Brevet FR2857793A1 — publié le 20050121

L'invention concerne les circuits électroniques de commutation qui conviennent en particulier à la protection des composants électroniques contre les effets nuisibles des rayonnements ionisants. On sait que les armes nucléaires explosives produisent des impulsions de rayonnements ionisants (rayons X et gamma). Les composants électroniques irradiés peuvent donc subir une détérioration. Ce rayonnement a pour effet de produire un excès de paires électron-trou dans les 10 jonctions semi-conductrices P-N. Ces paires électron-trou donnent des photocourants qui s'écoulent dans les jonctions. Un photocourant suffisamment intense peut provoquer un "verrouillage" des éléments logiques, c'est-à-dire, que les signaux de sortie des circuits intégrés se fixent 15 automatiquement au même niveau de tension si bien que le circuit ne peut plus remplir la fonction prévue. Dans certaines circonstances, les photocourants peuvent être suffisamment intenses pour provoquer un grillage des composants. Des procédés connus pour réduire au minimum les effets des rayonnements nuisibles comprennent par exemple l'utilisation de détecteurs d'événements nucléaires couplés à une ou plusieurs formes de circuits de protection. Certains de ces procédés sont énumérés dans EDN, 22 août 25 1985, pages 133 à 140. Dans certaines circonstances, les composants peuvent être protégés contre un grillage par un photocourant intense par incorporation de résistances destinées à limiter le courant et qui diminuent la dissipation d'éner30 gie dans les composants. Ce procédé ne convient cependant pas toujours, surtout dans le cas des composants qui ont un courant de maintien de bascule qui est inférieur à leur courant normal de fonctionnement. Des détecteurs d'événements nucléaires (NED) de type 35 connu détectent une impulsion de rayonnement ionisant et créent eux-mêmes une impulsion de durée préréglée qui active par exemple un circuit d'alimentation en énergie à levier (naturellement, le détecteur NED et le circuit à levier doivent être insensibles au rayonnement à un certain degré). Le document précité, à la page 137, représente un 5 circuit à levier. Les circuits de ce type peuvent supprimer l'alimentation des composants électroniques soumis à une menace en un temps de 10 à 100 ms. Lorsque les composants ont repris leur état, de l'énergie peut être appliquée à nouveau. Le temps de remise 10 en état dépend de l'intensité de l'impulsion du rayonnement et du type des composants utilisés. Après que le circuit à levier a permis la nouvelle application d'énergie, un temps appréciable peut s'écouler avant que les composants électroniques ne fonctionnent à nouveau convenablement. Ce 15 retard est essentiellement dû au temps nécessaire au découplage des condensateurs qui doivent se recharger (ces condensateurs nécessitent aussi un temps déterminé pour se décharger évidemment, après la suppression de l'alimentation). Chaque circuit intégré comprend un système électronique auquel est normalement associé un condensateur de découplage (de 0,1 pF habituellement) connecté entre les conducteurs principaux d'alimentation, l'une de leurs fonctions étant d'empêcher que les crêtes de tension 25 présentes dans les lignes d'alimentation ne perturbent le fonctionnement normal des circuits intégrés. On considère le cas dans lequel le système électronique considéré fait partie d'un circuit de commande de guidage d'un engin qui vole à grande vitesse. Pendant le 30 temps compris entre l'apparition du "verrouillage" dû au rayonnement et le rétablissement de la tension totale appliquée aux circuits intégrés, le contrôle de l'engin a été perdu. Si cet intervalle de temps est trop grand, cette situation ne peut pas être corrigée même si tous les 35 circuits intégrés fonctionnent convenablement après l'alimentation à nouveau. Il est ainsi nécessaire de réduire encore le temps compris entre le verrouillage et la nouvelle application d'énergie par l'alimentation. L'invention a donc pour objet la réalisation d'un 5 circuit de protection contre le rayonnement qui permet le rétablissement des conditions normales de fonctionnement en un temps très court. Ainsi, dans le cas d'un engin, l'intervalle de temps pendant lequel le contrôle de l'engin est perdu est notablement réduit. L'invention concerne un circuit de commutation destiné à être connecté entre un composant électronique et une