Brevet FR2823034A1 — publié le 20021004

contact avec une plaque conductrice (6). La présente invention concerne un dispositif de diagnostic d'un circuit d'étage de puissance comportant au moins une charge com- mutée par au moins un commutateur d'étage de puissance, avec un com- mutateur de diagnostic branché en parallèle sur le commutateur de l'étage s de puissance. Le doeument DE-A43 16185 décrit un circuit d'étage de puissance. En fonction d'une tension détectée dans un chemin de com- mutation d'un transistor d'étage de puissance, on réduit ou le cas échéant on coupe totalement la tension de commande du transistor formant l'étage o de puissance, pour protéger ce transistor contre une surcharge thermique. Le document DE-A 198 54 821 décrit un ctrcuit d'étage de puissance comportant un transistor d'étage de puissance et en parallèle à celui-ci un transistor de diagnostic. Ce dernier intègre une protection de surcharge et une sortie de diagnostic de surcharge, intégrées. Le transis s tor de diagnostic est commandé par les pointes de tension, inductives, qui se produisent le cas échéant lors de la commutation du transistor de l'étage de puissance. Une commutation fréquente du transistor de diag- nostic conduit à son échauffement et après dépassement d'un seuil in- terne, la sortie de diagnostic signale cette situation à un ctrcuit de o traitement de signal. La présente invention a pour but de développer un dispositif de diagnostic d'un circuit formant un étage de puissance, permettant avec des moyens économiques, d'assurer la protection d'un transistor d'étage de puissance contre toute surcharge. s A cet effet, l'invention concerne un dispositif du type déflni cidessus, caractérisé par un montage de traitement de signal qui, après l'arrivée d'un signal de commutation fournit un premier signal de com mande (UBase) pour brancher le commutateur de diagnostic, et de plus, un comparateur qui compare une mesure de la tension (U du commu tateur d'étage de puissance à une valeur de seuil (US) prédéterminée, et en fonction du résultat de la comparaison, un second signal de commande (UPorte) pour brancher le branchement du commutateur de l'étage de puissance est fourni ou empêché. Avantages de l' invention ss Le dispositif selon l'invention de diagnostic d'un ctrcuit d'étage de puissance comporte un commutateur d'étage de puissance par exemple un transistor pour commuter une charge. En parallèle au com mutateur de l'étage de puissance, on a un commutateur de diagnostic par exemple un transistor. Un montage de traitement de signal détermine la présence d'un signal de commutation destiné à commuter le transistor de l'étage de puissance et de brancher ainsi la charge. Après l'arrivée du si gnal de commutation, le montage de traitement de signal fournit un pre s mier signal de commande pour brancher le commutateur de diagnostic. Un comparateur compare la tension ou au moins une mesure de la ten sion du commutateur de l'étage de puissance à un seuil prédéterminé. Suivant le résultat de la comparaison, on génère ou on neutralise un se cond signal de commande pour brancher le commutateur de l'étage de o sortie. Le dispositif selon l'invention permet de détecter un état non autorisé de la charge comme par exemple un court-circuit. Un avan tage important du dispositif selon l'invention réside dans la réalisation économique qui offre notamment des avantages de coût pour une produc s tion en série. Une première réalisation avantageuse de l'invention prévoit que le signal de commutation qui déclenche le diagnostic est pris de la tension du commutateur de l'étage de puissance. Comme la tension du commutateur de l'étage de puissance doit de toute façon étre détectée, o cela se traduit par une réalisation économique. Un autre développement avantageux prévoit d'utiliser le signal de commutation qui est produit par un interrupteur actionné par un utilisateur. Un développement avantageux prévoit que le premier signal de commande qui branche le commutateur de diagnostic soit limité à une s première durée prédéterminée. Ce moyen évite toute surcharge de l'interrupteur de diagnostic en cas de défaut dans la charge, par exemple un court-ctrcuit. De façon avantageuse, le commutateur de diagnostic est un transistor bipolaire, de sorte que la limitation de l'intensité se fait avec la résistance de base et/ou une résistance de réaction dans le circuit émet teur-collecteur. Un développement avantageux prévoit une mémoire de si gnal analogique qui enregistre la tension produite sur le commutateur de l'étage de puissance pour comparer cette tension ultérieurement. 