Brevet FR2917176A1 — publié le 20081212

La présente invention concerne les dispositifs de détection de défaut d'isolation ou d'isolement galvanique entre deux circuits électroniques en cours de fonctionnement, par exemple entre la bobine primaire 1 et la bobine secondaire 2 d'un transformateur 3 d'un convertisseur en tension 9, comme il est montré en figure 1. De tels dispositifs sont notamment nécessaires dans les convertisseurs en tension 12 Volts / 230 Volts utilisés dans la domotique embarquée des véhicules automobiles et, en tant que tels, ils sont soumis à des réglementations de sécurité dont les normes CEM (compatibilité io électromagnétique) et la tenue à une tension Vn égale en l'espèce à 3750 Volts. Il est connu, en référence à la figure 2, de disposer, entre les circuits primaire et secondaire 1, 2 du convertisseur 9, un dispositif 5 de mesure de la tension générée par le courant de fuite IF existant entre les bobines 15 primaire et secondaire du transformateur 3. Le dispositif 5 comprend généralement un générateur de courant entre les circuits primaire et secondaire. Le dispositif 5 est temporairement connecté par un relais ou un interrupteur électronique 4, le temps de la mesure. Quand le relais 4 est 20 fermé, le courant IF s'établit et la mesure 5 est effectuée. Plutôt que de mettre un seul relais 4 capable de tenir la tension Vn, volumineux et coûteux, on préfère généralement insérer plusieurs relais en série. Mais cette solution reste volumineuse et coûteuse. 25 La demanderesse a cherché une solution plus économique et c'est ainsi qu'elle propose son invention. Ainsi, la présente invention concerne un dispositif de détection de défaut d'isolement d'un convertisseur en tension, le convertisseur comportant un circuit primaire et un circuit secondaire, le dispositif étant caractérisé par le fait 30 qu'il comporte au moins un condensateur reliant les circuits primaire et secondaire. Un condensateur capable de tenir la tension Vn de la norme de sécurité ci-dessus est à la fois peu volumineux et peu coûteux. De plus, la mesure est disponible en permanence et elle ne nécessite pas de relais. Grâce au condensateur, on a substitué, à une mesure du courant de fuite, une mesure d'impédance, qui varie en cas de défaut d'isolement, c'est-à-dire en cas d'existence, entre les circuits primaire et secondaire et en série avec le condensateur de détection, d'une résistance de défaut de valeur non infinie. De préférence, le dispositif comporte un pont de mesure intégrant deux condensateurs montés en série pour relier les circuits primaire et secondaire du condensateur. Avantageusement, le dispositif comporte un générateur de fréquence io alimentant le pont de mesure. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après du dispositif de détection d'isolement galvanique d'un convertisseur en tension selon l'invention, faite en référence au dessin annexé sur lequel 15 la figure 1 est un schéma électrique simplifié d'un circuit convertisseur en tension dont on veut tester l'isolement galvanique ; la figure 2 représente le circuit de la figure 1 avec un dispositif de détection d'isolement galvanique de l'art antérieur ; 20 la figure 3 est un schéma électrique du dispositif de détection d'isolement galvanique d'un convertisseur en tension selon une première forme de réalisation de l'invention et la figure 4 est un schéma électrique du dispositif de détection d'isolement galvanique du convertisseur de la figure 3 selon une seconde forme de 25 réalisation de l'invention. Le convertisseur en tension 10 de la figure 3 est destiné à convertir la tension Vp fournie en entrée (ici 12 volts) en une tension de sortie Vs (ici 230 volts). Il s'agit en l'occurrence d'un convertisseur de la domotique embarquée à 30 bord d'un véhicule automobile. Toutefois, la demanderesse n'entend pas limiter son invention à une telle application, les convertisseurs en tension étant montés dans bon nombre de circuits électroniques. Le convertisseur 10 comporte un transformateur 3 avec ses circuits primaire et secondaire 1, 2. Sur le circuit primaire 1 est inséré un circuit de commande 7 : un transistor de commutation ou de hachage, ici un transistor canal N. Sur le circuit secondaire 2 est prévu un étage de filtrage ou de sortie 8. Ici, l'interrupteur de l'art antérieur est remplacé par un pont 4 de condensateurs CY, CA, reliés en série, et capable de tenir la tension Vn, de sorte que la détection de défaut peut être effectuée sans danger de claquage et en permanence pendant le fonctionnement du convertisseur comme on va le voir. Un circuit de mesure 5 et le pont de condensateurs 4 constituent le dispositif de détection de défaut d'isolement du convertisseur 10. Dans la première forme de réalisation de la figure 3 du dispositif de détection de défaut d'isolement 4, 5, le circuit de mesure 5 comporte un générateur de fréquence E débitant un courant IE, à une fréquence F prédéterminée dans une résistance de charge RE et dans le circuit primaire d'un isolement galvanique 6, donc ici un