Brevet FR2957466A1 — publié le 20110916

SSPC AVEC LIMITATION DE COURANT ACTIVE Contexte de l'invention La présente invention concerne un contrôleur de puissance à semi-conducteurs dans lequel un courant d'appel est classé et géré. Les systèmes de distribution d'énergie sont utilisés pour commander la circulation d'énergie d'une source commune, telle qu'un bus de puissance, vers une pluralité de composants. Généralement, des disjoncteurs sont inclus avec des contrôleurs pour commander la quantité d'énergie circulant du bus vers n'importe quel dispositif. Une application commune pour ces systèmes est la fourniture d'un accès à une énergie électrique pour un avion, et ses divers composants. Historiquement, des disjoncteurs électromécaniques ont été utilisés. Les disjoncteurs électromécaniques présentaient certaines insuffisances en ce qu'ils pouvaient être dégradés dans le cas de défauts d'isolement répétés. En outre, ils étaient relativement lourds et grands. Plus récemment, des contrôleurs de puissance à semi-conducteurs (SSPC) ont été utilisés pour remplacer les disjoncteurs électromécaniques. Le dispositif de commutation dans un SSPC peut dissiper une chaleur excessive à des niveaux de courant élevés dus à des résistances internes. Ainsi, les SSPC soulèvent certains problèmes. En outre, le SSPC peut être soumis à un courant d'appel élevé pendant une fermeture de canal, par exemple lors de la distribution d'énergie à un condensateur de stockage dans une charge continue en aval. Ce courant d'appel peut affecter de manière négative la qualité de l'énergie sur le bus continu. Résumé de l'invention Un module de distribution d'énergie comporte une ligne d'entrée pour recevoir une énergie d'une source d'alimentation continue. Un commutateur ouvre de manière sélective la ligne d'entrée et bloque la fourniture d'énergie de la ligne d'entrée à une ligne de sortie à connecter à une charge continue. Une commande de puissance à semi-conducteurs commande une commande de grille pour le commutateur. La commande de puissance à semi-conducteurs peut être utilisée pour établir une distinction entre un mode de précharge, dans lequel un courant est appelé de manière importante pour alimenter un condensateur dans la charge continue en aval, et un mode de court-circuit, dans lequel un court-circuit existe dans le système. Ces caractéristiques et d'autres de la présente invention peuvent être mieux comprises à partir de la description et des dessins qui 10 suivent, dont une brève description est donnée ci-après. Brève description des dessins La figure 1 montre une architecture de système. La figure 2 montre un module de distribution d'énergie. 15 Description détaillée du mode de réalisation préféré Une architecture de système électrique 20 telle que pouvant être utilisée dans un avion est montrée sur la figure 1. L'architecture de système 20 peut recevoir une énergie continue d'une source 20 d'alimentation continue 22. La source d'alimentation continue 22 peut être un système de turbines fournissant un courant alternatif par l'intermédiaire d'un onduleur pour délivrer une énergie continue à une barre de bus continu 26. La barre de bus continu 26 communique avec une pluralité de modules de distribution d'énergie continue 28. Des 25 charges continues 102, telles que des moteurs, etc., sont positionnées en aval des modules de distribution d'énergie continue 28. Une source d'alimentation de commande continue 24 délivre une énergie à un contrôleur d'ensemble de distribution d'énergie continue (PDA) 32, qui reçoit et envoie des signaux d'un/à un bus de communication de 30 données 30. Le bus de communication de données 30 communique avec chacun des modules de distribution d'énergie continue 28. De plus, une énergie continue peut être délivrée sur une ligne 33 de la source d'alimentation de commande continue 24 à chacun des modules de distribution d'énergie continue 28. 