Brevet FR2843348A1 — publié le 20040213

L'invention concerne un circuit de protection, notamment pour une protection vis-à-vis des surtensions d'une commande électronique pour véhicule automobile et un procédé de mise en oeuvre du circuit de protection. Pour empêcher des défauts de fonctionnement ou une détérioration d'un 5 microprocesseur, il est nécessaire de limiter les signaux appliqués à des entrées de signal et des entrées de tension du microprocesseur. Une mesure prise pour limiter les signaux d'entrée, qui est connue de la demanderesse, est ce qu'il est convenu d'appeler un "verrouillage" (clamping) des signaux. A cet effet, comme représenté à la figure 2, une entrée d'un microprocesseur 10 est reliée par l'intermédiaire d'une première diode (D1) à la tension (VCC) alimentant le microprocesseur. Dans ce cas, l'anode de la diode est reliée à l'entrée. Une seconde diode (D2), qui est reliée par sa cathode à l'entrée, est mise à la masse par son anode. De cette manière, la tension d'entrée maximale est égale à la somme de la tension d'alimentation et d'une tension de seuil de la diode respective. Le courant 15 électrique passant dans l'entrée du microprocesseur est limité au moyen d'une résistance. Un inconvénient de cet agencement de circuit est que la tension d'alimentation du microprocesseur s'accroît dès que celui-ci se trouve dans un mode inactif et ne peut plus utiliser le courant introduit par l'intermédiaire du circuit de protection. Il est également connu de la demanderesse de compléter cet agencement de circuit au moyen d'une diode Zener (D3) qui est connectée entre la masse et la tension d'alimentation (VCC) (comme représenté à la figure 2 par une ligne en trait interrompu). La diode Zener (D3) devient conductrice dès qu'une tension de seuil est dépassée. Cela permet d'empêcher une élévation de la tension d'alimentation (VCC). 25 Toutefois, du fait des tolérances de tension souvent étroites d'un microprocesseur, il n'est la plupart du temps pas possible d'utiliser une diode Zener (D3), étant donné que, du fait des seuils de tension préfixés, soit il passe un courant de repos considérable, soit la tension n'est plus limitée dans une fourchette de tension de fonctionnement admissible. Un troisième circuit de protection d'un microprocesseur, connu de la demanderesse, est représenté à la figure 3. Dans cet agencement de circuit, un étage à transistor respectif est connecté en amont de chaque entrée du microprocesseur; cet étage à transistor, constitué d'un transistor (T5), d'une diode (D5) et de trois résistances (R5, R6 et R7), effectue une séparation de potentiel. Grâce à l'étage à 35 transistor, la tension à l'entrée du microprocesseur n'est jamais supérieure à la tension d'alimentation appliquée au microprocesseur. Il s'avère dans ce cas qu'un inconvénient réside dans le fait qu'en raison d'un montage de circuit pour chaque entrée, on doit utiliser un beaucoup plus grand nombre de composants et qu'également, chaque transistor doit lui-même être protégé d'une détérioration due à une surtension. On connaît (DE 197 42 391 Cl) un procédé et un dispositif permettant de protéger d'impulsions de surtension un ou plusieurs appareils de commande d'un véhicule automobile raccordés à un réseau de bord du véhicule automobile. Dans ce cas, une impulsion de surtension est détectée par un capteur et un ou plusieurs utilisateurs sont mis en circuit lorsqu'apparaît une telle surtension. De cette manière, 10 l'impulsion de surtension est abaissée rapidement et avant que sa valeur maximale soit atteinte et, ainsi, les circuits électroniques et appareils de commande contenus dans le véhicule sont protégés. Dans le dispositif connu, des utilisateurs extérieurs, tels que par exemple les feux de croisement, un éclairage d'espace intérieur, une installation de climatisation, un moteur de réglage ou un verrouillage central, sont 15 commandés afin de compenser une impulsion de surtension qui apparaît. L'invention a pour but de fournir un circuit de protection d'un microprocesseur et un procédé de mise en oeuvre du circuit de protection qui protègent un microprocesseur de surtensions d'une manière simple et fiable. Dans ce but, I'invention a pour objet un circuit de protection, permettant 20 notamment de protéger de surtensions une commande électronique d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur de tension, présentant une entrée et une sortie, qui, après