transformateur, dont le circuit secondaire est connecté aux bornes du condensateur CA. La mesure est disponible par la tension VE aux bornes de la résistance RE. 20 Mais dans cette première forme de réalisation, on a disposé un comparateur, ici un amplificateur opérationnel 11 monté en comparateur . Le comparateur 11 est connecté à la résistance RE par l'une de ses deux entrées et reçoit une tension de référence 12 sur l'autre entrée et est ainsi agencé pour fournir en permanence la différence D entre cette tension de 25 référence 12 et la tension VE existant aux bornes de la résistance RE. Quand un courant de fuite iF s'établit parce que la résistance RF n'est pas infinie, il traverse les condensateurs CY et CA et s'ajoute au courant IA dans le condensateur CA et Is dans le secondaire de l'isolement galvanique 6. Le courant IE dans la résistance RE augmente donc aussi, modifiant la tension VE. 30 La caractérisation, ici par un microprocesseur non représenté, du signe de la sortie D de l'amplificateur 11 permet la détection de défaut d'isolement et le déclenchement d'une alerte si la tension VE dépasse la tension de référence 12. La tension VE constitue alors une donnée analogique permettant d'évaluer aisément en permanence la mesure du défaut d'isolement entre les circuits primaire et secondaire 1, 2 du convertisseur 10, donc son importance. Plus précisément, l'impédance de fuite ZF comporte une composante capacitive CF, très faible devant CY et CA et que l'on peut négliger, et une composante résistive RF. Par suite, le courant IF s'établit à la fréquence de résonance Fr qui résulte essentiellement de la valeur des inductances présentées par le transformateur 6, comme représenté figure 3, et des capacités des condensateurs CY et CA. Cette fréquence de résonance est io donc celle du circuit constitué par le transformateur 6 et des condensateurs CY et CA du pont de mesure. La fréquence Fr peut être évaluée en appliquant les méthodes de calcul connues de l'homme du métier. Le générateur E et l'isolement galvanique 6 doivent nécessairement être 15 choisis pour fonctionner à une fréquence F sensiblement égale la fréquence Fr, de façon à obtenir une meilleure sensibilité. Dans la seconde forme de réalisation du dispositif de détection de défaut d'isolement de la figure 4, le circuit de mesure 5 comporte le générateur E débitant le courant IE à la fréquence F dans la résistance RE et dans le circuit 20 primaire de l'isolement galvanique 6 dont le circuit secondaire est connecté aux bornes du condensateur CA, et d'un étage de mesure 13 (faisant également partie du circuit 5) permettant d'obtenir la valeur crête de la tension aux bornes du condensateur CA et d'en fournir directement une tension VE qui tient compte du au défaut d'isolement cherché, directement exploitable par un 25 microprocesseur (non représenté) après conversion analogique / numérique. En effet, lorsqu'il n'y a pas de défaut d'isolement, le condensateur CA est chargé par un courant connu. En cas de défaut, une partie du courant est détournée sur le condensateur CY et la tension aux bornes du condensateur CA est réduite. 30 Dans le microprocesseur, la détection de défaut d'isolement par rapport au seuil maximal admissible peut être effectuée par comparaison de la mesure de défaut d'isolement à une valeur de référence prédéterminée. REVENDICATIONS 1- Dispositif (4, 5) de détection de défaut d'isolement d'un convertisseur en tension (10), le convertisseur (10) comportant un circuit primaire (1) et un circuit secondaire (2), le dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un condensateur (CY, CA) reliant les circuits primaire et secondaire (1, 2) du convertisseur. 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il 10 comporte un pont de mesure (4) intégrant deux condensateurs (CY, CA) montés en série pour relier les circuits primaire et secondaire (1, 2). 3- Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comporte un générateur E de fréquence F alimentant ledit pont 15 de mesure (4). 4- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit générateur E alimente un circuit comportant une résistance de charge RE. 5- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit 20 circuit alimenté par le générateur E est isolé du pont de mesure (4) grâce à un isolement galvanique (6). 6- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la détection de défaut d'isolement est effectuée sur la résistance de charge RE par un compensateur (11) 25 7- Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que la mesure de défaut d'isolement est effectuée sur au moins un condensateur CA du pont de mesure (4). 8- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comporte un filtre redresseur (13) aux bornes dudit condensateur CA 30 du pont de mesure (4). 9- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé par le fait que la fréquence F du générateur E est sensiblement égale à lafréquence de résonance Fr du circuit constitué par le transformateur 6 et des condensateurs (CY, CA) du pont de mesure (4).