alimentation, le circuit comprenant un condensateur de découplage destiné à être connecté aux bornes d'entrée d'alimentation du composant électronique et un premier et 15 un second commutateur destinés à isoler le composant électronique et le condensateur de découplage par rapport à l'alimentation. Dans des conditions normales de fonctionnement, les deux commutateurs sont fermés, si bien que le composant 20 électronique reçoit de l'énergie de l'alimentation et permet au condensateur de découplage de relier les conducteurs principaux d'alimentation et donc de remplir sa fonction normale. L'ouverture des commutateurs peut être déclenchée 25 par le signal de sortie d'un circuit à détecteur NED connecté au circuit de protection. Grâce à ce second commutateur, le condensateur de découplage garde sa charge alors que l'alimentation du composant électronique est interrompue. Ainsi, lorsque le détecteur NED signale la 30 fermeture des commutateurs à nouveau pour la reprise du fonctionnement normal, il n'existe aucun retard pendant lequel le condensateur de découplage doit se recharger. Ainsi, l'intervalle de temps compris entre l'arrêt de l'alimentation et la reprise de l'alimentation est réduit 35 au minimum. De préférence, le premier et le second commutateur comprennent un premier et un second transistor NPN. Leur commutation peut être commandée par un troisième transistor NPN. Celui-ci peut lui-même être commuté à l'état conducteur par une impulsion provenant d'un circuit à détecteur NED. La sélection des transistors NPN à la place des transistors PNP présente l'avantage de permettre une réalisation plus simple du circuit. Comme l'indiquent clairement les descriptions des circuits qui suivent, les photocourants induits dans le troisième transistor après un 10 événement nucléaire facilitent l'effet voulu de mise à l'état conducteur de ce transistor. Les photocourants induits dans le premier transistor circulent sans aucun problème vers la masse grâce à l'action du troisième transistor. Les photocourants induits dans le second 15 transistor risquent donc seulement de réduire les performances du circuit lorsque le composant électronique considéré a un courant de verrouillage exceptionnellement faible, c'est-à-dire inférieur à son courant normal de fonctionnement. Dans ces conditions, l'invention donne une 20 solution à ce problème, décrite dans la suite. Le circuit peut alors être rendu pratiquement insensible au rayonnement. Le circuit de protection comprenant le premier, le second et le troisième transistor précité peut donc avoir 25 un fonctionnement satisfaisant sans déclenchement par un circuit à détecteur NED et peut autoriser un fonctionnement normal lorsque le rayonnement est tombé à un niveau suffisamment faible pour être inefficace. Cependant, l'incorporation d'un circuit à détecteur NED est préférable car elle 30 présente l'avantage de donner une durée variable d'impulsions de sortie, c'est-à-dire que le temps pendant lequel l'alimentation est interrompue peut être réglé. Il faut noter que, étant donné que le condensateur de découplage ne perd pas sa charge pendant l'arrêt de 35 l'alimentation, sa valeur n'a aucune relation avec le temps nécessaire au rétablissement du fonctionnement normal après que l'alimentation a repris. En conséquence, le condensateur de découplage peut avoir toute valeur utile en réalité comprise par exemple entre 0,01 DF et quelques centaines de microfarads. Eventuellement, un quatrième transistor monté en 5 parallèle avec le second peut être incorporé au circuit de protection afin qu'il permette la circulation d'un courant (alternatif) dans un sens ou dans l'autre dans le condensateur de découplage. Ceci présente l'avantage de permettre au condensateur de découpler des signaux indésirables avec 10 une plus grande efficacité. D'autres condensateurs peuvent être éventuellement incorporés au circuit de protection afin qu'ils reçoivent les courants indésirables qui peuvent circuler dans le second et le quatrième transistor pendant l'arrêt d'alimen15 tation. Ces courants indésirables auraient autrement tendance à décharger le condensateur de découplage et à transmettre un courant au composant électronique. Dans une variante ou en plus, ces courants indésirables peuvent être déviés par incorporation d'un trajet de faible impédance 20 placé en parallèle avec le condensateur de découplage et entre les conducteurs principaux