3s Selon un développement avantageux, la mémoire de signal analogique est un condensateur qui se décharge de préférence par l'intermédiaire d'un transistor pendant une première durée. Un développement avantageux prévoit que la charge se compose de deux parties branchées en série et que le commutateur de l'étage de puissance soit relié à la prise médiane des deux parties de la charge. Les parties de charge sont par exemple des électro-aimants faisant s partie d'un moteur d'actionneur. Lorsque le commutateur de l'étage de puissance est coupé, dans cette réalisation, les deux parties de charge sont branchées en série et lorsque le commutateur de l'étage de puissance est branché, on court-circuite une partie de la charge. Le ctrcuit de l'étage de puissance peut alors être réalisé pour que la force électromagnétique o puisse étre augmentée pendant une durée prédéterminée pendant laquelle doit se produire une opération de réglage. Ensuite, l'actionneur doit assu- rer une fonction de maintien. Une application possible est celle d'un pro- jecteur de véhicule automobile dans lequel l'actionneur permet de commuter entre les feux de route et les feux de croisement. s La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de dispositifs de diagnostic de l'étage de puissance selon l'invention représenté schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 montre un schéma d'un dispositif de diagnostic d'un étage o de puissance, - les figures 2a-2e montrent les chronogrammes en des points du dispo sitif de la figure 1. La figure 1 montre une source d'énergie 10 reliée à la masse électrique 11. La source d'énergie 10 fournit une tension de fonctionne 2s ment Ubat. Cette tension est appliquée par un interrupteur 12 à une pre- mière charge 13; cette charge est en série avec une seconde charge 14; la seconde charge 14 est reliée à la masse 11 du ctrcuit. Un montage de traitement de signal 15 reçoit un premier signal de commutation 16 transmis par l'interrupteur 12. Le montage de traitement de signal 15 reçoit en outre un second signal de commutation 17 fourni par un premier comparateur 18 ainsi qu'un troisième signal de commutation 19 fourni par un second comparateur 20. Le montage de traitement de signal 15 fournit un premier signal de commande UBase à un interrupteur de diagnostic 21 ainsi qu'un 3s second signal de commutation UPorte à un commutateur d'étage de puis- sance 22. Le commutateur d'étage de puissance 22 relie une prise médiane 23 reliée aux deux charges 13, 14 et la masse 11. La prise mé diane 23 est à une tension UT. La prise médiane 23 est en outre reliée au premier comparateur 18, à un premier branchement de chemin de com mutation 24 de l'interrupteur de diagnostic 21 ainsi qu'à un branchement de commande 25 d'un transistor de commutation 26. s Le premier signal de commande UBase est appliqué par l'intermédiaire d'une résistance de limitation de courant 27 à une borne de commande 28 du commutateur de diagnostic 21; le second branche ment 29 de ce commotateur est relié par une résistance de réaction 30 à la masse 11. o Une première borne 31 du chemin de commutation du transistor de commutation 26 est reliée à un condensateur de stockage C auquel est relié le second comparateur 20 ainsi qu'une résistance de charge R. Une seconde borne de chemin de commutation 32 du transistor de commutation 26 est reliée comme le condensateur de stockage C à la masse 11 du circuit. Le premier comparateur 18 compare la tension UT du commutateur de l'étage de puissance 22 à une tension de seuil prédéter minée US et fournit en fonction du résultat de la comparaison, le second signal de commutation 17; le second comparateur 20 reçoit la tension UC o du condensateur accumulateur C pour la comparer à la tension de seuil US; en fonction du résultat de la comparaison, ce comparateur émet un troisième signal de commutation 19. La