Brevet FR2802703A1 — publié le 20010622

Etat de la technique La présente invention concerne une installation de sécurité pour protéger un consommateur électrique relié à un circuit électronique, comprenant une installation de sur- veillance pour déterminer un défaut de fonctionnement du cir- cuit et une installation de commande couplée à celle-ci pour commander au moins un interrupteur qui coupe la ligne d'alimentation du consommateur. On connaît une telle installation de sécurité par exemple selon le document DE 29 35 196 C2. L'installation de surveillance est constituée par un élément RC qui détecte le passage du courant dans une conduite d'alimentation d'un uti- lisateur. Le signal de sortie de l'élément RC commande une paire de contacts d'un relais de sécurité et selon certaines caractéristiques de fonctionnement, par exemple une trop forte intensité de courant dans la conduite d'alimentation, on interrompt le passage du courant à travers le consomma- teur. D'autres circuits de commande d'actionneur utilisent deux transistors de puissance branchés en série. On connaît ainsi par exemple des circuits qui commutent le courant d'alimentation d'un actionneur par deux transistors MOSFET se surveillant réciproquement. Si l'un des transistors de puis- sance est en panne et est par exemple conducteur en perma- nence, le second transistor de puissance peut couper le passage du courant. Un tel transistor aligné permet d'éviter les dommages résultant d'une commande défectueuse de l'ac- tionneur. L'inconvénient des solutions connues est que les circuits nécessaires à l'installation de sécurité sont impor- tants et de plus il faut des transistors de puissance coûteux ou des relais encombrants, ce qui augmente considérablement le coût de fabrication. En particulier pour des systèmes bon marché, on ne peut envisager de telles solutions. De plus au niveau des transistors de puissance, on rencontre des pertes sous la forme de chaleur dégagée. Ces pertes sont doublées par l'utilisation d'un second transistor de puissance servant de commutateur de protection (disjoncteur). Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet une installation du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que l'interrupteur comporte un élément d'allumage à déclenchement électrique prévu au voisinage de la ligne d'alimentation, et qui en cas de déclenchement coupe la ligne d'alimentation du consomma- teur. L'installation de sécurité selon l'invention per- met de manière très bon marché et néanmoins fiable, de couper la ligne d'alimentation d'un consommateur au cas o l'on constate un fonctionnement défectueux du circuit commandant le consommateur, pour assurer une interruption permanente. De façon avantageuse, la ligne d'alimentation du consommateur est coupée en cas de déclenchement, de manière fiable par un élément d'allumage déclenché électriquement, cet élément se trouvant au voisinage de la ligne d'alimentation. De façon avantageuse, l'élément d'allumage peut être une amorce comme celle utilisée par exemple dans les systèmes de retenue des passagers d'un véhicule automobile. Les amorces sont beaucoup moins coûteuses qu'un second tran- sistor de puissance et leur fiabilité n'est pas inférieure. En cas de déclenchement, la ligne d'alimentation du consomma- teur est coupée par explosion grâce à l'amorce. Selon un autre exemple de réalisation avantageux, un segment de la ligne d'alimentation voisin de l'amorce est fabriqué en une matière facilement combustible et l'amorce est en une matière inflammable contenant un agent oxydant. En cas de déclenchement, l'agent oxydant accélère la combustion, de sorte qu'après l'allumage de l'élément d'allumage (amorce), le segment combustible de la ligne d'alimentation brûle rapidement et coupe l'alimentation en courant. De manière avantageuse, un segment de la ligne d'alimentation voisin de l'élément d'allumage peut également être fabriqué en une matière à faible température de fusion et l'élément d'allumage peut comporter comme matières d'allumage un agent oxydant et un agent réducteur. La réac- tion chimique fortement exothermique en cas d'allumage de la matière inflammable et l'augmentation de température qui en résulte coupe alors l'alimentation électrique du consommateur par la fusion de la ligne d'alimentation à l'endroit prévu. Il est particulièrement avantageux que l'instal- lation de surveillance et l'installation de commande soient constituées par un commutateur électronique commun sur- veillant la tension appliquée à un transistor intégré à la ligne d'alimentation du consommateur et qu'en cas de défaut de fonctionnement du transistor provoquant une chute de ten- sion, on transmet un signal électrique à l'interrupteur qui déclenche l'élément d'allumage (amorce). Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels: * la figure 1 montre un schéma très simplifié d'un circuit comprenant un consommateur et une installation de sécurité selon l'invention, * la figure 2 montre un premier exemple de réalisation d'un interrupteur d'un circuit d'alimentation, * la figure 3 montre un second exemple de réalisation de l'interrupteur, * la figure 4 montre un troisième exemple de réalisation dans lequel l'interrupteur et le transistor de puissance sont intégrés dans un même composant, * la figure 5 montre un quatrième exemple de réalisation avec un fil de liaison susceptible d'être coupé par l'élément d'allumage. Description des exemples de réalisation La figure 1 montre un circuit 1 de commande d'un consommateur électrique 5 notamment d'un actionneur par exem- ple le démarreur d'un moteur de véhicule. Le circuit 1 peut être prévu par exemple sur une plaque de circuit intégré. Le consommateur 5 est relié par une ligne d'alimentation 10 à une alimentation 6 par exemple une batterie. Le circuit élec- tronique 2 commande un transistor de puissance 8 notamment un transistor MOSFET intégré dans la ligne d'alimentation 10. Dans l'exemple de réalisation présenté ici, le transistor de puissance 8 sert à commander le courant d'alimentation du consommateur 5. A la place du transistor de puissance, on peut également utiliser un autre composant électronique ou électrique par exemple un relais. En cas de défaillance du transistor de puissance 8, celui-ci se bloque de manière dé- finitive, c'est-à-dire devient conducteur et le consommateur recevra un courant de défaut, de forte intensité, ce qui peut provoquer des dommages considérables. Pour cette raison, il est prévu une installation de sécurité protégeant le con- sommateur. L'installation de sécurité comprend un interrup- teur (disjoncteur) 7 prévu entre les segments 10a, lOb de la ligne d'alimentation 10 et dont l'actionnement coupe d'ali- mentation électrique du consommateur 5. L'interrupteur 7 est relié par des lignes de liaison 11 à une installation de commande électronique 3. Une installation de surveillance électronique 4 surveille la ten- sion appliquée aux contacts du transistor de puissance 8 re- lié à la ligne d'alimentation 10. Pour cela, l'installation de surveillance 4 est reliée par les lignes de liaison 12 au collecteur et à l'émetteur du transistor de puissance 8. Dans l'exemple de réalisation présenté ici, l'installation de sur- veillance 4 et l'installation de commande 3 sont intégrées dans une partie de circuit électronique 2 commune, qui com- mande en même temps le transistor de puissance 8. D'autres modes de réalisation sont également envisageables dans les- quels l'installation de surveillance est séparée géométrique- ment de l'installation de commande. En cas de défaut du transistor de puissance 8, lorsque celui-ci est bloqué à l'état passant ou est conducteur de manière permanente, la tension appliquée aux lignes de liaison 12 chute fortement. Cette situation est détectée comme défaut par l'installation de surveillance électronique 4. Un signal correspondant transmis à l'installation de commande 3 fait que celle-ci transmet à l'interrupteur 7 un signal électrique par les li- gnes de liaison 11 qui déclenchent un élément d'allumage in- tégré à l'interrupteur 7. Cet élément d'allumage peut être constitué par exemple par une amorce comme celles utilisées dans les systèmes de retenue des passagers de véhicule par exemple des tendeurs de ceinture ou des déclencheurs de cous- sins gonflables. Un développement avantageux de l'interrupteur 7 avec l'élément d'allumage est représenté à la figure 2. L'interrupteur 7 se compose d'un pont métallique 10c conduc- teur électrique relié par deux bornes 10a, 10b à la ligne d'alimentation 10. Le pont métallique 10c est dans le présent exemple constitué par une matière qui brûle facilement par exemple du magnésium. Au voisinage immédiat du pont métalli- que 10c se trouve un élément d'allumage 7a contenant comme agent d'allumage un agent oxydant. Comme agent oxydant, on utilise par exemple du permanganate de potassium. Un fil chauffant 13 relié aux lignes de liaison 11 est intégré dans la masse de matière d'allumage de l'élément d'allumage 7a. Pour déclencher l'élément d'allumage 7a, on chauffe le fil chauffant 13 par une impulsion de courant et la chaleur ainsi fournie déclenche la matière d'allumage avec pour conséquence une réaction de combustion rapide du pont métallique 10c qui s'oxyde et coupe la ligne d'alimentation 10. Pour créer l'impulsion de courant, on peut utiliser par exemple un étage pilote. Dans un autre exemple de réalisation, le pont mé- tallique 10c en une matière à faible point de fusion par