d'alimentation. De préférence, le trajet de faible impédance est réalisé par une résistance et un transistor NPN supplémentaire montés en série. Ce transistor peut être connecté afin qu'il tolère 25 par lui-même le rayonnement et soit commuté à l'état conducteur en cas d'événement nucléaire. Ces circuits (qui comportent d'autres condensateurs et/ou un trajet de faible impédance) conviennent particulièrement bien aux composants électroniques qui ont des 30 courants de maintien de bascule exceptionnellement faibles qui sont inférieurs aux courants normaux de fonctionnement. La possibilité de la formation du trajet de faible impédance est particulièrement avantageuse lorsqu'elle est incorporée au circuit comprenant le quatrième transistor. On décrit maintenant certains modes de réalisation de l'invention, à titre purement illustratif et en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma d'un circuit illustrant le principe de l'invention; et les figures 2 à 5 sont des schémas de circuits d'autres modes de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, une alimentation 1 est connectée à un composant électronique 2 par un commutateur Sl. Un condensateur 3 de découplage et un commutateur S2 sont connectés aux bornes du composant 2 et entre les conducteurs principaux d'alimentation (V et la masse). s Dans les conditions normales de fonctionnement, les deux commutateurs sont fermés. Ainsi, de l'énergie est transmise aux composants et le condensateur de découplage empêche efficacement le transmission au composant 2 de toute interférence présente dans l'un ou l'autre conducteur 15 principal d'alimentation (V ou la masse). On suppose dans s cet exemple que la tension d'alimentation est égale à 5 V, c'est-à-dire qu'il existe une différence de potentiel de V aux bornes du condensateur 3. Lorsqu'un événement nucléaire se produit, les 20 commutateurs S1 et S2 sont ouverts (par un circuit externe décrit dans la suite). Ainsi, l'énergie transmise par le composant 2 est supprimée, mais il existe encore une différence de potentiel de 5 V qui est maintenue aux bornes du condensateur 3, son point de connexion avec le conduc25 teur principal d'alimentation V étant à 0 V (point A sur la figure 1) et son point de connexion avec le commutateur S2 (point B sur la figure 1) étant à - 5 V. Comme il n'existe aucun trajet de circulation de courant pour que le condensateur se décharge, il reste chargé pendant tout la 30 période d'arrêt d'alimentation. Lorsque les commutateurs Si et S2 se ferment à nouveau, le fonctionnement normal du composant 2 peut reprendre immédiatement, sans retard pendant lequel le condensateur de découplage devrait se recharger. Sur la figure 2, les commutateurs Sl et S2 de la figure 1 ont été réalisés sous forme de transistors NPN, TR1 et TR2 respectivement. Chaque transistor a une résistance associée de polarisation Ri et R2 respectivement. Le transistor TR1 doit être un dispositif à puissance élevée car il doit transmettre le courant de fonctionnement au composant électronique 2. Un troisième transistor TR3 et ses résistances associées de polarisation R3 et R4 sont utilisés pour la commande de la commutation des transistors TR1 et TR2. Le transistor TR3 est lui-même commandé par une impulsion de sortie d'un détecteur NED (non représenté). Ce détecteur 10 NED peut comprendre toute forme convenable de circuit de détection d'événements nucléaires. Comme on connaît ces circuits, on ne les décrit pas dans le présent mémoire. Le condensateur de découplage 3 peut avoir une valeur de 0,1 pF et les valeurs des résistances sont par 15 exemple celles qui sont indiquées sur la figure 2. Le circuit de protection de la figure 2 a une configuration qui permet la déconnexion d'alimentation du composant 2 lors d'une impulsion allant vers les valeurs positives et provenant du détecteur NED, cette impulsion 20 étant appliquée à la base du transistor TR3. Pendant le fonctionnement et dans des conditions normales, les transistors TR1 et TR2 conduisent et le transistor TR3 ne conduit pas. Après un événement nucléaire, une impulsion allant vers les valeurs positives 25 est appliquée à la base du transistor TR3. L'impulsion a pour effet de provoquer la conduction de ce transistor TR3. A la suite de la commutation du transistor TR3 et de la consommation de courant de l'alimentation 1, les transistors TR1 et TR2 sont mis à l'état non conducteur. En 30 conséquence, la