figure 2a montre le premier signal de commutation 16 en fonction du temps (t). A un premier instant T1, on rencontre le premier signal de commutation 16 qui se termine à un cinquième instant T5. La fgure 2b montre le premier signal de commande UBase en fonction du temps (t). Le premier signal de commande UBase se produit au second instant T2 et se termine au troisième instant T3. La figure 2c montre le second signal de commande UPorte so en fonction du temps (t). Ce second signal de commande UPorte se produit au troisième instant T3 et se termine au quatrième instant T4. La figure 2d montre la tension UT du commutateur de l'étage de puissance 22 en fonction du temps (t). Au premier instant T1, la tension UT passe à un premier niveau UM qui se produit lors de la cou s5 pure du commutateur d'étage de puissance 21, de sorte que les deux charges 13, 14 sont branchées en série. Au second instant T2, la tension UT passe à une tension résiduelle UCES entre la première borne du che min de commutation 24 et le second branchement de chemin de commu s tation 29 du commutateur de diagnostic 21. Au troisième instant T3, la tension UT passe à une tension résiduelle UDSS. A l'instant T4, la tension UT revient à la première amplitude UM et séJourne à cette amplitude jus qu'au cinquième instant T5 auquel la tension revient à zéro. s La figure 2e montre la tension UT du commutateur d'étage de puissance 22 en cas de défaut. La tension UT passe au premier instant T1 à la tension de fonctionnement UBat et reste à ce niveau de tension jusqu'à ce qu'au cinquième instant T5 la tension UT revient de nouveau à zéro. En cas de défaut, l'interrupteur d'étage de puissance 22 est branché 0 entre T3 et T4. Les figures 2d et 2e montrent la tension de seuil US appli quée aux deux comparateurs 18, 20. Le dispositif de diagnostic de l'étage de puissance selon l'invention fonctionne de la manière suivante: s La tension de fonctionnement UBat de la source d'énergie est appliquée par l'interrupteur 12 aux charges 13, 14 branchées en série. Après l'actionnement de l'interrupteur 12, au premier instant T1, on a le premier signal de commotation 16 représenté à la figure 2a. L'ouverture de l'interrupteur 12 pour couper les charges 13, 14 se produit o au cinquième instant T5. Les deux charges 13, 14 sont par exemple des électro aimants faisant partie d'un moteur d'actionneur non représenté en détail. La répartition de la charge en une première et une seconde charges 13, 14 permet de prédéterminer deux forces différentes, la force la plus grande s étant utilisée pour l'opération d'actionnement et la force la plus petite pour retenir l'actionneur dans une position prédéterminée. La force la plus petite est produite lorsque la première et la seconde charges 13, 14 sont branchées en série, le commutateur d'étage de puissance 22 étant coupé. Une réalisation avantageuse prévoit que la force fournie par la première charge 13 est plus grande que celle fournie par la seconde charge 14. Lorsqu'on branche le commutateur de l'étage de puissance 22, on court circuite la seconde charge 14 et la première charge 13 est alors reliée di rectement à la masse 11 du ctrcuit. Dans cet état de fonctionnement, on dispose d'une force plus importante par exemple pour une opération 3s d'actionnement. Le commutateur de fin de course 22 est de préférence un transistor et notamment un transistor à effet de champ MOS. Un court ctrcuit dans la première charge 13 ou un événement qui aboutirait d'une autre manière à une forte intensité risque de détruire le commutateur d'étage de puissance 22 notamment s'il s'agit d'un transistor à effet de champ MOS. Le dispositif selon l'invention prévoit un diagnostic pour comparer la tension UT produite au niveau du commutateur de puissance 22 ou une mesure de la tension UT lorsque le commutateur d'étage de puissance 22 est coupé, pour comparer cette tension à un seuil prédéter- miné US. Le montage de traitement de signal 15 reçoit l'information o que le commutateur d'étage de puissance 22 doit étre fermé; cette infor- mation correspond par exemple à l'envoi d'un premier signal de commu- tation 16 produit par l'actionnement de l'interrupteur 12 à l'instant T1. Une autre possibilité de détecter le