Brevet FR2851698A1 — publié le 20040827

"Circuit de commande d'un moteur électrique à courant continu et système d'essuyage utilisant un tel circuit" La présente invention concerne un circuit de commande d'un moteur électrique à courant continu. Elle concerne aussi son application à un système d'essuyage pour vitres de véhicule. Dans l'état de la technique, il est connu d'alimenter un moteur à courant continu à l'aide d'un circuit de commande dénommé demi-pont dont un transistor de type MOS permet de io relier une borne d'alimentation du moteur à la borne positive d'une source de tension continue, comme la borne positive d'une batterie de véhicule. L'autre borne du moteur à courant continu est connectée au châssis ou à la borne négative de la source d'alimentation de 15 tension continue. Dans l'état de la technique un tel circuit de commande est généralement complété par un second transistor MOS qui est connecté entre la masse connectée au châssis d'une part et la borne du moteur électrique qui est connectée au transistor MOS 20 précité. Ce second transistor MOS est généralement dimensionné pour recevoir peu de courant et il est activé, c'est-à-dire rendu conducteur, seulement lors de la phase de freinage du moteur à courant continu. Dans le reste du temps de fonctionnement, le second transistor MOS est mis à l'état de haute impédance et ne voit aucun courant, autre qu'un courant de fuite, traverser son chemin drain-source. Un tel circuit de commande doit avoir une fiabilité élevée. Particulièrement, lors des opérations de maintenance du véhicule, une inversion des polarités appliquée au circuit de commande du moteur électrique peut conduire à la destruction du circuit puisque, afin de baisser le cot d'un tel circuit de commande, le second transistor activé lors du freinage est un transistor de faible puissance. C'est un objet de la présente invention de proposer un moyen permettant de protéger un tel circuit de l'inversion de polarités. Dans l'état de la technique, le problème de la destruction d'un composant provoqué par l'inversion accidentelle des polarités a déjà été résolu. On citera particulièrement le document US-A-5.519.557 10 dans lequel la protection est réalisée sur la base d'un transistor MOS de puissance qui est disposé en série avec le dispositif à protéger. On peut citer aussi le document WO-A-00/24107 qui reprend un schéma de protection par transistor MOS de puissance 15 en série. On cite enfin le document EP-A-1.045.501 dans lequel la protection du dispositif est assurée par un transistor MOS de puissance qui est monté en parallèle sur la charge. Essentiellement, de tels dispositifs présentent deux 20 inconvénients auxquels l'invention apporte remède. Dans le premier inconvénient, une panne du dispositif de protection empêche le fonctionnement du dispositif protégé même si les polarités appliquées sont convenables. Dans le second inconvénient, se trouvant à l'extérieur du 25 dispositif protégé, de tels dispositifs de protection constituent toujours des composants supplémentaires qui augmentent le cot de fabrication et de montage d'un dispositif protégé de l'inversion de polarité. La présente invention apporte remède à ces inconvénients 30 de l'état de la technique en ce qu'elle concerne un circuit de commande d'un moteur électrique à courant continu, sur une source de tension continue polarisée, du type comportant au moins un interrupteur commandable connecté au point chaud du moteur électrique et un circuit de freinage destiné à exercer un court-circuit de freinage du moteur électrique à courant continu. L'invention se caractérise en ce que le circuit de commande comporte un composant de faible puissance connecté en série dans le circuit de freinage qui présente une forte impédance en 5 cas d'inversion de polarité et une impédance faible en cas de polarité correcte. L'invention concerne ensuite un système d'essuyage pour vitres de véhicule qui intègre un tel circuit de commande. D'autres avantages et caractéristiques de la présente 10 invention seront mieux compris à l'aide des figures annexées parmi lesquelles: - les figures 1 à 7 sont des schémas expliquant l'état de la technique et les problèmes auxquels il est remédié par la présente invention; - la figure 8 illustre le schéma d'un premier mode de réalisation de la présente invention;. - la figure 9 illustre le schéma d'un second mode de réalisation de la présente invention. A la figure 1, on a représenté un mode de réalisation 20 classique d'un circuit de commande d'un moteur électrique à courant continu particulièrement destiné à une application à un système d'essuyage de vitres de véhicule. Le circuit de commande comporte essentiellement