35 Chacun des modules de distribution d'énergie 28 peut être structuré comme montré sur la figure 2. Comme montré, une ligne de la source d'alimentation continue 22 délivre une énergie continue par l'intermédiaire d'un commutateur 60. Une commande de grille 58 ouvre et ferme le commutateur 60 en réponse aux signaux détectés. Une ligne d'entrée 51 mène au module de distribution d'énergie 28, et à travers un capteur de tension 50. Le capteur de tension 50 est destiné à garantir que la tension délivrée est dans une plage de tensions acceptables avant que le commutateur 60 ne soit fermé. A ce titre, il agit en tant qu'élément de sécurité. Un détecteur de courant 52 détecte un courant (IDC_LOAD), tandis qu'un capteur de tension 54 détecte une tension (VDC_LOAD) alimentant les charges continues 102. La sortie du capteur de tension est la ligne 53, qui mène à la charge continue 102. En outre, la ligne 33 passe à travers une alimentation interne 49, qui agit en réalité en tant que transformateur pour réduire la tension appliquée sur une ligne de sortie 133 menant à des modules de commande et à des capteurs internes dans le module de distribution d'énergie 28. Les sorties du capteur de tension 50, du détecteur de courant 52 et du capteur de tension 54 sont toutes envoyées à un contrôleur de commande de puissance à semi-conducteurs (SSPC) 62. Le contrôleur SSPC 62 peut être n'importe quel dispositif approprié qui est capable de recevoir des signaux, et de fournir des signaux de sortie à la commande de grille 58 pour commander le commutateur 60. Par exemple, le contrôleur SSPC 62 peut comprendre un ou plusieurs dispositifs logiques programmables, circuits intégrés spécifiques à une application, processeurs de signaux numériques, et/ou microcontrôleurs. Un capteur de température 56 est également prévu pour une protection contre une température connue, comme cela peut être connu dans les SSPC. Le module de distribution d'énergie continue 28 est capable d'établir une distinction entre un fonctionnement normal, un mode de précharge et un mode de court-circuit par rapport à une tension et un courant appliqués aux charges continues 102. Dans un mode de précharge, le contrôleur SSPC 62 commande l'actionnement du commutateur 60 pour permettre la fourniture graduelle d'un courant d'appel à un condensateur 100 qui peut être trouvé dans chacune des charges continues 102. Les condensateurs 100 sont montrés schématiquement sur la figure 1, comme le sont les charges continues 102. Les condensateurs 100 sont généralement chargés au démarrage initial du système. Un mode de précharge est déterminé lorsque la valeur VDC_LOAD > VTHR ; et IDC_LOAD > ITHR. VTHR et ITHR sont une tension et un courant de seuil, respectivement, qui peuvent être déterminés comme étant indicatifs d'un mode de précharge. Dans un mode de précharge, on s'attendrait à ce que la tension et le courant soient relativement grands, et au-dessus des seuils. D'autre part, un mode de court-circuit peut être identifié lorsque VDC_LOAD ITHR. Un court-circuit serait indicatif de cette tension et de ce courant tels que détectés à l'emplacement des capteurs 52 et 54. Un mode normal correspondrait généralement à 15 VDC_LOAD > VTHR et IDC_LOAD REVENDICATIONS1. Module de distribution d'énergie (28) comprenant : une ligne d'entrée (51) pour recevoir une énergie d'une source 5 d'alimentation continue (22) ; un commutateur (60) pour ouvrir de manière sélective ladite ligne d'entrée et bloquer la fourniture d'énergie de ladite ligne d'entrée à une ligne de sortie (133) à connecter à une charge continue (102) ; une commande de puissance à semi-conducteurs (62) configurée 10 pour commander une commande (58) pour ledit commutateur, ladite commande de puissance à semi-conducteurs pouvant être utilisée pour établir une distinction entre un mode de précharge, dans lequel un courant circule de manière importante pour alimenter un condensateur dans la charge continue, et un mode de court-circuit, dans lequel un 15 court-circuit existe. 2. Module de distribution d'énergie selon la revendication 1, dans lequel ladite commande de puissance à semi-conducteurs (62) a un premier mode de fonctionnement lorsque le mode de précharge est détecté, et un deuxième mode de fonctionnement lorsque le mode de 20 court-circuit est détecté, et un troisième mode de fonctionnement dans des conditions normales. 