- rieure tels que représentés sur les figures 1 à 3 et décrits précédemment. Pour remédier aux inconvénients de la technique anté- rieure, l'invention concerne un circuit de détection de courant qui comprend un shunt résistif destiné à être cou- plé, à sa première extrémité, à la connexion d'une paire de transistors placés du côté supérieur et du côté inférieur, en demi-pont et, à son autre extrémité, à une charge d'une manière telle que la tension détectée aux bornes du shunt est proportionnelle au courant transmis à la charge, et un circuit de décalage de niveau destiné à transposer un point de référence de la tension détectée à un noeud de potentiel inférieur dans le circuit, afin qu'une tension de réaction soit produite à partir de la tension détectée et puisse être utilisée pour la commande de la commutation des transistors du demi-pont. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente un circuit connu ayant un seul shunt résistif pour la détection du courant circulant dans un moteur piloté par un organe de commande de moteur triphasé; la figure 2 représente un autre circuit de la technique antérieur destiné à la détection du courant d'un moteur à l'aide de dispositifs à effet Hall; la figure 3 représente un troisième circuit de la tech- nique antérieure destiné à détecter un courant qui circule dans un moteur; la figure 3A représente une forme d'onde de la tension détectée avec le circuit de la figure 3; la figure 4 représente un circuit selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 5 représente une variante du circuit du premier mode de réalisation, comprenant une commande interne de déclenchement destinée à empêcher une dissipation indési- rable d'énergie lorsque le commutateur du côté inférieur de l'organe de commande de moteur est non conducteur; et la figure 6 est un schéma d'un circuit dans un second mode de réalisation de l'invention, constitué par une réali- sation numérique du circuit de détection de courant selon l'invention. La figure 4 représente un circuit dans un premier mode de réalisation de l'invention. Comme représenté sur cette figure, une résistance de shunt RShunt est placée entre la connexion des transistors du côté supérieur et du côté inférieur d'un circuit en demi-pont et la charge, telle qu'un moteur ou analogue. Une chute de tension Vs apparaît aux bornes de la résistance Rshunt et représente le courant circulant dans la charge (par exemple une phase d'un enrou- lement de moteur). La tension Vs, contrairement à la technique antérieure, n'est pas "découpée", mais elle est pratiquement régulière (bien qu'éventuellement avec du bruit) car le shunt est monté directement en série avec la charge et transmet donc le courant des deux commutateurs. La tension Vs est cependant référencée par rapport à la connexion des commutateurs du côté supérieur et du côté inférieur. Cette connexion consti- tue aussi le point de référence d'une ligne d'alimentation du côté supérieur (ou tension élevée) qui est utilisée pour la transmission d'une tension suffisamment élevée pour que le transistor 56 du côté supérieur soit mis à l'état conducteur. Pour qu'un circuit de commande (non représenté) puisse utiliser la tension détectée Vs pour la commande de la commu- tation des commutateurs, la tension Vs doit être référencée par rapport au potentiel de la masse. La tension aux bornes de la résistance Rshut est traitée sous forme d'un signal de détection de courant par un circuit intégré 42 qui comprend un circuit de condition- nement de signaux, un circuit de décalage de niveau de tension élevée et un circuit de traitement de signaux. Plus précisément, la tension aux bornes de la résistance Rshut est d'abord transmise à un bloc 44 de conditionnement de signaux du circuit intégré 42 qui prépare le signal par filtrage, écrêtage et addition d'une tension de décalage. Le signal ainsi conditionné est transmis à un circuit 46 de décalage de niveau analogique de tension élevée qui comprend un comparateur qui pilote un transistor à effet de champ (avec un courant transmis à partir d'un condensateur d'amorçage CBS) avec la configuration représentée sur la figure 4. Comme peuvent le noter les hommes du métier, le circuit 46 de décalage de niveau analogique de tension élevée produit un courant réglé Ifb circulant dans une résistance Rp afin qu'il donne une tension proportionnelle au signal con- ditionné Vs. Le courant réglé Ifb passe alors en série dans un résistance R, qui a une valeur stable, pour la création d'une tension Vfb qui est ensuite traitée dans le circuit 48 de traitement pour produire un signal ayant des paramètres prédéterminés (par exemple une tension centrale d'environ 2,5 V, etc.). Le signal résultant, qui représente le courant circulant dans le moteur, est alors transmis par le circuit intégré 42. Un inconvénient du circuit représenté sur la figure 4 et décrit précédemment est qu'un courant important circulant dans le circuit 46 de décalage de niveau provoque une dissi- pation excessive d'énergie dans la pastille 42 du circuit intégré. Cette caractéristique peut être évitée par incorpo- ration de la résistance Rp en dehors de la pastille. Un autre inconvénient du circuit représenté sur la figure 4 est que le condensateur CBS qui transmet le courant Ifb peut s'appau- vrir très rapidement lorsque le courant est important. La variante du circuit représentée sur la figure 5 évite les problèmes précités. Le circuit de la figure 5 est analogue à celui de la figure 4, mis à part l'addition du circuit de présence 50 et du circuit échantillonneur-blo- queur ou d'absence 52. Le circuit de présence 50 (qui peut être réalisé d'un certain nombre de manières comme peuvent le noter les hommes du métier) permet la circulation du courant Ifb uniquement lorsque le transistor 54 du côté inférieur du circuit de l'organe de commande de moteur est à l'état conducteur. (L'état du transistor 54 placé du côté inférieur, c'est-à-dire l'état conducteur ou non conducteur, peut