exemple en plomb. L'élément d'allumage 7a contient dans ce cas un mélange formé d'un agent réducteur approprié et d'un agent oxydant qui à l'allumage provoqué dans le fil chauffant 13 produisent une réaction chimique fortement exothermique; celle-ci fait fondre très rapidement le pont métallique. On peut également envisager d'autres exemples de réalisation dans lesquels l'élément d'allumage est une cap- sule contenant une faible quantité d'un explosif comme par exemple du TNT; en cas de déclenchement, cette masse explose et coupe la ligne d'alimentation Dans un exemple de réalisation, il est prévu de constituer l'interrupteur 7 comme un composant SMD 15 (compo- sant installé en surface) comme le montre la figure 3. Le composant 15 comporte les éléments de contact 10e, 10f reliés aux extrémités 10a, 10b de la ligne d'alimentation 10. Le pont métallique 10c est relié aux éléments de contacts 10e, f. Les deux autres éléments de contact l1a, llb sont reliés au branchement 11 du fil chauffant 13 qui est noyé à l'intérieur du composant 15 dans l'élément d'allumage 7a. Le composant 15 peut être un composant SMD installé sur une pla- que de circuit imprimé. La figure 4 montre un autre exemple de réalisa- tion. Dans cet exemple de réalisation, il est prévu d'installer le montage de la figure 2 avec un transistor de puissance 8 dans un boîtier 16 d'un composant électri- que/électronique. Pour cela, on relie la borne 10f de l'interrupteur 7 par un fil de liaison 17 au transistor de puissance 8. L'autre borne 10e est sortie du boîtier 16 comme les branchements de l'élément d'allumage 7a. Les deux autres branchements non représentés du transistor de puissance 8 sont également mis en contact à l'extérieur du boîtier 16. Dans l'exemple de réalisation représenté à la fi- gure 5, il est prévu un composant avec un boîtier 18 dans le- quel un élément de contact 10e est mis en contact à l'extérieur par l'intermédiaire d'un fil de liaison 17 avec le branchement de sortie de forte intensité du transistor de puissance 8. L'autre branchement de forte intensité non re- présenté du transistor de puissance 8 et l'élément de contact e sont reliés aux bornes 10a, lOb de la ligne d'alimentation. L'élément d'allumage lOa de cet élément de réalisation est prévu au voisinage du fil de liaison 17. En cas de déclenchement de l'élément d'allumage 7a par les li- gnes de liaison 11, la liaison entre le fil 17 et l'élément de contact 10e se coupe, ce qui ouvre l'alimentation électri- que du consommateur. L'installation de sécurité présentée ici n'est pas limitée à la surveillance de l'aptitude au fonctionnement d'un transistor de puissance. L'installation de sécurité peut bien plus s'appliquer à un nombre quelconque de circuits pour qu'en cas de défaut de fonctionnement déclencher une réaction chimique de la matière d'allumage à l'aide de l'élément d'allumage pour couper le consommateur de l'alimentation électrique. R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Installation de sécurité pour protéger un consommateur électrique (5) relié à un circuit électronique (1), compre- nant une installation de surveillance (4) pour déterminer un défaut de fonctionnement du circuit et une installation de commande (3) couplée à celle-ci pour commander au moins un interrupteur (7) qui coupe la ligne d'alimentation (10) du consommateur (5), caractérisée en ce que l'interrupteur (7) comporte un élément d'allumage (7a) à dé- clenchement électrique prévu au voisinage de la ligne d'alimentation (10), et qui en cas de déclenchement coupe la ligne d'alimentation (10) du consommateur. 2 ) Installation de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément d'allumage (7a) est une amorce. 3 ) Installation de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' un segment (0lc) de la ligne d'alignement (10) voisin de l'élément d'allumage (7a) est fabriqué en une matière de com- bustion facile et l'élément d'allumage (7a) contient un agent d'oxydant comme matière d'allumage. 4 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' un segment (10c) de la ligne d'alimentation voisin de l'élément d'allumage (7a) est une matière à bas point de fu- sion et l'élément d'allumage (7a) contient un agent oxydant et un agent réducteur comme matières d'allumage. ) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en que l'installation de surveillance (3) et l'installation de com- mande (4) sont formées par une partie de circuit électronique (2) qui surveille la tension appliquée à un transistor (8) du circuit (1) et en cas de défaut de fonctionnement du transis- tor (8) provoquant une chute de tension aux bornes du tran- sistor, l'interrupteur (7) reçoit un signal électrique pour déclencher l'élément d'allumage (7a).5