Brevet FR2858482A1 — publié le 20050204

DISPOSITIF DE PROTECTION CONTRE LES COURTS-CIRCUITS D'UN CONVERTISSEUR DE TENSION CONTINUE. La présente invention se rapporte à un dispositif de protection contre les courts-circuits d'un convertisseur de tension continue. Elle s'applique notamment à la commande des circuits de sélection des sondes de réception d'antennes satellites paraboliques. Il est connu pour opérer la sélection des signaux électromagnétiques détectés par les sondes de réception d'une antenne satellite et les transmettre au décodeur relié à l'antenne, de sélectionner ces signaux au moyen d'un commutateur commandé par un signal pouvant prendre deux niveaux de tension continue. A cette fin, une première sonde capte les ondes du champ électromagnétique polarisées horizontalement et une deuxième sonde capte les ondes du champ électromagnétique polarisées verticalement. Le premier niveau de tension continue, de 18 volts par exemple, agit sur le commutateur pour sélectionner le signal capté par la première sonde et le deuxième niveau de 20 tension continue de 13 volts par exemple, agit sur le commutateur pour sélectionner le signal capté par la deuxième sonde. Le signal sélectionné par le commutateur est transmis à un décodeur de réception via un étage mélangeur de fréquence. Ce mode de réalisation impose de prévoir, sur le transformateur de 25 I'alimentation des circuits qui se trouve dans le décodeur, deux enroulements secondaires spécifiques alimentant circuit de régulation linéaire, ce qui prend de la place, augmente le coût de réalisation des décodeurs et induit un rendement assez faible à cause des pertes de chaleur dans le système de régulation. Pour diminuer l'encombrement des décodeurs et leurs coûts de réalisation, 30 une alternative consiste à n'utiliser qu'une seule alimentation déportée du reste de la partie alimentation du décodeur. Cette alimentation est composée d'un convertisseur à découpage élévateur de la tension d'alimentation générale des circuits de réception délivrant sur commande deux niveaux de tension continue différents qui sont transmis par une liaison coaxiale au commutateur du dispositif de réception. Cependant le fait d'utiliser une liaison coaxiale peut être à l'origine de courts-circuits qui peuvent se produire entre le blindage et l'âme du câble coaxial 5 qui alimente le convertisseur élévateur de tension. Comme les convertisseurs à découpage du commerce ne sont pas protégés contre les courts-circuits, c'est directement l'alimentation générale de l'ensemble du dispositif de réception qui subit l'appel de courant provoqué par ces courts circuits et le fonctionnement du décodeur est perturbée. Le but de l'invention est de procurer un dispositif de protection permettant de protéger efficacement l'alimentation d'un convertisseur de tension continue à découpage lorsqu'un court-circuit se produit à la sortie du convertisseur. Le dispositif de protection contre les courts-circuits selon l'invention comprend un circuit de commutation interposé dans le circuit d'alimentation d'un convertisseur de tension continue commandé par le niveau de la tension de sortie du convertisseur pour couper le courant qui alimente le convertisseur de tension continue lorsqu'un court circuit se produit sur sa sortie. Le circuit de commutation comprend un MOSFET (Metal-Oxyde Semiconductor FET) qui est polarisé sur son électrode de source par la tension d'alimentation du convertisseur et qui est relié par son électrode de drain à l'entrée d'alimentation du convertisseur. La grille du transistor MOSFET est reliée au circuit de masse par l'intermédiaire d'un transistor bipolaire de commutation 25 commandé sur sa base à partir du niveau de sortie du convertisseur de tension de sorte que, le MOSFET se trouve dans un état ouvert lorsqu'un court-circuit se produit entre les bornes de sortie du convertisseur de tension et se trouve dans un état passant en l'absence de court-circuit. Plus précisément le convertisseur de tension à découpage se compose 30 d'une part, d'une self dont une première extrémité est reliée à une borne de l'alimentation du convertisseur au travers du circuit de commutation