Brevet FR2880984A1 — publié le 20060721

Dispositif de commutation avec limiteur électronique de courant La présente invention se rapporte à un dispositif de commutation de courant 5 associant au moins un commutateur de courant et un limiteur électronique de courant. Dans le but de préserver les contacts d'un commutateur de courant, Il est connu que, lors de l'ouverture ou de la fermeture du commutateur de courant, il est nécessaire d'éviter la naissance d'un arc électrique entre les contacts afin de limiter l'usure des contacts du commutateur de courant et d'augmenter par conséquent la durée de vie du dispositif. Il est connu par exemple par le document DE 195 30 494 d'utiliser un limiteur électronique de courant dans un disjoncteur. Dans un disjoncteur, la limitation du courant est réalisée de manière automatique lorsqu'un certain seuil de courant est dépassé. En outre, l'information d'ouverture des contacts du commutateur n'étant pas prévisible, il est impossible de limiter le courant lors de l'ouverture des contacts. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de commutation de courant dans lequel l'ouverture ou la fermeture d'un commutateur est assurée sur commande sans apparition d'arc électrique. Ce but est atteint par un dispositif de commutation de courant comportant au moins un commutateur de courant et caractérisé en ce qu'il comporte également un limiteur électronique de courant mis en série avec ledit commutateur de courant et des moyens de commande du limiteur électronique de courant aptes à piloter l'activation ou la désactivation du limiteur électronique de courant, ces moyens de commande étant couplés au commutateur de courant de sorte que les moyens de commande activent le limiteur électronique de courant afin d'obtenir lors de la commutation du commutateur un courant ayant une valeur inférieure ou égale à une valeur seuil déterminée. Dans le cas d'un contacteur avec limiteur de courant, la commutation est ainsi réalisée une fois que le courant est limité à une valeur inférieure à celle d'apparition d'un arc électrique. Une fois la commutation effectuée, les moyens de commande désactivent le limiteur électronique de courant ce qui se traduit par une diminution de sa résistance et ce qui permet de rétablir le courant normal dans le circuit électrique. En limitant ainsi le courant, on limite l'usure des contacts du commutateur de courant et on augmente par conséquent la durée de vie du dispositif. Selon l'invention, les moyens de commande coordonnent l'activation ou la désactivation du limiteur de courant et la commutation du commutateur de courant afin de limiter le courant à une valeur inférieure à celle d'apparition d'un arc électrique lors de l'ouverture ou de la fermeture du commutateur de courant. Cette coordination est selon les cas réalisée automatiquement de par les temps de réponse respectifs du limiteur de courant et du commutateur de courant ou par l'utilisation d'un temporisateur par exemple intégré dans les moyens de commande. Selon une particularité de l'invention, le temporisateur des moyens de commande est réglé sur une durée déterminée correspondant à un intervalle de temps entre l'envoi d'une commande d'activation au limiteur électronique de courant et l'envoi d'une commande de commutation au commutateur de courant. Une temporisation à l'aide d'un tel temporisateur peut également permettre de maintenir l'activation du limiteur de courant jusqu'à ce que les manoeuvres d'ouverture et de fermeture soient achevées car le non-respect de cette procédure entraînerait l'endommagement du commutateur de courant. Selon une autre particularité, la valeur seuil est sensiblement égale à zéro. Le limiteur électronique de courant est ainsi utilisé en mode interrupteur. Selon une autre particularité, le lirniteur électronique de courant est fabriqué à partir d'un substrat adapté à l'électronique de puissance, c'est-à-dire adapté pour être intégré dans un circuit d'alimentation d'une charge électrique. Selon une autre particularité, le substrat du limiteur électronique de courant est en silicium. Selon une autre particularité, le substrat du limiteur électronique de courant est en carbure de silicium. Selon une autre particularité, le commutateur de courant est fabriqué selon une technologie de type microsystèmes (micromécanique ou MEMS ou association de MEMS et micromécanique). Selon une autre particularité, le commutateur de courant fabriqué selon une technologie de type microsystèmes et le limiteur électronique de courant fabriqué en carbure de silicium sont intégrés dans un seul et même composant. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comporte une pluralité de commutateurs de courant disposée en parallèle et couplée aux moyens de commande du limiteur électronique de courant. Selon une autre particularité, à la fermeture du commutateur de courant, 5 l'utilisation d'un tel limiteur électronique de courant permet également de palier l'inconvénient lié aux rebonds éventuels du commutateur de courant. Selon l'invention, le commutateur de courant assure l'isolation galvanique et présente une résistance faible à l'état passant en régime nominal. En revanche, il n'est pas dimensionné pour assurer seul la coupure du courant nominal. L'utilisation d'un limiteur électronique de courant pour éviter l'apparition d'arcs électrique est nécessaire. D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et 15 représenté par les dessins annexés sur lesquels: - La