transmission d'un courant au composant 2 est interrompue mais un courant peut encore être consommé par le transistor TR3 par l'intermédiaire de la résistance Ri. Comme décrit en référence à la figure 1, le condensateur de découplage reste encore chargé, le collecteur du 35 transistor TR2 étant maintenu à - 5 V. Les photocourants éventuels qui sont induits dans le transistor TR3 facilitent le maintien de celui-ci à l'état conducteur. Les photocourants induits dans le transistor TR1 circulent sans danger vers la masse. Les photocourants induits dans le transistor TR2 circulent dans le condensateur 3 et dans le composant électronique 2. Ces photocou5 rants ne posent un problème que dans le cas des composants ayant de très faibles courants de maintien de bascule. Dans ce cas, des solutions au problème sont décrites en référence aux figures 3 et 5. Lorsque l'impulsion du détecteur NED tombe à une 10 valeur nulle, le transistor TR3 passe à nouveau à l'état non conducteur si bien que les transistors TR1 et TR2 peuvent conduire et assurent la transmission à nouveau d'énergie au composant 2. Lors de l'arrêt de l'alimentation, il existe deux 15 mécanismes permettant la circulation d'un courant en sens inverse dans le transistor TR2. Le premier mécanisme peut être attribué aux photocourants induits (comme décrit précédemment). Un second mécanisme est le résultat de la différence de potentiel existant aux bornes de la résis20 tance R2 et transmise dans un courant à la base du transistor TR2 auquel est appliqué un courant de polarisation (à - 5 V au connecteur et 0 V à l'émetteur). Si ces courants ne sont pas supprimés d'une manière ou d'une autre, leur effet a tendance à réduire la tension conservée par le 25 condensateur de découplage 3 et à transmettre un courant au composant 2. Ceci est indésirable, car il est préférable que le condensateur garde sa pleine charge afin qu'aucun temps ne soit perdu pour la recharge après que l'alimentation du composant 2 a été rétablie. En outre le courant 30 transmis au composant peut maintenir le verrouillage. La figure 3 représente un dispositif destiné à absorber ce courant inverse. La figure 3 représente essentiellement le même circuit que la figure 2, avec l'addition d'un condensateur 4 placé en parallèle avec la résistance 35 R2. Ce condensateur 4 accumule une charge en l'absence d'alimentation, c'est-à-dire absorbe tout photocourant circulant de l'émetteur vers la base du transistor TR2. Une valeur pour le condensateur 4 peut être par exemple de nF. Le condensateur 4 absorbe aussi un courant qui circule dans la résistance R2 à la suite de la différence 5 de potentiel aux bornes de cette résistance, si bien que la tension à la base du transistor TR2 est entretenue pendant l'arrêt de l'alimentation. La considération des figures 2 et 3 indique que la présence du transistor TR2 peut diminuer le rendement avec 10 lequel le condensateur de découplage 3 peut empêcher les pointes de tension indésirables (par exemple) d'atteindre le composant 2. Ceci est dû au fait que le transistor TR2, lorsqu'il conduit, a tendance à empêcher la circulation du courant de la masse vers le condensateur 3. La figure 4 15 représente une variante de circuit dans laquelle ce problème est résolu. Sur la figure 4, un quatrième transistor NPN TR4 polarisé par une résistance R5 a son collecteur qui est connecté à la masse et son émetteur qui est connecté au 20 condensateur 3 si bien que, dans les conditions normales, le transistor TR4 forme un trajet de circulation de courant de la masse au condensateur 3 de découplage, c'est-à-dire que, pendant le fonctionnement normal, le transistor TR4 est mis à l'état conducteur. Lorsqu'une impulsion du 25 détecteur NED apparaît à la base du transistor TR3, le transistor TR4 est commuté à l'état non conducteur sous l'action du transistor TR3. Le problème posé par les courants circulant dans le sens direct et qui ont tendance à s'écouler dans le tran30 sistor TR4 pendant l'arrêt d'alimentation et qui ont ainsi tendance à réduire la tension aux bornes du condensateur 3 peut être résolu de manière analogue déjà décrite en référence à la figure 3. Plus précisément, l'opération est réalisée par montage d'un condensateur 5 aux bornes de la 35 résistance R5. Les condensateurs 4 et 5 ont donc tendance à absorber les courants indésirables qui circulent dans les transistors TR2 et TR4 respectivement lorsque l'alimentation