deux premier Ml et un second M2 transistors de type MOS FET qui 25 sont connectés en série entre une borne positive 1 d'alimentation et la masse électrique généralement constituée au châssis du véhicule. La borne positive de la batterie ou du réseau de bord est connectée à la borne 1 du circuit de commande lorsque celui-ci 30 est en action. Les deux transistors MOS sont de même type. La source du premier transistor supérieur Ml est connectée au drain du second transistor inférieur M2. Le drain du premier transistor supérieur Ml est relié directement à la borne 1 du circuit de commande tandis que le point commun entre les premier Ml et second M2 transistors est connecté à une première borne d'alimentation du moteur à courant continu M. L'autre borne du moteur à courant continu M est connectée à la masse ou châssis du véhicule. Chaque grille 2 et 3 des transistors Ml et M2 est connectée à son tour à un circuit de pilotage non représenté qui i0 permet de décoder les commandes issues du poste de conduite du véhicule. Dans un mode de fonctionnement normal, une borne de sortie du circuit de pilotage est connectée à la borne de grille 2 du transistor supérieur MI et est active lorsque l'on veut mettre 15 en marche le moteur M. Dans ce cas de fonctionnement normal du moteur, un courant il traverse le chemin drain-source du premier transistor Ml, puis le moteur M jusqu'à la masse. Aucun courant ne traverse le second transistor M2. Inversement, une autre borne du circuit de pilotage est connectée à la grille 3 du second transistor M2 et activée lorsque l'on veut freiner le moteur M, par exemple, pour accompagner le sens de balayage du système d'essuyage. Dans ce cas de fonctionnement de freinage, le courant il 25 est annulé et un courant i2 traverse le chemin drain-source du second transistor M2 produit par le moteur M. Le temps pendant lequel circule ce courant i2 est faible, donc l'énergie dans le transistor M2 est plus faible que dans le transistor Ml, ce qui explique que le transistor M2 peut avoir un dimensionnement en 30 puissance moindre. En réalité, ainsi qu'il est connu, les transistors de type MOS FET, comme les transistors Ml et M2 présentent une diode intrinsèque constituée entre les connexions de drain et de source. Cette diode anti-parallèle d'un transistor MOS FET est créée lors de la fabrication du transistor. Tous les transistors MOS FET courants ont une diode parasite et ceux qui n'en ont pas sont produit selon un procédé de réalisation spécifique et sont trop coteux dans la plupart des applications. A la figure 2, on a représenté le détail de cette disposition. A la figure 2, un transistor MOS FET 4 est représenté avec son électrode de grille 5, son électrode de drain 6 et son électrode de source 7. Particulièrement, le transistor représenté est de type MOS 10 à canal N 7. Une diode anti-parallèle 8 est constituée lors de la fabrication du transistor 4 de telle sorte que son anode est connectée à la source du transistor 4 et de telle sorte que sa cathode est connectée au drain du transistor 4. En fait, par rapport à une commande de grille 5, cette diode 8 fonctionne de 15 manière parasite. En particulier, elle tend à faire passer de l'énergie électrique dans le chemin source-drain à l'envers de la circulation normale des porteurs de charge en l'absence de commande sur la grille. Dans une telle situation, le transistor MOS FET peut 20 facilement être détruit si le courant inverse dépasse un certain seuil. A la figure 3, on a représenté avec leurs diodes Dl et D2 anti-parallèles les transistors Ml et M2 du circuit de la figure 1 lors du montage erroné en inversion de polarité. Les transistors Ml et M2 ainsi que le moteur M sont montés comme à la figure 1. Cependant, les bornes positive et de masse sont inversées, l'électrode de drain du transistor Ml étant connectée à la masse et l'électrode de source du transistor M2 étant 30 connectée à la borne positive. Il en résulte que, dès la connexion erronée, le circuit de pilotage est aussi polarisé en inverse et n'est donc pas fonctionnel. Les diodes Dl et D2 anti-parallèles des transistors Ml et M2 sont conductrices et sont traversées par un fort courant qui n'est limité par aucune charge, et qui est donc par conséquent destructeur. En général, c'est le transistor M2 qui est détruit car il a un dimensionnement en puissance plus faible que le transistor Ml, 5 mais on peut avoir aussi une destruction du transistor Ml si le transistor M2 présente un court-circuit lors de sa destruction. De ce fait, le transistor M2 voit sur son chemin drainsource un courant opposé au sens nominal de circulation des porteurs de charge et est irrémédiablement détruit s'il est 10 