application d'une tension extérieur, fournit une tension d'alimentation, une unité de commande qui est reliée électriquement à la tension d'alimentation et à la masse, une première unité de commutation, qui surveille 25 la tension extérieure et qui, lors du dépassement d'une valeur de seuil de tension préfixée, produit un signal de commande sur une entrée de l'unité de commande, et une seconde unité de commutation qui fait partie de l'unité de commande et qui, lors de l'apparition du signal de commande sur l'entrée, met en circuit au moins partiellement un ou plusieurs utilisateurs. Dans le même but, l'invention a également pour objet un procédé de mise en oeuvre d'un circuit de protection, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations de procédé suivantes: - une tension d'entrée d'un convertisseur de tension est surveillée par une unité de commutation, - si la tension dépasse une tension de seuil préfixée, un signal de commande est alors produit sur une entrée d'une unité de commande, à la suite de quoi l'unité de commande met en circuit au moins partiellement un ou plusieurs utilisateurs. Ainsi, le circuit de protection comprend une unité de commande, un convertisseur de tension et une unité de commutation. Le convertisseur de tension produit, à partir d'une tension extérieure, une tension d'alimentation intérieure qui alimente en énergie l'unité de commande. L'unité de commutation est reliée électriquement à une entrée de l'unité de commande. En fonction de la tension extérieure, dont la tension d'alimentation intérieure de l'unité de commande dépend directement ou indirectement, l'unité de commutation produit un signal de commande sur l'entrée de l'unité de commande. Lorsqu'une valeur de seuil préfixée est dépassée, un ou également plusieurs 10 utilisateurs sont mis en circuit au moins partiellement par le signal de commande produit par l'unité de commutation. L'utilisateur mis en circuit est alors alimenté en énergie par la tension d'alimentation intérieure. La consommation de courant intérieure croît, de sorte qu'une élévation de la tension d'alimentation intérieure est empêchée. Le circuit de protection conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - un utilisateur mis en circuit est l'unité de commande, celle-ci passant d'un mode de repos à un mode de fonctionnement, - la seconde unité de commutation met en circuit un autre utilisateur lorsqu'un 20 signal de commande est appliqué à l'entrée et que l'unité de commande se trouve déjà dans le mode de fonctionnement, - la première unité de commutation comprend un étage à transistor qui est reliée électriquement à l'entrée de l'unité de commande, - I'autre utilisateur est alimenté en énergie par le convertisseur de tension. Le procédé conforme l'invention peut aussi présenter l'une ou l'autre des particularités suivantes ou les deux. - lorsque la tension de seuil préfixée est dépassée, I'unité de commande passe d'un mode de repos à un mode de fonctionnement, - lorsque la tension de seuil préfixée est dépassée, un autre utilisateur est mis 30 en circuit à condition que l'unité de commande se trouve déjà dans le mode de fonctionnement et/ou que la tension surveillée le rende nécessaire. Ainsi, d'une manière avantageuse, I'unité de commande comporte un mode de repos et un mode de fonctionnement. Lorsque la tension extérieure dépasse la valeur de seuil, I'unité de commande passe alors d'abord du repos au mode de 35 fonctionnement. En ce qui concerne le mode de repos, il s'agit d'un mode dans lequel l'unité de commande présente un besoin d'énergie plus faible en comparaison du mode de fonctionnement. Si l'unité de commande se trouve déjà dans le mode de fonctionnement ou si 5 le passage du mode de repos au mode de fonctionnement ne suffit pas pour ramener la tension surveillée dans la fourchette de tension admissible, un autre utilisateur peut alors être mis en circuit au moyen d'une sortie du microprocesseur, cet utilisateur accroissant d'autant la consommation de courant du système. De cette manière, la consommation de courant de l'agencement de circuit est 10 accrue et la tension alimentant l'unité de commande est réduite. Cela empêche également que la tension d'alimentation atteigne un domaine de tension inadmissible. Il est aussi possible qu'au moyen d'autres sorties du microprocesseur, des informations concernant le dépassement d'un seuil de tension d'alimentation préfixé 15 soient transmises. Un