est interrompue. Une autre solution permettant le traitement des courants indésirables est représentée dans le mode de 5 réalisation de la figure 5. Cette solution convient particulièrement bien au cas où le courant de maintien de bascule est faible et aussi lorsqu'un quatrième transistor est incorporé (comme dans le mode de réalisation de la figure 4). Elle nécessite la formation d'un trajet de 10 faible impédance aux bornes du condensateur de découplage 3 entre le conducteur principal d'alimentation Vs et la masse. Ce trajet est sous forme d'une résistance R6 montée en série avec un transistor NPN TR5. On a déjà indiqué en référence aux figures 2, 3 et 4, que les courants indési15 rables peuvent former des fuites aux bornes des transistors TR2 et TR4. Dans le cas du transistor TR4, les courants sont relativement importants car la circulation s'effectue dans le sens direct et est donc soumise au gain total du transistor dans le sens direct. Ces courants sont composés 20 des photocourants induits et du courant circulant dans la résistance R5 et dus à la différence de potentiel aux bornes de celle-ci. Dans les modes de réalisation des figures 3 et 4, les courants sont absorbés par les condensateurs 4 et 5. Sur la figure 5, une solution constituant 25 une variante (ou un complément) est réalisée. Normalement, le transistor TR5 n'est pas conducteur mais il est commuté à l'état conducteur lorsqu'une impulsion est créée par le détecteur NED. L'opération est réalisée par connexion de la base du transistor TR5 à la sortie du détecteur NED par 30 l'intermédiaire d'un circuit diviseur de potentiel R7 et R8. Ainsi, un courant peut circuler du conducteur principal d'alimentation V à la masse (au cours de l'arrêt d'alis mentation) dans la résistance R6 et le transistor TR5. De cette manière, tout courant de fuite qui aurait autrement 35 circulé dans le composant (et aurait pu provoquer son verrouillage) est dévié vers le trajet de faible impédance comprenant la résistance R6 et le transistor TR5. En fait, le transistor TR5 commute la résistance R6 afin qu'elle soit en circuit ou non aux moments appropriés. Bien que les modes de réalisation décrits précédemment correspondent à des configurations de circuit de 5 protection contre un rayonnement, l'invention n'est pas limitée à cette seule application. Elle peut avoir des applications dans tout autre système dans lequel il est nécessaire de disposer d'un circuit rapide de commutation. REVENDICATIONS 1. Circuit de commutation destiné à être connecté entre un composant électronique (2) et une alimentation (1), caractérisé en ce que le circuit comporte un condensa5 teur de découplage (3) destiné à être connecté aux bornes d'entrée d'alimentation du composant électronique (2), et un premier et un second commutateur (Si, S2) destinés à isoler le composant électronique (2) et le condensateur de découplage (3) de l'alimentation (1). 2. Circuit de commutation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier (S1) et le second (S2) commutateur comportent un premier (TR1) et un second (TR2) transistor NPN. 3. Circuit de commutation selon la revendication 2, 15 caractérisé en ce qu'il comprend un troisième transistor NPN (TR3) connecté au premier et au second transistor (TR1, TR2) afin qu'il commande la commutation du premier et du second transistor (TR1, TR2). 4. Circuit de commutation selon la revendication 3, 20 comprenant un quatrième transistor NPN (TR4) connecté en parallèle avec le second transistor (TR2). 5. Circuit de commutation selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comprend un premier condensateur (4) associé au second transistor (TR2) et 25 destiné à absorber les courants indésirables en sens inverse qui circulent dans le second transistor (TR2) . 6. Circuit de commutation selon la revendication 4 seule ou combinée à la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un second condensateur (5) associé au 30 quatrième transistor (TR4) et destiné à absorber les courants indésirables circulant dans le quatrième transistor (TR4). 7. Circuit de commutation selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un 35 trajet de faible impédance passant en parallèle avec le condensateur de découplage (3). 8. Circuit de commutation selon la revendication 7, dans lequel le trajet de faible impédance comprend une résistance (R6) connectée en série avec un cinquième transistor NPN (R5).