dimensionné, ainsi qu'il est habituel, uniquement pour réaliser le freinage de l'induit du moteur M. A la figure 4, on a représenté un premier moyen de protection contre l'inversion des polarités tiré de l'état de la technique précité. La borne positive d'une source d'alimentation polarisée est connectée à l'anode d'une diode 12 de protection dont la cathode est connectée à la borne d'entrée ou point chaud qui est destiné à être relié à la borne positive d'alimentation d'un ensemble électronique à protéger 13. L'autre borne de polarisation de l'ensemble électronique 13 est connectée à la masse 14. Dans ce schéma, la diode de protection 12 contre l'inversion de polarité introduit une chute de tension qui peut être préjudiciable au bon fonctionnement et, dans le cas o elle est 25 détruite, interrompt l'alimentation de l'ensemble électronique. A la figure 5, on a représenté un autre mode de réalisation d'un système de protection selon l'état de la technique. Dans cet état de la technique, la borne d'alimentation positive 11 est transmise à la borne d'entrée positive de 30 l'ensemble électronique 13 par l'intermédiaire du chemin drainsource d'un transistor MOS FET à canal N qui présente une diode 16 anti-parallèle parasite. La grille du transistor MOS FET 17 est connectée à un signal de commande 15, élaboré par l'ensemble électronique à protéger 13. Un tel dispositif permet de réduire la chute de tension en 5 fonctionnement normal par une commande sur la grille du transistor 17. Cependant, en cas de destruction du transistor MOS FET 17, l'ensemble électronique 13 perd son alimentation, ce qui peut être dommageable. Par ailleurs, l'ensemble électronique 13 à protéger doit aussi être modifié pour générer un signal correct 15 de mise en conduction du transistor MOS FET 17. A la figure 6, on a représenté un autre mode de protection contre l'inversion de polarité dans l'état de la technique. Une diode de protection 18 est connectée entre le point froid de l'ensemble électronique 13 à protéger et la masse électrique du dispositif. Ce genre de montage subit deux inconvénients provoqués d'abord par la chute de tension introduite par la diode 18 en 20 fonctionnement normal qui place le point froid de l'alimentation de l'ensemble électronique 13 à quelques volts au-dessus de la masse électrique du montage. L'autre inconvénient vient toujours de ce que, en cas de surintensité, la diode 18 peut être accidentellement détruite et, de 25 ce fait, l'ensemble électrique 13 n'est plus alimenté. A la figure 7, on a représenté un autre mode de réalisation d'un système de protection contre l'inversion de polarité dans l'état de la technique. Dans cet état de la technique, un transistor MOS FET 21 30 est placé par son chemin drain-source en inverse entre le point froid de l'alimentation électronique 13 et la masse 14. La diode 20 anti-parallèle du transistor MOS FET 19 joue le même rôle que la diode 18 du mode de réalisation de la figure 6. Cependant, la chute de tension peut être réduite par l'application d'une mise en conduction en fonctionnement normal par l'électrode de grille 22 du transistor MOS FET 21. Pour porter remède aux inconvénients précités de l'état de 5 la technique et apporter de nouveaux avantages, l'invention a été représentée dans un premier mode de réalisation à la figure 8 et dans un second mode de réalisation à la figure 9. Aux figures 8 et 9, les transistors Ml et M2 sont sensiblement identiques aux transistors Ml et M2 du montage des io figures 1 et 3. Le circuit de commande de l'invention comporte un composant M3 de faible puissance connecté en série dans le circuit de freinage. Ce composant présente une forte impédance en cas d'inversion de polarité de l'alimentation du circuit de 15 commande et donc du moteur et une impédance faible en cas de polarité correcte. Dans un mode de réalisation de l'invention, le composant M3 est un dipôle dont l'état de faible impédance est commandable par au moins une électrode 26 connectée à un signal de 20 commande de freinage d'induit. L'électrode de grille 23 du transistor Ml du type MOS FET de forte puissance est directement commandée et placée à l'état actif quand le moteur M doit être mis en marche. Le second transistor M2 MOS FET de puissance réduite 25 est connecté entre le point commun de connexion entre le moteur électrique et la source du transistor Ml, et est, par sa source, connecté à un dipôle électrique de protection contre les inversions de polarité qui présente une faible impédance. Le circuit de commande a la charge de ne pas activer les 30 transistors Ml et M2 en même temps. Par contre, lorsque le circuit de freinage est activé par une impulsion sur l'électrode de