Brevet FR2941101A1 — publié le 20100716

L'invention concerne un dispositif de protection contre des courts circuits à une borne positive d'une batterie, d'une borne de signaux, entrée ou sortie, reliée par une liaison filaire à un port d'un calculateur. Les calculateurs des véhicules automobiles sont tenus de présenter des 5 modes de très basse consommation notamment lorsque les véhicules sont à l'arrêt, de façon à ne pas entraîner une décharge des batteries. Une conséquence négative de cette obligation réside dans les risques de destruction de ces calculateurs dans l'éventualité d'un court circuit à une borne positive de la batterie d'alimentation électrique de ces derniers. En effet, le courant injecté dans 10 les calculateurs résultant de ce court circuit s'avère alors notablement supérieur à celui consommé par ces calculateurs, et la tension dans ces derniers atteint des valeurs voisines de celles de la tension de la batterie. Afin de prévenir de tels risques de destruction, une solution classique consiste à réaliser des dispositifs de protection consistant en des diodes interposées sur les 15 liaisons filaires reliant les bornes de signaux, entrées ou sorties, aux ports des calculateurs. Toutefois, de telles diodes provoquent une chute de tension de valeur variable et introduisent donc une erreur non maîtrisable sur la valeur des signaux issus du calculateur ou délivrés vers ce dernier. Les applications actuelles nécessitant fréquemment une maîtrise parfaite de la 20 valeur des signaux issus des calculateurs ou délivrés vers ces derniers, une telle solution s'avère donc inadaptée pour de nombreuses applications. La présente invention vise à pallier cet inconvénient et a pour principal objectif de fournir un dispositif de protection, d'une part, garantissant une protection efficace des calculateurs contre des courts circuits à une borne positive d'une batterie, et d'autre part, 25 transparent, en mode de fonctionnement normal, pour les signaux issus de ces calculateurs ou délivrés vers ces derniers. A cet effet, l'invention vise un dispositif de protection comportant : • des moyens de commutation intégrant un commutateur, adaptés pour que le dit commutateur commute, au-delà d'un seuil de tension 30 prédéterminé, d'une position passive de conduction du courant électrique entre la borne de signaux et le port du calculateur, vers une position active de drainage du courant électrique vers la masse, • et des moyens résistifs, dits premiers moyens résistifs, disposés entre les moyens de commutation et la borne de signaux et adaptés pour limiter l'intensité de courant traversant les dits moyens de commutation, dans la position active de drainage du commutateur. Un tel dispositif de protection comprend donc • un commutateur adapté, d'une part, pour être passif lors du fonctionnement normal du calculateur et donc non susceptible d'altérer le signal issu du calculateur ou délivré vers ce dernier, et d'autre part, pour devenir actif et protéger le calculateur uniquement lors d'une élévation de tension susceptible de dégrader le dit calculateur. Lors d'une telle élévation de tension, en effet, le courant électrique résultant du court circuit est drainé vers la masse et n'atteint pas le calculateur, • et des moyens résistifs adaptés pour protéger le commutateur dans l'éventualité d'un court circuit. De par cette conception, un tel dispositif s'avère ainsi assurer une protection efficace contre les courts circuits tout en étant totalement transparent lors du 15 fonctionnement normal de l'application. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le dispositif de protection comprend des moyens résistifs, dits seconds moyens résistifs, adaptés pour drainer vers la masse le courant électrique circulant entre le port du calculateur et les moyens de commutation, dans la position active de conduction des dits moyens de 20 commutation. De tels seconds moyens résistifs ont pour fonction de dériver vers la masse le courant résiduel non drainé par les moyens de commutation dans l'hypothèse où ce courant résiduel ne peut être consommé en sortie du régulateur de tension fournissant la tension d'alimentation du microprocesseur du calculateur, et où, de ce fait, ce courant 25 résiduel s'avère susceptible d'entraîner des dégradations des composants. Selon une première variante avantageuse de réalisation de l'invention, les moyens de commutation sont adaptés pour écrêter la tension du courant électrique. Ces moyens de commutation comprennent alors avantageusement un commutateur consistant en une diode Zener associée à des moyens de polarisation de la 30 dite diode Zener alimentés avec une tension d'alimentation égale à la tension d'alimentation du microprocesseur du calculateur. De plus, selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les moyens de polarisation de la diode Zener comprennent une diode adaptée pour polariser le courant de fuite de la dite diode Zener, et les moyens de commutation comportent une 35 diode d'isolation connectée entre la diode de polarisation et la liaison filaire. Selon une seconde variante avantageuse de réalisation de l'invention, les moyens de commutation sont adaptés pour écrêter l'intensité du courant électrique. Ces moyens de commutation comprennent, en outre, avantageusement un commutateur consistant en un transistor associé à une résistance de détermination d'un courant résiduel de polarisation du dit transistor. Par ailleurs, les premiers moyens résistifs consistent avantageusement selon 5 l'invention en une résistance montée en série entre les moyens de commutation et la borne de signaux. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le dispositif de protection comprend des résistances électriques connectées sur la liaison filaire et incluant les éventuelles résistances des moyens de commutation et des premiers moyens 10 résistifs, les dites résistances présentant une valeur ohmique cumulée adaptée pour que la tension au niveau de la borne de signaux soit sensiblement égale à la tension au niveau du port du calculateur. D'autres caractéristiques buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre 15 d'exemples non limitatifs deux modes de réalisation préférentiels. Sur ces dessins : - la figure 1 est un schéma électrique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de protection selon l'invention, - et la figure 2 est un schéma électrique d'un second mode de réalisation de ce dispositif de protection. 