exemple préféré de réalisation est exposé ci-après en détail en regard des dessins schématiques. On voit: à la figure 1, un circuit de protection conforme à l'invention, à la figure 2, un circuit de protection connu, à la figure 3, un autre circuit de protection connu. L'agencement de circuit représenté à la figure I comprend un microprocesseur 1 qui est relié électriquement à la sortie d'un convertisseur de tension 2 et est alimenté par celui-ci avec une tension d'alimentation VCC. Du côté entrée, le convertisseur de tension 2 est relié électriquement à une batterie non 25 représentée ayant une tension nominale de 12 volts. La batterie fournit une tension UBAT. Le microprocesseur 1 comprend une première entrée E1 et une seconde entrée E2, ainsi qu'une sortie A1. La première entrée E1 est reliée à une entrée de commande Sl par 30 l'intermédiaire d'un diviseur de tension constitué de deux résistances R1 et R2. Sur cette entrée de commande Sl, des signaux de commande extérieurs sont envoyés au microprocesseur 1. L'agencement de circuit comprend en outre une première diode D1 et une seconde diode D2. La première diode D1 est reliée par son anode à l'entrée E1 et par 35 sa cathode à la tension d'alimentation positive VCC. La seconde diode D2 est reliée par sa cathode à l'entrée E1 et par son anode à la masse. La seconde entrée E2 est mise à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R1 2. Par ailleurs, la seconde entrée E2 est reliée au collecteur d'un transistor T1 0. Le transistor T10 est ici un transistor pnp. La base du transistor T10 est reliée à la tension d'alimentation positive VCC du microprocesseur 1. L'émetteur du transistor 5 T10 est relié à la borne positive de la batterie non représentée par l'intermédiaire d'une diode D10 et d'une résistance R10. Une autre résistance Rll est disposée entre l'émetteur et la base du transistor T1 0. La sortie A1 du microprocesseur 1 est mis à la masse par l'intermédiaire d'un utilisateur RL. Si la tension appliquée à l'entrée de commande Sl dépasse une tension de seuil préfixée par la tension d'alimentation VCC et la tension de seuil des deux diodes D1 et D2, c'est, suivant que la tension de seuil est déplacée vers les valeurs positives ou vers les valeurs négatives, la diode D1 ou la diode D2 qui commute et évacue la surtension sur la tension d'alimentation VCC ou sur la masse. De ce fait, la tension 15 sur l'entrée E1 est limitée à une valeur préfixée par VCC, D1 et D2. Les diodes D1, D2 sont des diodes protectrices qui empêchent une détérioration du microprocesseur 1 par ce qu'il est convenu d'appeler un effet "verrouillage vers le haut" ("latch-up"). Si la tension d'entrée s'élève au-dessus d'une valeur de seuil, une diode canal-substrat située dans le microprocesseur 1 commence à conduire et inonde de ce fait le 20 substrat de porteurs de charge. Cela peut entraîner un court-circuit de la tension d'alimentation VCC et donc une détérioration du microprocesseur. Si la tension de batterie UBAT dépasse une valeur de seuil de tension USEUIL préfixée, le transistor T10 commute alors. La valeur de seuil de tension USEUIL est déterminée par un choix approprié du transistor T10 et de la diode D10. 25 Dans le cas présent, la valeur de seuil USEUIL est fixée à environ 18 volts. De cette manière, I'entrée E2 du microprocesseur passe d'un niveau bas à un niveau haut dès que la tension de batterie UBAT dépasse la valeur de seuil USEUIL préfixée. Les niveaux de tension sont définis comme suit: niveau bas: 0 volt niveau haut: 4, 95 volts En ce qui concerne l'entrée E2, il s'agit d'une entrée de "réveil" ("wakeup"). Le flanc qui se présente sur l'entrée E2 du microprocesseur 1 du fait du passage du niveau bas au niveau haut est interprété comme étant un signal de réveil. De ce fait, la réaction suivante est déclenchée dans le microprocesseur: si le microprocesseur se trouve en mode de repos, il passe en mode de fonctionnement, - si le microprocesseur se trouve déjà dans le mode de fonctionnement, un autre utilisateur RL est mis en circuit au moyen de la sortie A1. Les deux mesures ainsi prises permettent d'accroître la consommation de courant de l'agencement de circuit, de sorte que des pointes de tension sont compensées. Du fait du signal de réveil sur l'entrée E2, un oscillateur, ici non représenté, qui est hors circuit dans le mode de repos est mis en circuit. De ce fait, la consommation de courant du microprocesseur