figure 1 présente un dispositif de commutation selon l'invention comportant plusieurs commutateurs de courant disposés en parallèle. L'invention porte sur un dispositif 1 de commutation d'une charge C. Ce dispositif 1 de commutation utilise un limiteur électronique 2 de courant permettant d'éviter l'apparition d'un arc électrique lors de l'ouverture ou de la fermeture d'un commutateur de courant. Ainsi le limiteur électronique 2 de courant permet de ne laisser passer dans le commutateur de courant qu'un courant inférieur à une valeur seuil déterminée sensiblement égale à la valeur de courant d'apparition d'un arc électrique. Lorsque les contacts d'un comrnutateur sont en or, le courant d'apparition d'un arc électrique est d'approximativement de 0,3 ampère. Dans ce cas, il suffira donc de limiter le courant à destination du commutateur de courant à une valeur inférieure à 0,3 ampère. Le dispositif 1 de commutation de courant peut comporter un circuit électrique comportant un ou plusieurs commutateurs (10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e) de courant disposés en parallèle et mis en série avec un limiteur électronique 2 de courant. Dans le circuit électrique, le limiteur électronique 2 de courant est placé en amont des commutateurs 10 de courant. Le limiteur électronique de courant est réglé de manière à ne laisser passer, une fois activé, qu'un courant ayant une valeur inférieure à une valeur seuil déterminée, sensiblement égale à celle d'apparition d'un arc électrique dans le ou les commutateurs 10 de courant auquel il est associé. Le dispositif 1 de commutation comporte des moyens 20 de commande du limiteur électronique 2 de courant. Ces moyens 20 de commande du limiteur électronique 2 de courant pilotent l'activation ou la désactivation du limiteur électronique 2 de courant. Ces moyens 20 de commande ont la particularité d'être couplés aux commutateurs 10 de courant. En effet, lorsqu'une commande d'ouverture ou de fermeture des contacts est envoyée, par exemple par un utilisateur, un signal est reçu par les moyens 20 de commande qui avant ou simultanément à la transmission de cette commande vers les commutateurs 10 de courant, envoient une commande d'activation au limiteur électronique 2 de courant placé en amont des commutateurs 10 de courant. L'activation du limiteur électronique 2 de courant se traduit par une augmentation de sa résistance afin de limiter le courant circulant en direction des commutateurs 10 de courant. Le limiteur électronique 2 de courant limite alors le courant à une valeur inférieure à celle d'apparition d'un arc électrique dans les commutateurs 10 de courant. Selon les cas, l'envoi de la commande d'activation au limiteur électronique 2 de courant et l'envoi de la commande de commutation aux commutateurs 10 de courant peuvent donc être, dans une première variante, simultanés, ou dans une seconde variante, différés. Dans la première variante où l'envoi de la commande d'activation au limiteur électronique 2 de courant est simultané à l'envoi de la commande de commutation au commutateur 10 de courant, ce sont les temps de réponse respectifs entre les commutateurs 10 de courant et le limiteur électronique 2 de courant qui permettent d'obtenir une limitation du courant lors de la commutation. Le temps de réponse des commutateurs 10 de courant est alors inférieur au temps de réponse du limiteur électronique 2 de courant. L'activation du limiteur électronique 2 de courant s'effectue donc avant la commutation des commutateurs 10 de courant. Dans la seconde variante, on utilise une temporisation entre l'envoi des deux commandes. Après l'envoi de la commande d'activation au limiteur électronique 2 de courant et après une durée déterminée, la commande de commutation est envoyée aux commutateurs 10 de courant. Les moyens 20 de commande peuvent comporter par exemple un temporisateur 200 réglé sur une durée déterminée après laquelle ils sont chargés d'envoyer la commande de commutation aux commutateurs 10 de courant. Lors de l'ouverture ou de la fermeture des commutateurs 10 de courant, le courant à destination des commutateurs 10 de courant est maintenu par le limiteur électronique 2 de courant à une valeur inférieure à celle du courant d'apparition d'un arc électrique ce qui permet d'éviter l'apparition d'un arc électrique et donc d'éviter l'usure prématurée des contacts des commutateurs 10 de courant. Ensuite, après l'écoulement d'une durée déterminée, correspondant par exemple à la durée d'ouverture ou de fermeture des commutateurs 10 de courant, réglée par exemple dans le temporisateur 200, les moyens 20 de commande du limiteur électronique 2 de courant envoient une commande de désactivation au limiteur électronique 2 de courant afin de le désactiver. Cela se traduit au niveau du limiteur électronique 2 de courant par une réduction de sa résistance électrique et donc par un rétablissement du courant normal à destination des commutateurs 10 de courant. Les commutateurs 10 de courant peuvent être fabriqués dans une technologie de type électromécanique classique. Selon une variante de réalisation, ces commutateurs 10 de courant pourront être fabriqués dans une technologie de type microsystèmes (micromécanique ou MEMS ou association de MEMS et micromécanique). Les contacts des commutateurs 10 de courant fabriqués dans une technologie de type microsystèmes ont une surface et une épaisseur faible. Afin de préserver ces surfaces de contact, il est donc indispensable