20 Le dispositif de protection selon l'invention, dont deux modes de réalisation sont représentés à titre d'exemples aux figures, est destiné à assurer la protection contre des courts circuits à une borne positive d'une batterie délivrant une tension Vbat, d'une borne de signaux I/O, entrée ou sortie, reliée par une liaison filaire L à un port e d'un calculateur pC doté d'un microprocesseur alimenté à une tension VN classiquement de 5 25 Volts. A cet effet, ce dispositif de protection comporte trois blocs fonctionnels interposés sur la liaison filaire L, consistant en : • des moyens de commutation, F1 (figure 1) - F'1 (figure 2), intégrant un commutateur et adaptés pour que le dit commutateur commute, au-delà d'un 30 seuil de tension prédéterminé, d'une position passive de conduction du courant électrique entre la borne de signaux I/O et le port e du calculateur pC, vers une position active de drainage du courant électrique vers la masse, • des premiers moyens résistifs F2 (figure 1) - F'2 (figure 2), disposés entre les moyens de commutation et la borne de signaux I/O et adaptés pour limiter 35 l'intensité de courant traversant les dits moyens de commutation dans la position active de drainage du commutateur, • et des seconds moyens résistifs, F3 (figure 1) F'3 (figure 2), adaptés pour drainer vers la masse le courant électrique circulant entre les moyens de commutation et le port e du calculateur pC, dans la position active de conduction des dits moyens de commutation. Selon le premier mode de réalisation représenté à la figure 1, et en premier lieu, le commutateur des moyens de commutation F1 consiste en une diode Zener Z présentant une tension d'avalanche par exemple égale à 5,6 Volts, adaptée pour drainer vers la masse le courant électrique circulant dans la liaison filaire L lorsque la tension aux bornes de la dite diode Zener atteint sa tension d'avalanche. Cette diode Zener Z est, en outre, associée à une diode de polarisation D2 alimentée avec une tension d'alimentation VN égale à la tension d'alimentation du microprocesseur du calculateur (pC), et connectée de façon à polariser le courant de fuite de la dite diode Zener. De plus, les moyens de commutation F1 comportent une diode d'isolation Dl 15 connectée entre la diode de polarisation D2 et la liaison filaire L. Selon ce premier mode de réalisation, les premiers moyens résistifs consistent, quant à eux, en une résistance R2 montée en série entre les moyens de commutation F1 et la borne de signaux I/O, et de valeur adaptée pour limiter l'intensité du courant traversant les dits moyens de commutation dans la position active de drainage de 20 la diode Z. Dans l'exemple précité d'une diode Zener Z dont la tension d'avalanche est de 5,6 Volts, cette résistance est ainsi adaptée pour limiter à 6,2 Volts la tension aux bornes des moyens de commutation F1 lors d'un court circuit à la borne positive de la batterie. Les seconds moyens résistifs F3 consistent, par ailleurs, en une résistance R3 connectée à la masse, adaptée pour drainer vers la masse le courant électrique circulant 25 entre les moyens de commutation F1 et le port e du calculateur pC, dans la position active de conduction des dits moyens de commutation. Dans l'exemple précité d'une diode Zener Z présentant une tension d'avalanche de 5,6 Volts, cette résistance R3 est ainsi adaptée pour drainer vers la masse le courant électrique résultant de la différence entre la tension de 6,2 Volts aux bornes des moyens de commutation F1 et la tension VN. 30 En dernier lieu, selon ce premier mode de réalisation, le dispositif de protection comporte une résistance électrique R4 disposée entre le port e du calculateur pC et les seconds moyens résistifs R3, de valeur adaptée pour que la valeur ohmique cumulée de la dite résistance et de la résistance R2 soit telle que la tension au niveau de la borne de signaux I/O soit sensiblement égale à la tension au niveau du port e du 35 calculateur pC. Selon le second mode de réalisation représenté à la figure 2, le commutateur des moyens de commutation F'1 consiste en un transistor T associé à une résistance R `1 connectée sur la liaison filaire L entre la base et l'émetteur du dit transistor, de détermination du courant résiduel de polarisation de ce dernier. A titre d'exemple, le transistor T et la résistance R'1 sont ainsi adaptés pour que le transistor T commute vers sa position active pour une valeur de la tension entre sa base et son émetteur supérieure à 0,6 Volts correspondant à une intensité de courant de 0,6V/R'1 mA circulant dans la résistance R'1 Tel que précédemment, les premiers moyens résistifs de ce second mode de réalisation consistent, quant à eux, en une résistance R'2 montée en série entre les moyens de commutation F'1 et la borne de signaux I/O, et de valeur adaptée pour limiter l'intensité du courant traversant les dits moyens de commutation dans la position active de drainage du transistor T. Les seconds moyens résistifs F3 consistent, par ailleurs, également en une résistance R'3 connectée à la masse, adaptée pour drainer vers la masse le courant électrique circulant entre les moyens de commutation F'1 et le port e du calculateur pC, dans la position active de conduction des dits moyens de commutation, correspondant au courant de polarisation du transistor T. En dernier lieu, selon ce second mode de réalisation, les résistances électriques R'1 et R'2 connectées en série sur la liaison filaire L présentent une valeur adaptée pour que la valeur ohmique cumulée des dites résistances soit telle que la tension au niveau de la borne de signaux I/O soit sensiblement égale à la tension au niveau du port e du calculateur pC. De tels dispositifs de protection sont ainsi adaptés: • d'une part, pour être totalement transparents lors du fonctionnement normal de l'application, c'est-à-dire non susceptibles d'altérer la valeur du signal issu 25 du calculateur pC ou délivré vers ce dernier, • et d'autre part, pour dériver vers la masse le courant circulant dans la liaison filaire L reliant le port e du calculateur pC et la borne I/O, dans l'éventualité d'un court circuit à la borne positive de la batterie, et ainsi pour assurer une protection efficace du dit calculateur.