3. Module de distribution d'énergie selon la revendication 2, dans lequel une tension et un courant sont détectés entre la ligne d'entrée (51) et la ligne de sortie (133), et la combinaison dudit courant détecté 25 et de ladite tension détectée est utilisée pour déterminer celui des trois modes de fonctionnement qui est approprié. 4. Module de distribution d'énergie selon la revendication 3, dans lequel ladite tension détectée est comparée à une tension de seuil, et ledit courant détecté est comparé à un courant de seuil pour effectuer 30 ladite détermination. 5. Module de distribution d'énergie selon la revendication 4, dans lequel, si ladite tension détectée est supérieure à ladite tension de seuil, et si ledit courant détecté est supérieur audit seuil de courant, alors il est déterminé qu'un premier mode est approprié. 35 6. Module de distribution d'énergie selon la revendication 4 ou 5, dans lequel, si ladite tension détectée est inférieure audit seuil de tension, et si ledit courant détecté est supérieur audit seuil de courant, alors il est déterminé que ledit deuxième mode est approprié. 7. Module de distribution d'énergie selon la revendication 4, 5 ou 6, dans lequel, si ladite tension détectée est supérieure audit seuil de tension et si ledit courant détecté est inférieur audit seuil de courant, alors il est déterminé que ledit troisième mode de fonctionnement est approprié. 8. Module de distribution d'énergie selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel ledit premier mode de fonctionnement comprend ladite commande de puissance à semi-conducteurs (62) permettant une modulation de durée d'impulsion dudit commutateur (60) 9. Module de distribution d'énergie selon la revendication 8, dans lequel ladite modulation de durée d'impulsion fonctionne avec un rapport cyclique variable croissant jusqu'à ce que ladite tension détectée atteigne une valeur prédéterminée, et ensuite ledit commutateur (60) est complètement fermé. 10. Module de distribution d'énergie selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, dans lequel ledit contrôleur de puissance à semi- conducteurs (62) utilise une modulation de durée d'impulsion pour commander ledit commutateur (60) dans ledit deuxième mode. 11. Module de distribution d'énergie selon la revendication 10, dans lequel ledit rapport cyclique de modulation de durée d'impulsion est commandé sur la base dudit courant détecté, et d'une comparaison avec une valeur de limitation, et après une période de temps ledit commutateur est complètement ouvert. 12. Module de distribution d'énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un capteur de tension de sécurité (50) est positionné en amont dudit commutateur sur ladite ligne d'entrée pour garantir qu'une tension délivrée est dans une plage acceptable avant que ledit commutateur ne soit fermé. 13. Architecture de puissance (20) comprenant : un bus de puissance continu (26) ; ledit bus de puissance continu communiquant avec une pluralité de modules de distribution d'énergie continue (28) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et une pluralité de charges (102) recevant une énergie desdits modules de distribution d'énergiecontinue, au moins certaines desdites charges comprenant un condensateur. 14. Procédé de mise en oeuvre d'un module de distribution d'énergie (28) comprenant les étapes suivantes : (a) prévoir de manière sélective un commutateur (60) sur une ligne d'entrée (51) pour bloquer la fourniture d'énergie de ladite ligne d'entrée à une ligne de sortie (133) connectée à une charge continue (102) ; et (b) détecter un courant et une tension et établir une distinction entre un mode de précharge, dans lequel un courant circule de manière importante pour alimenter un condensateur dans la charge continue, et un mode de court-circuit, dans lequel un court-circuit existe, et utiliser une modulation de durée d'impulsion pour commander l'ouverture du commutateur (60) dans ledit mode de précharge et ledit mode de court- circuit.