de réaliser les ouvertures et les fermetures des commutateurs de courant sans l'apparition d'arc électrique. Selon l'invention, le limiteur électronique 2 de courant est fabriqué dans un substrat adapté à l'électronique de puissance, c'est-à-dire adapté pour être intégré dans un circuit d'alimentation d'une charge électrique, et sera par exemple en silicium (Si) ou préférentiellement en carbure de silicium (SiC). Le carbure de silicium présente notamment l'avantage de disposer d'une faible taille de puce et d'une résistance faible à l'état passant, ce qui permet de limiter les dissipations thermiques. Une fois désactivé, le limiteur électronique 2 de courant est conçu pour avoir une résistance minimale de façon à ne pas perturber le passage du courant dans la charge C lorsque le commutateur 10 est fermé. D'autres matériaux comme le diamant, le nitrure de bore (BN), le nitrure d'aluminium (AIN) ou le nitrure de gallium (GaN) sont également parfaitement adaptés à l'électronique de puissance. Un limiteur électronique 2 de courant en carbure de silicium présentant une surface inférieure à 10 mm2 est apte à limiter le courant par exemple à 1/10ème de sa valeur nominale. Un limiteur de courant en carbure de silicium présente par exemple les spécifications électriques suivantes: Tension nominale = 400 Vac Intensité nominale = 2 Arms Résistance du limiteur Rp à l'état passant, c'est-à-dire désactivé A partir de cet exemple, pour obtenir une valeur seuil déterminée égale, par exemple à 0,2 A (pour des contacts en or), la résistance Rb du limiteur activé devra donc être d'au moins 2800 0 (400\12/0,2 = 2828 0). Il pourrait notamment être envisagé d'intégrer le limiteur électronique 2 de courant fabriqué en carbure de silicium et un ou plusieurs commutateurs 10 de courant fabriqués selon une technologie de type microsystèmes dans un même composant. Selon un mode de réalisation particulier, de manière à pouvoir effectuer la limitation de courant souhaitée en fonction du type de commutateur de courant utilisé, les moyens de commande du limiteur électronique de courant sont aptes à faire varier la résistance du limiteur par exemple suivant une rampe déterminée. Selon un mode de réalisation particulier, il pourrait également être envisagé d'annuler complètement le courant grâce au limiteur électronique 2 de courant avant l'ouverture du commutateur de courant. Cela reviendrait à utiliser le limiteur électronique 2 de courant en mode interrupteur. Le commutateur 10 servirait alors à séparer les contacts pour obtenir une distance d'isolement suffisante. II est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) de commutation de courant comportant au moins un commutateur (10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e) de courant et caractérisé en ce qu'il comporte également un limiteur électronique (2) de courant mis en série avec ledit commutateur (10) de courant et des moyens (20) de commande du limiteur électronique (2) de courant aptes à piloter l'activation ou la désactivation du limiteur électronique (2) de courant, ces moyens (20) de commande étant couplés au commutateur (10) de courant de sorte que les moyens (20) de commande activent le limiteur électronique (2) de courant afin d'obtenir lors de la commutation du commutateur (10) un courant ayant une valeur inférieure ou égale à une valeur seuil déterminée. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (20) de commande sont aptes à envoyer simultanément une commande d'activation au limiteur électronique (2) de courant et une commande de commutation au commutateur (10) de courant. 3. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (20) de commande sont aptes à envoyer une commande de commutation au commutateur (10) de courant en différé par rapport à un envoi d'une commande d'activation du limiteur électronique (2) de courant. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens (20) de commande comportent un temporisateur (200) d'une durée déterminée correspondant à un intervalle de temps entre l'envoi de la commande d'activation au limiteur électronique (2) de courant et l'envoi de la commande de commutation au commutateur (10) de courant. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de commande sont aptes à envoyer une commande de désactivation au limiteur électronique (2) de courant après une durée déterminée réglée dans un temporisateur (200). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la valeur seuil est sensiblement égale à zéro. 7. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le limiteur électronique (2) de courant est fabriqué à partir d'un substrat adapté à l'électronique de puissance. 8. Dispositif (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le substrat est en silicium. 9. Dispositif (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le substrat est en carbure de silicium. 10. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le commutateur (10) de courant est fabriqué selon une technologie de type microsystèmes. 11. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le commutateur (10) de courant fabriqué selon une technologie de type microsystèmes et le limiteur électronique (2) de courant fabriqué en carbure de silicium sont intégrés dans un seul et même composant. 12. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de commutateurs (10a, 10b, 10c, 10d, 10e) de courant disposée en parallèle et couplée aux moyens (20) de commande du limiteur électronique (2) de courant.