être facilement détecté de manière classique). Le circuit échantillonneur-bloqueur ou d'absence 52 échantillonne le niveau de tension aux bornes de la résis- tance R et conserve ce niveau pendant que le commutateur du côté inférieur ne conduit pas afin qu'une tension régulière de réaction soit transmise par exemple au circuit 48 de traitement postérieur. Par interruption de la circulation du courant Ifb lorsque le commutateur à transistor 54 du côté inférieur est non conducteur, la dissipation d'énergie dans la résistance Rp est rendue minimale et la charge du condensateur d'amorçage CBS est conservée. La figure 6 représente le circuit dans un second mode de réalisation de la présente invention, qui est essentiel- lement une réalisation numérique du premier mode de réali- sation. Comme dans le premier mode de réalisation, une chute de tension Vs créée aux bornes d'une résistance Rshnt est utilisée pour la détection du courant circulant vers un moteur par une ligne d'alimentation à haute tension dans un circuit à organe de commande de moteur. La haute tension négative aux bornes de la résistance Rshunt est traitée sous forme d'un signal de détection de courant par un circuit intégré 60 qui comprend un bloc 62 de conditionnement de signaux, un bloc 64 de conversion ten- sion-temps, un bloc 66 de décalage de niveau vers le bas, un bloc 68 de réception et un bloc 70 de reconstruction temps- tension. Plus précisément, dans le circuit du second mode de réalisation, la tension aux bornes de la résistance Rshut est d'abord transmise au bloc 62 de conditionnement de signaux du circuit intégré 60 comme dans le premier mode de réali- sation. Le signal conditionné est transmis au bloc 64 de con- version tension-temps qui transforme le signal à haute tension ainsi conditionné en une série d'impulsions numé- riques représentatives de l'amplitude du signal de tension (par exemple par variation de la fréquence ou de la largeur des impulsions en fonction de l'amplitude de la tension). Les impulsions créées par le bloc 64 sont transmises au bloc 66 de décalage de niveau vers le bas qui transforme les impulsions d'un signal flottant référencé par rapport à Vs en un signal référencé par rapport à la masse, et transmet les impulsions transformées au bloc de réception 68 (circuit tampon). Les impulsions numériques sont alors transmises au bloc 70 de reconstruction temps-tension qui reconstruit le signal analogique représentatif du courant qui circule vers le moteur. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux circuits qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Circuit de détection de courant, caractérisé en ce qu'il comprend: un shunt résistif (Rshunt) destiné à être couplé, à une première extrémité, à la connexion d'une paire de tran- sistors (54, 56) placés d'un côté supérieur et d'un côté inférieur et qui forment un demi-pont et, à son autre extrémité, à une charge afin qu'une tension détectée aux bornes du shunt (Rshunt) soit proportionnelle au courant transmis à la charge, et un circuit de décalage de niveau (46) destiné à transposer un point de référence de la tension détectée à un noeud de potentiel inférieur dans le circuit, si bien qu'une tension de réaction est produite à partir de la tension détectée et peut être utilisée pour la commande de la commutation des transistors (54, 56) du demi-pont. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit (44) de conditionnement de signaux destiné à filtrer ou écrêter la tension détectée ou à lui ajouter une tension de décalage avant sa trans- mission au circuit de décalage de niveau (46). 3. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de décalage de niveau (46) comporte: un circuit de conversion destiné à transformer la tension détectée en un courant de réaction, et un circuit résistif ayant une première borne et une seconde borne, la première borne du circuit résistif étant couplée pendant le fonctionnement au noeud de potentiel inférieur et la seconde borne étant couplée pendant le fonc- tionnement au circuit de conversion, si bien que la tension de réaction est produite en fonction du courant de réaction. 4. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit (48) de traitement posté- rieur destiné à transformer la tension de réaction en une tension ayant une valeur centrale prédéterminée. 5. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de décalage de niveau (46) comprend un circuit d'autorisation qui permet la production de la ten- sion de réaction par le circuit de décalage de niveau (46) uniquement lorsque le transistor du côté inférieur (54) est à l'état conducteur. 6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit échantillonneur-bloqueur (52) destiné à échantillonner la tension de réaction lorsque le transistor du côté inférieur (54) est à l'état conducteur et qui produit une tension de sortie pratiquement égale à la tension échantillonnée de réaction lorsque le transistor du côté inférieur (54) est à l'état non conducteur. 7. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit (64) de conversion ten- sion-temps destiné à recevoir la tension détectée et à produire un signal intermédiaire qui comporte une série d'impulsions de tension qui sont représentatives de l'ampli- tude de la tension détectée. 8. Circuit selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit (64) de conversion tension-temps est destiné à produire au moins une fréquence variable ou une largeur variable d'impulsions comme signal intermédiaire. 9. Circuit selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (70) de conversion temps-tension destiné à reconstruire une version analogique de la tension détectée pour la production de la tension de réaction. 10. Circuit selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (44) de conditionnement de signaux destiné à filtrer ou écrêter la tension détectée ou à lui ajouter une tension de décalage avant sa transmission au circuit de conversion tension-temps.