grille 24 du second transistor M2, le composant de faible puissance 25 passe ou reste à l'état de basse impédance et le courant de freinage passe à la masse à travers le dipôle 25. Dans le premier mode de réalisation de l'invention illustré à la Figure 8, le circuit de commande d'un moteur électrique à 5 courant continu, est tel que le composant M3 de faible puissance est constitué par la diode antiparallèle d'un transistor MOS FET dont la source est connectée d'une part à la source du transistor M2 et à l'anode de sa diode anti-parallèle et dont le drain est connecté à la cathode de la diode précitée et à la masse. L'électrode de grille du transistor MOS FET 25 est directement reliée à la borne de commande du circuit de freinage 24 de sorte que lorsque la polarité est convenable et que le circuit est activé, le transistor 25 est traversé par le courant issu du transistor M2. Dans le principe de l'invention, le dipôle 25 passe ou reste à l'état de basse impédance. Dans le premier mode de réalisation du schéma représenté à la Figure 8 et dans le cas d'une inversion de polarité, le transistor M3 présente une impédance élevée car, dans ce cas, sa diode anti-parallèle ne peut pas être conductrice, 20 sa cathode étant connectée à la borne positive de la source d'alimentation et le transistor M3 ne peut pas être activé car le circuit de pilotage est polarisé en inverse et n'est pas fonctionnel. Dans le second mode de réalisation de l'invention illustré à la Figure 9 dans laquelle les éléments identiques à ceux de la 25 Figure 8 portent les mêmes numéros de référence et ne seront pas plus décrits, le circuit de commande d'un moteur électrique à courant continu, est tel que le composant M3 de faible puissance est constitué par une diode connectée par sa cathode à la masse normale de l'alimentation et dont l'anode est connectée à la 30 source du transistor M2 de freinage. Dans un second type de réalisation non représenté au dessin, la grille du transistor M3 n'est pas nécessairement connectée à la grille du transistor M2. Dans un tel autre mode de réalisation, le transistor M3 peut être activé (sur sa grille) par une tension continue permanente issue du circuit de pilotage comme la tension régulée du circuit de pilotage par exemple, et donc le transistor M3 est en permanence passant tant que la polarité d'alimentation est convenablement appliquée. C'est le transistor 5 M2 qui autorise le passage du courant dans la branche M2- M3. Ce type de configuration présente l'avantage sur le type de réalisation du premier mode de réalisation représenté à la Figure 8 de ne pas empêcher l'utilisation de la diode anti-parallèle du transistor M2 comme diode de roue libre lorsque la charge est 1o inductive, ce qui est le cas avec un moteur électrique comme charge. Dans ce type de configuration de ce second mode de réalisation, il faut donc séparer les commandes des grilles des transistors M2 et M3 du premier mode de réalisation de la Figure 8. Dans le second type de réalisation défini ci-dessus, l'électrode de grille du transistor 25 n'est pas nécessairement reliée à la borne 24. Le transistor 25 peut être activé par un signal d'activation connecté sur sa grille par une tension continue permanente issue du circuit de pilotage. Par contre, 20 effectivement, " lorsque la polarité est convenable et que le circuit est activé, le transistor 25 est traversé par le courant issu du transistor M2. " Par contre, lorsque le système de commande subit une inversion de polarité, la diode anti-parallèle du transistor Ml 25 devient conductrice. De ce fait, la diode anti-parallèle du transistor M3 bloque le passage du courant, ce qui empêche la mise en fonction du circuit. Dans le cas o, accidentellement, le transistor M3 serait 30 détruit, seule la fonction de freinage est interrompue. Particulièrement, du fait que les électrodes de grille des transistors M2 et M3 sont reliées à la même borne de commande externe destinée à être reliée à un circuit de pilotage (non représenté) du circuit de commande de l'invention, il est très Il facile de monter les deux transistors M2 et M3 sur un même support, par exemple, de circuit de freinage. Cette disposition sur un même support est utilisable même si les grilles des transistors M2 et M3 ne sont pas reliées comme 5 selon le second type de réalisation décrit. Il n'en reste pas moins vrai que l'on peut utiliser des boîtiers qui intègrent deux transistors de même dimension pour gagner de la place sur le support comme un circuit imprimé. Les grilles de chaque transistor restent accessibles séparément, ce qui permet 10 d'appliquer des tensions différentes sur chacune. Ainsi qu'il est connu, on sait déjà monter un transistor