et dont une deuxième extrémité est reliée à une charge au travers d'une cellule de redressement et de filtrage et d'autre part, d'un dispositif hacheur commandé alternativement pour charger la self aux bornes de la source d'alimentation générale durant une première période de temps déterminée et restituer dans la charge l'énergie emmagasinée dans la self durant une deuxième période de temps déterminée. Avantageusement une résistance est reliée entre l'entrée et la sortie du convertisseur de tension continue pour permettre la conduction du MOSFET à la mise sous tension du convertisseur de tension. Une diode placée en série avec la résistance placée entre l'entrée et la sortie du convertisseur permet d'éviter des fuites de courant de la sortie vers l'entrée lorsque le convertisseur est un 10 élévateur de tension. Une alarme formée par une diode électroluminescente reliée en série avec la résistance permet d'avertir l'utilisateur de la présence d'un courtcircuit à la sortie du convertisseur. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement 15 à la lecture de la description suivante qui est donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des figures sur lesquelles: La Figure 1 est un schéma de principe représentatif d'un dispositif de protection contre les courts-circuits selon l'invention, d'un convertisseur élévateur de tension continue; - La Figure 2 est un mode de réalisation d'un convertisseur de tension continue à découpage muni d'un dispositif de protection contre les courts- circuits selon l'invention. Sur la Figure 1, le dispositif de protection contre les courts-circuits est 25 disposé à l'intérieur d'une ligne fermée en pointillés 1 entre un convertisseur de tension continue à découpage 2 délivrant par une sortie S reliée aux bornes d'une résistance de charge Rc, une tension continue K. E multiple d'une tension E délivrée par un bloc d'alimentation générale 3 et appliqué sur l'entrée In du convertisseur de tension 2. Le dispositif de protection comprend un MOSFET 4 et un transistor bipolaire de commande 5. Le MOSFET 4 est polarisé sur son électrode de source par la tension E délivrée par le bloc d'alimentation générale 3 et est relié par son électrode de drain à l'entrée In du convertisseur de tension continue 2. Le transistor bipolaire 5 est polarisé sur son collecteur par la tension E 5 délivrée par le bloc d'alimentation générale 3 au travers d'une résistance de collecteur R6, son émetteur étant relié directement au circuit de masse M du convertisseur de tension continue 2. Le collecteur du transistor 5 est d'autre part relié directement à la grille du MOSFET 4. Une résistance R7 est interposée entre la base du transistor bipolaire 5 et la sortie S du convertisseur de tension l0 continue délivrant la tension continue K.E. Avantageusement une résistance R8 est reliée par l'intermédiaire d'une diode électroluminescente 9 entre l'électrode de source s du MOSFET 4, polarisée par la tension E, et la sortie S du convertisseur de tension continue 2 pour permettre la conduction du MOSFET à la mise sous tension du 15 convertisseur de tension 2. Le fonctionnement du dispositif de protection est le suivant. A la mise sous tension le diviseur de tension formé par la résistance R8 et la résistance de charge Rc induit un courant dans la base du transistor bipolaire 5 au travers de la résistance R7 ce qui entraîne la conduction du transistor 5 et la 20 mise au potentiel du circuit de masse M de la grille du MOSFET 4. La différence de potentiel entre la grille et la source du MOSFET 4 est alors égale à -E ce qui entraîne une conduction du courant entre la source et le drain du MOSFET 4 et l'application de la tension d'alimentation E sur l'entrée In du convertisseur de tension continue 2. Dans le cas d'un convertisseur 2 qui 25 réalise une élévation de tension, la diode électroluminescente 9 est bloquée lorsque la tension de sortie du convertisseur 2 est supérieure à la tension d'alimentation du convertisseur. Le blocage de la diode 9 évite toute fuite de courant en sortie du convertisseur 2 à travers la résistance R8. En cas de court-circuit sur la sortie S du convertisseur de