souhait de branchement consiste à ex- ploiter la tension UT du commutateur d'étage de puissance 22 à l'aide du s premier comparateur 18. On décrira tout d'abord le cas de la première charge 16 fonctionnant sans défaut. Après un premier instant T1, on a le premier signal de commutation 16 et en méme temps la tension UT du commuta- teur d'étage de puissance 22 selon la figure 2d passe au premier niveau UM. Le premier niveau UM résulte de la division de la tension par les ré- sistances internes des deux charges 13, 14, la tension apparaissant sur la prise médiane 23 à laquelle est relié le commutateur d'étage de puissance 22. On détecte l'état de branchement du commutateur d'étage de puis- sance 22 au premier instant T1 par l'apparition du premier signal de commutation 16 ou par la tension UT qui dépasse la tension de seuil US. Le premier comparateur 18 fournit à la suite le second signal de commu- tation 17. A la fois le montage de traitement de signal 15 et les compa- rateurs 18, 20 sont réalisés de préférence sous la forme de microproces seurs. Le rôle des deux comparateurs 18, 19 est assuré chaque fois par un port d'entrée du microprocesseur; la tension de seuil US est la tension de seuil des ports du microprocesseur. Dans l'exemple de réalisation, pour les deux comparateurs 18, 20, on prévoit la méme tension de seuil US. Ensuite, le montage de traitement de signal 15 selon la fi s5 gure 2b applique le premier signal de commande UBase au ctrcuit de diagnostic 21. Le commutateur de diagnostic 21 est avantageusement un transistor de préférence un transistor bipolaire. L'avantage le plus impor- tant de cette solution est que la résistance de limitation d'intensité 27 peut limiter à une valeur donnée l'intensité du courant traversant le tran sistor 21 par la résistance de limitation de courant 27 reliée à la borne de commande 28; cette valeur prédétermince correspond au moins approxi mativement au courant passant dans le branchement de commande 28 s multiplié par le coefficient d'amplification de courant du transistor. Un autre moyen pour limiter le courant est donné par la résistance de réac tion 30 branchée entre le second branchement du chemin de commuta tion 29 et la masse de circuit 11. La résistance de réaction 30 stabilise le point de fonctionnement du transistor 21 en diminuant le courant passant o par la borne de commande 28 vers le second branchement du chemin de commotation 29 du fait de l'augmentation de la chute de tension sur la résistance de réaction 30 lorsque le courant augmente. Dans l'hypothèse d'une première charge 13 fonctionnant correctement, on aura au second instant T2 selon la figure 2d, la tension s de l'interrupteur de diagnostic 21 qui descend à la tension résiduelle UCSS; cette tension résiduelle correspond au branchement de l'interrupteur de diagnostic 21. La chute de la tension UT en dessous de la tension de seuil US est détectée par le premier comparateur 18 qui fournit le second signal de commutation 17. Du fait du passage sous le seuil de tension US dans les conditions normales, le montage de traitement de signal 15 fournit le se cond signal de commande UPorte au commutateur d'étage de puissance 22 au troisième instant T3 qui branche ainsi le commutateur d'étage de puissance 22 et ainsi complètement la première charge 13. La seconde 2s charge 14 est court-circuitée à cet instant par le commutateur d'étage de puissance 22 qui est mis en route. Pendant l'application du second signal de commande UPorte selon la figure 2c, le commutateur d'étage de puis sance 22 tire la tension UT à la tension résiduelle UDSS représentée à la figure 2d; cette tension se produit sur un commutateur d'étage de puis sance 22 à l'état branché. Une réalisation avantageuse prévoit de limiter le second signal de commande UPorte dans le temps et de l'appliquer seule ment pendant une seconde durée correspondant à la différence de temps entre le troisième et le quatrième instants T4-T3. Dans la mesure o les charges 13, 14 font partie du moteur d'actionneur évoqué ci-dessus, ce 3s moyen permet d'éviter la surcharge de l'entraînement. Un autre avantage intéressant réside dans la protection supplémentaire du commutateur d'étage de puissance 22 par rapport à une élévation