M2 d'un demipont avec le transistor Ml de forte puissance sur un seul support comme un circuit imprimé avec radiateurs ou un circuit intégré. Dans le cadre de l'invention, il est alors possible de monter ensemble les transistors Ml, M2, ainsi que le transistor MOS FET de protection d'inversion de polarité M3 sur un seul et même support comme un circuit imprimé et/ou un circuit intégré. Un système d'essuyage selon l'invention peut incorporer un 20 demi-pont du type de celui de la figure 8 qui est connecté directement à un moteur électrique d'essuyage. Un circuit de pilotage est ajouté pour connecter les électrodes de grille des transistors M2 et M3 du circuit de freinage à une borne de commande de freinage et l'électrode de 25 grille du transistor Ml est connectée à une borne de commande de mise en marche du moteur électrique qui peut être une commande impulsionnelle, ou encore une tension de commande périodique pour piloter le moteur électrique en régulation de tension avec des impulsions de largeur contrôlée par le circuit de 30 pilotage en fonction de consignes (mode PWM). On note que dans le second type de réalisation non représentée au dessin, les grilles des transistors M2 et M3 ne sont pas nécessairement reliées, mais sont connectées à des bornes de commande convenables de leur circuit de commande. Dans un mode de réalisation, le circuit de commande produit une commande impulsionnelle ou une commande PWM à modulation de largeur en utilisant le schéma de la figure 8-. Un thyristor peut être utilisé dans le cas d'une commande 5 impulsionnelle et remplace les transistors M2 et M3. Mais dans ce cas, l'absence de diode de roue libre présente un inconvénient. REVENDICATIONS 1. Circuit de commande d'un moteur électrique à courant continu, sur une source de tension continue polarisée, du type 5 comportant au moins un interrupteur (Ml) commandable connecté au point chaud du moteur électrique et un circuit de freinage (M2) destiné à exercer un court- circuit de freinage du moteur électrique à courant continu, caractérisé en ce qu'il comporte un composant (M3) de faible puissance connecté en série dans le circuit de i0 freinage qui présente une forte impédance en cas d'inversion de polarité et une impédance faible en cas de polarité correcte. 2. Circuit de commande d'un moteur électrique à courant continu, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant (M3) est un dipôle dont l'état de faible impédance est 15 commandable par au moins une électrode (26) connectée à un signal de commande de freinage d'induit. 3. Circuit de commande d'un moteur électrique à courant continu, selon la revendication 1, caractérisé en que le composant (M3) de faible puissance comporte une diode connectée par sa 20 cathode à la masse normale de l'alimentation. 4. Circuit de commande d'un moteur électrique à courant continu, selon la revendication 3, caractérisé en ce que la diode est constituée par la diode antiparallèle d'un transistor MOS FET (M3). 5. Circuit de commande d'un moteur électrique à courant continu, selon la revendication 2, caractérisé en ce que le composant de faible puissance comporte un thyristor complété le cas échéant par une diode de roue libre. 6. Circuit de commande d'un moteur électrique à courant 30 continu, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant de faible puissance (M3) est intégré sur le même support que le circuit de freinage (M2). 7. Circuit de commande d'un moteur électrique à courant continu, selon la revendication 1, caractérisé en que le composant de faible puissance (M3) est intégré sur le même support que le circuit de commande (Ml, M2). 8. Système d'essuyage pour vitres de véhicules, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moteur électrique 5 et/oui au moins un circuit de commande (M1-M3) selon l'une des revendications précédentes, et un circuit de pilotage pour placer le circuit de commande dans un état de marche ou un état de freinage. 9. Système d'essuyage selon la revendication 8, io caractérisé en ce que le circuit de pilotage comporte un moyen pour activer le composant de faible puissance (M3) du circuit de commande par une commande impulsionnelle ou par une commande en modulation de largeur d'impulsion (PWM). 10. Système d'essuyage selon la revendication 8, 15 caractérisé en ce que le circuit de pilotage comporte un moyen pour activer le circuit de freinage du circuit de commande par une commande en modulation de largeur d'impulsions, et en ce que le composant de faible puissance (M3) est maintenu actif par une commande en tension séparée, comme la tension régulée 20 d'alimentation du circuit de pilotage quand la polarité d'alimentation du système est correcte.