tension continue 30 2, la différence de potentiel aux bornes de la résistance de charge Rc est nulle, le transistor bipolaire 5 se bloque, et la différence de potentiel entre la grille et la source du MOSFET 4 devient nulle ce qui bloque la conduction du MOSFET 4 et déleste le bloc d'alimentation générale 2 de la surcharge en courant qui ne manquerait pas de se produire en l'absence du dispositif de protection 1. Un courant circule à travers la diode électroluminescente 9 et la résistance R8, allumant ainsi la diode 9 qui sert de témoin d'alarme, le courant étant limité par la résistance R8. La diode électroluminescente 9 peut être remplacée par une simple diode si on ne souhaite pas avoir d'alarme visuelle de court-circuit. Dans le mode de réalisation de la Figure 2 où les éléments homologues à ceux de la Figure 1 portent les mêmes références, le convertisseur de tension continue à découpage 2 se compose d'une part d'une self L1 dont une première extrémité est reliée à une borne du bloc d'alimentation générale 3 au travers du o10 circuit de commutation 1 et dont une deuxième extrémité est reliée à un condensateur 13 en parallèle sur une résistance de charge Rc au travers d'une diode de redressement D1. Un MOSFET de puissance 10 relie entre ses électrodes de source et de drain le point de liaison commun entre la self L1 et la diode D1 avec le circuit de 15 masse du convertisseur de tension continue 2. Le MOSFET de puissance 10 est commandé par un signal alternatif de rapport cyclique déterminé, appliqué sur sa grille par un circuit de commande 11 au travers d'une résistance 12. A titre indicatif il pourra être utilisé comme circuit de commande le circuit UC3843AD1 commercialisé par la société de droit US 20 "Fairchild Semiconductors". Durant une première période de temps le MOSFET de puissance 10 est conducteur et fait circuler un courant dans la self L1 en branchant la self L1 aux bornes de sortie de l'alimentation générale par l'intermédiaire du MOSFET 4. Dans la période de temps suivante le circuit de commande 11 bloque le 25 MOSFET de puissance 10 et l'énergie emmagasinée dans la self durant la première période de temps est transmise à la résistance de charge Rc occasionnant un courant de décharge de la self L1 au travers de la diode D1 et de la résistance de charge Rc. Les ondulations du courant de décharge aux bornes de la résistance de 30 charge sont filtrées par le condensateur 13 relié en parallèle aux bornes de la résistance de charge Rc. Ce courant de sortie dépend du rapport cyclique. Pour stocker plus d'énergie dans la self L1 il suffit d'augmenter le temps de conduction du MOSFET de puissance. La tension de sortie est stabilisée par le circuit de commande 11 par comparaison d'une portion de cette tension à une référence interne. On voit qu'en l'absence du circuit de protection contre les courtscircuits 1, l'extrémité de la self qui est opposée à celle relié à la diode D1 et au transistor MOSFET de puissance 10, serait directement reliée au pôle du bloc d'alimentation générale délivrant la tension E et que dans le cas où la sortie S du 10 convertisseur se trouve en courtcircuit avec le circuit de masse M, c'est le bloc d'alimentation générale 3 qui subit l'appel de courant occasionné par le courtcircuit et qui circule au travers de la self L1 et de la diode D1. Par contre lorsqu'il y a court-circuit, le dispositif de protection selon l'invention permet d'isoler de façon efficace, comme cela a été expliqué 15 précédemment, la sortie du bloc d'alimentation générale 3 en bloquant la conduction du transistor à effet de champ 4. Le calcul de la résistance R8 se fait en prenant en compte deux situations possibles. Une première situation correspond au cas de court circuit de la résistance de charge Rc. Le calcul de la valeur de la résistance R8 doit se faire 20 pour obtenir un courant suffisant pour allumer la diode électroluminescente 9 mais inférieure à un courant maximal pour la diode 9. Une deuxième situation correspond au cas où il n'y a pas de court-circuit et où la résistance R8 doit être calculée afin d'assurer une tension aux bornes de la résistance de charge qui soit supérieure