de température à long terme. Au quatrième instant T4, le montage de traitement de signal 15 termine l'état passant du commutateur d'étage de puissance 22 en cou pant la seconde tension de commande Uporte. Au quatrième instant T4, la tension UT revient de nouveau à la première valeur UM. Cet état se ter mine à l'instant T5 et on ouvre alors l'interrupteur 12. s Le comportement en cas de défaut dans la première charge 13 sera décrit ci-après: Un défaut dans la première charge 13 correspond par exemple à une liaison faiblement ohmique ou à un court-circuit dans la première charge 13. En branchant le commutateur de l'étage de puissance o 22, une surintensité produite à ce moment pourrait détruire ce commu tateur 22. Après l'actionnement de l'interrupteur 12, le montage de trai tement de signal reconnaît par l'apparition du premier signal de commutation 16 ou par l'apparition du second signal de commutation 17 que l'on veut brancher le commutateur de l'étage de puissance 22. La ten s sion UT au premier instant T1 en cas de court-circuit dans la première charge 13 passe à la tension de fonctionnement UBat de la source d'énergie 10. Dans la mesure o il n'y a pas de court-circuit mais un état à faible résistance ohmique dans la première charge 13, la tension UT est à une valeur faible correspondante. Mais cette valeur est toujours supé o rieure à la première amplitude UM qui se produit pour une première charge 13 correcte. Le montage de traitement de signal 15 produit ensuite au second instant T2, l'émission du premier signal de commande UBase pour brancher le commutateur de diagnostic 21. En cas de défaut, le commutateur de diagnostic 21 ne peut pas tirer la tension UT sous la ten s sion de seuil prédéterminée US. On évite la destruction du transistor bi polaire prévu comme commutateur de diagnostic 21 par un courant de niveau excessif grâce à la résistance de limitation d'intensité 27 et/ou par la résistance de réaction 30 prévue éventuellement. Le premier comparateur 18 ne fournit pas de second signal de commutation 17 après le second instant T2, de sorte que le montage de traitement de signal 15 reconnaît la présence d'un défaut. L'application du second signal de commande UPorte pour débloquer le commutateur d'étage de puissance 22 est neutralisée dans ce cas. On évite ainsi la des truction du commutateur d'étage de puissance 22. L'état de fonctionne 3s ment dans on lequel on est arrivé, reste jusqu'à l'instant T5. A ce moment l'interrupteur 12 est de nouveau ouvert. La première durée qui correspond à la différence entre les instants T3-T2 pendant laquelle on dispose du premier signal de com mande UBase est avantageusement courte et se situe par exemple dans le domaine de la microseconde. Ce moyen évite d'une part une élévation de température dans le commutateur de diagnostic 21 en cas de défaut. D'autre part, il réduit le temps nécessaire au diagnostic. Dans la mesure o le montage de traitement de signal 15 est réalisé par un microprocesseur dans lequel les ports d'entrée assurent la fonction des comparateurs 18, 20, du fait de la charge de travail du montage de traitement de signal 15 par d'autres tâches non détaillées ici, il peut arriver que pendant la courte période entre le second et le troisième o instants T2, T3, le port d'entrée correspondant ne soit pas interrogé. Selon un développement de l'invention, il est prévu un autre transistor de commutation 26 avec le condensateur accumulateur C et la résistance de charge R ainsi que le second comparateur 20. Le transistor de commutation 26, le condensateur C et la résistance de charge R for is ment ensemble une mémoire de signal analogique qui fournit la tension UT ou une mesure de la tension UT même après le troisième instant T3 comme tension de condensateur UC. La borne de commande 25 du tran sistor de commutation 26 est reliée à la prise médiane 23 qui fournit la tension UT. Lorsque le transistor de commutation 26 est coupé l'intermédiaire de la résistance de charge R avec le commutateur 12 fermé, le condensateur 5 accumulateur est chargé à la tension de fonctionne ment UBat. Le commutateur de diagnostic 21 est branché après l'arrivée du premier signal de commutation 16. Dans ces conditions, tant que le commutateur