s'accroît, étant donné que, dans un composant CMOS, la consommation de courant dépend de la fréquence de commutation. La consommation de courant d'un microprocesseur 1 qui consomme 60 à pA en mode de repos, auquel il est fait appel à titre d'exemple, est élevée en mode de fonctionnement à une consommation de courant de 50 mA. La fourchette de tension admissible pour la tension d'alimentation VCC dépend des tolérances de tension admissibles des composants utilisés. Cette 15 fourchette de tension peut par exemple être comprise entre 4,7 et 5,2 V. Entre la sortie du convertisseur de tension 2 et la masse, il est prévu un condensateur C qui est destiné à lisser des pointes de tension rapides qui sont inférieures au temps de réaction du microprocesseur pour passer du mode de repos au mode de fonctionnement. En ce qui concerne l'autre utilisateur RL, il peut par exemple s'agir d'une résistance qui fait partie de l'agencement de circuit ou fait partie d'un appareil de commande qui est protégé d'une surtension par l'agencement de circuit. Un dépassement d'une tension de seuil qui est ainsi constaté peut également être utilisé pour d'autres fonctions. Il peut par exemple être utilisé pour mettre hors 25 circuit des étages terminaux ou des entrées qui sont sensibles aux surtensions. L'information indiquant qu'un seuil de tension déterminé a été dépassé peut également être envoyée à d'autres appareils de commande par l'intermédiaire d'un bus de véhicule et/ou être introduite dans un enregistreur de défaillances de diagnostic. REVENDICATIONS 1. Circuit de protection, permettant notamment de protéger de surtensions une commande électronique d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend: - un convertisseur de tension (2), présentant une entrée et une sortie, qui, 5 après application d'une tension extérieur (UBAT), fournit une tension d'alimentation (VCC), - une unité de commande (1) qui est reliée électriquement à la tension d'alimentation (VCC) et à la masse, - une première unité de commutation (T10, R10, D10), qui surveille la tension 10 extérieure (UBAT) et qui, lors du dépassement d'une valeur de seuil de tension (USEUIL) préfixée, produit un signal de commande sur une entrée (E2) de l'unité de commande (1), et - une seconde unité de commutation qui fait partie de l'unité de commande (1) et qui, lors de l'apparition du signal de commande sur l'entrée (E2), met en circuit au 15 moins partiellement un ou plusieurs utilisateurs. 2. Circuit de protection suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un utilisateur mis en circuit est l'unité de commande (1), celle-ci passant d'un mode de repos à un mode de fonctionnement. 3. Circuit de protection suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, 20 caractérisé en ce que la seconde unité de commutation met en circuit un autre utilisateur (RL) lorsqu'un signal de commande est appliqué à l'entrée (E2) et que l'unité de commande (1) se trouve déjà dans le mode de fonctionnement. 4. Circuit de protection suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première unité de commutation (T10, R10, D10) comprend 25 un étage à transistor qui est reliée électriquement à l'entrée (E2) de l'unité de commande (1). 5. Circuit de protection suivant l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que l'autre utilisateur (RL) est alimenté en énergie par le convertisseur de tension (2). 6. Procédé de mise en oeuvre d'un circuit de protection, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations de procédé suivantes: - une tension d'entrée (UBAT) d'un convertisseur de tension (2) est surveillée par une unité de commutation (T10, R10, D10), - si la tension (UBAT) dépasse une tension de seuil (USEUIL) préfixée, un 35 signal de commande est alors produit sur une entrée (E2) d'une unité de commande (1), à la suite de quoi l'unité de commande (1) met en circuit au moins partiellement un ou plusieurs utilisateurs. 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que, lorsque la tension de seuil (USEUIL) préfixée est dépassée, I'unité de commande (1) passe d'un mode de repos à un mode de fonctionnement. 8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que, lorsque la 5 tension de seuil (USEUIL) préfixée est dépassée, un autre utilisateur (RL) est mis en circuit à condition que l'unité de commande (1) se trouve déjà dans le mode de fonctionnement et/ou que la tension surveillée (UBAT) le rende nécessaire.