à la tension de seuil du transistor bipolaire 5. Dans le cas, par 25 exemple, d'une utilisation du convertisseur de tension 2 à l'élaboration d'un signal de commande de 18 volts pour la sélection d'une sonde de réception d'une antenne satellite, la valeur de la résistance R8 pourra être fixée à 510 Ohms pour permettre la conduction du transistor bipolaire 5 dont le seuil de conduction entre base et émetteur est de 0, 7volts avec une résistance de charge Rc de 36 Ohms 30 correspondant à un courant maxi absorbé de 500 mA qui est le maximum toléré par la norme EUTELSAT DiSEqC 1.2. En cas de court-circuit, le courant traversant la diode 9 sera environ de 20 mA. Le mode de réalisation décrit un circuit de protection pour un circuit élévateur de tension à découpage. Il va de soit que le dispositif de protection, bien que particulièrement bien adapté à ce type de convertisseur de tension peut s'adapter à tout type de convertisseur continu, par exemple un régulateur de 5 tension ou un abaisseur de tension. Dans le cas où le convertisseur n'est pas un élévateur, la diode électroluminescente 9 n'assure plus que le rôle d'alarme est peut être supprimée si l'on ne désire pas avoir une telle alarme. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection contre les courts-circuits d'un convertisseur 5 de tension continue (2) alimenté par une alimentation continue caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de commutation (1) interposé dans le circuit d'alimentation du convertisseur (2) commandé par le niveau de la tension de sortie du convertisseur (2) pour couper le courant qui alimente le convertisseur (2) lorsqu'un court circuit se produit sur sa sortie. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit de commutation (1) comprend un MOSFET (4) qui est polarisé sur son électrode de source par la tension de l'alimentation du convertisseur et qui est relié par son électrode de drain à l'entrée d'alimentation du convertisseur, et en ce que la grille 15 du transistor à effet de champ (4) est reliée au circuit de masse M du convertisseur par l'intermédiaire d'un transistor bipolaire de commutation (5) commandé sur sa base à partir du niveau de sortie du convertisseur de tension (2) de sorte que, le MOSFET (4) se trouve dans un état ouvert lorsqu'un courtcircuit se produit entre les bornes de sortie du convertisseur de tension (2) et se 20 trouve dans un état passant en l'absence de court-circuit. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il comprend une résistance R8 reliée entre un pôle de l'alimentation du convertisseur et la sortie du convertisseur (2) pour permettre la 25 conduction du MOSFET (4) à la mise sous tension du convertisseur (2). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une diode (9) est montée en série avec la résistance placée entre l'entrée et la sortie du convertisseur. 5. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comprend une diode électroluminescente (9) en série avec la résistance R8 insérée entre un pôle de l'alimentation du convertisseur et la sortie du convertisseur, qui est éclairée lorsqu'un court-circuit se produit à la sortie du convertisseur (2). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 5 caractérisé en ce que le convertisseur de tension à découpage (2) se compose d'une part d'une self (L1) dont une première extrémité est reliée à une borne de l'alimentation du convertisseur au travers du circuit de commutation (1) et dont une deuxième extrémité est reliée à une charge (Rc) au travers d'une cellule de redressement (D1) et de filtrage et d'autre part, d'un dispositif hacheur (10) l0 commandé alternativement pour charger la self (L1) aux bornes de la source d'alimentation du convertisseur durant une première période de temps déterminée et restituer dans la charge (Rc) I'énergie emmagasinée dans la self durant une deuxième période de temps déterminée. 7. Utilisation d'un convertisseur élévateur de tension continue à découpage et de son circuit de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 à l'élaboration d'un signal de commande de niveau continu pour la sélection de sonde de réception d'une antenne satellite.