de diagnostic 21 tire la tension UT sous le seuil de tension 2s US, le transistor de commutation 26 s'enclenche et le condensateur de stockage C se décharge brusquement. La tension UC du condensateur de charge C se situe ainsi également sous la tension de seuil US, de sorte que le second comparateur 20 fournit le troisième signal de commutation 19. Grâce à l'effet de mémoire du condensateur de stockage C, la tension UC du condensateur même après le troisième instant T13 lorsque la première charge 13 est dans un état correct, passe en dessous de la tension de seuil US, de sorte que le montage de traitement de signal 15 peut encore après le troisième instant T3 constater le bon fonctionnement à l'aide du troisième signal de commutation 19 du second comparateur 20. Lorsque 3s le transistor de commutation 26 est coupé après le troisième instant T3, la tension UC aux bornes du condensateur augmente, si bien que la cons tante de temps qui en résulte sera fixée par la résistance de charge R. La tension UC aux bornes du condensateur ne correspond pas à la tension UT sur la prise médiane 23 de l'étage de puissance 22, mais elle repré- sente au minimum une mesure permettant de détecter si la tension UT se trouve sons le seuil de tension US. REVENDICATIONS 1 ) Dispositif de diagnostic d'un circuit d'étage de puissance comportant au moins une charge (13, 14) commutée par au moins un commutateur d'étage de puissance (22), avec un commutateur de diagnostic (21) bran ché en parallèle sur le commutateur de l'étage de puissance (22), caractérisé par un montage de traitement de signal (15) qui, après l'arrivée d'un signal de commutation (16, 17) fournit un premier signal de commande (UBase) pour brancher le commutateur de diagnostic (21), et o de plus, un comparateur (18, 20) qui compare une mesure de la tension (UT) du commutateur d'étage de puissance (22) à une valeur de seuil (US) prédéterminée, et en fonction du résultat de la comparaison, un second signal de commande (UPorte) pour brancher le branchement du commutateur de l'étage de puissance (22) est fourni ou empéché. 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de commutation (17) est déduit de la tension (UT) sur le commu tateur d'étage de puissance (22). 3 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de commutation (16) est produit par un interrupteur (12). 4 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier signal de commande (UBase) est limité à une première durée prédéterminée (T3 - T2). ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le commutateur de diagnostic (21) est un transistor bipolaire. 6 ) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la borne de commande (28) du commutateur de diagnostic (21) comporte une résistance de limitation d'intensité (27) et/ou une seconde borne de chemin de commutation (29) du commutateur de diagnostic (21) comporte une résistance de réaction (30). 7 ) Dispositif selon la revendication 1, s caractérisé en ce que le commutateur d'étage de puissance (22) est un transistor à effet de champ MOS. 8 ) Dispositif selon la revendication 1, o caractérisé en ce que la charge contient une première et une seconde parties de charge (13, 14) branchées en série l'une par rapport à l'autre et le commutateur de l'étage de puissance (22) est relié à la prise médiane (23) des deux parties de charge (13, 14). 9 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second signal de commande (UPorte) est limité à une seconde durée prédéterminée (T4 - T3). ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par une mémoire de signal analogique (26, C, R) pour mémoriser une mesure de la tension (UT) sur le commutateur d'étage de puissance (22). 2s 11 ) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la mémoire de signal analogique (26, C, R) est un condensateur (C) qui se décharge pendant une première durée (T3 - T2) par un transistor de com mutation (26). 12 ) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par un comparateur (20) pour comparer la tension (UC) de la mémoire de si 3s gnal analogique (26, C, R) à une tension de seuil prédétermince (US). 13 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux parties de charge (13, 14) sont des électro-aimants.