Brevet FR2948834A1 — publié le 20110204

Pont électronique d'asservissement sérigraphié compensé en fréquence Le domaine de l'invention est celui des systèmes électroniques utilisant un pont diviseur résistif d'asservissement haute impédance. Un circuit de ce type est représenté en figure 1. Il comporte essentiellement un pont résistif PR (zone entourée d'un rectangle en pointillés) alimenté en haute tension par les générateurs de tension continue VDC et de tension alternative VAC. Ce pont comporte deux résistances RH et RL disposées en série. La résistance RH a une valeur beaucoup plus élevée que la résistance RL. La tension utile S est prise aux bornes du pont résistif PR. La tension d'asservissement TA est prise aux bornes de la résistance RL. Pour donner des ordres de grandeur, la tension utile S peut prendre des valeurs de plusieurs milliers de volts alors que la tension d'asservissement ou de contrôle TA est de l'ordre de quelques volts. Ce dispositif n'est malheureusement pas parfait. Comme indiqué sur la figure 1, il existe des capacités parasites CHP et CAP en parallèle des résistances RH et RL. Ces capacités provoquent une diminution ou une augmentation de l'atténuation du pont résistif, fonction de la fréquence comme indiqué sur la figure 2 qui représente l'atténuation du pont résistif en dB en fonction de la fréquence F du signal. Si le produit RH.CLP est égal au produit RL.CHP, l'atténuation du pont résistif reste constante, indépendante de la fréquence (courbe en trait continu de la figure 2). Si le produit RH.CLP est supérieur au produit RL.CHP, l'atténuation du pont résistif augmente et si, au contraire, le produit RH.CLP est inférieur au produit RL.CHP, l'atténuation du pont résistif diminue comme on le voit sur les courbes en pointillés de la figure 2. Il est donc nécessaire que le pont résistif soit compensé en fréquence de manière à s'affranchir de la coupure en fréquence liée aux éléments parasites. Cette compensation du pont résistif doit permettre de conserver un rapport d'atténuation constant quelle que soit la fréquence du signal à asservir. La difficulté consiste à réaliser une compensation répétitive et stable en température, permettant de rendre négligeables les éléments parasites, dans le minimum d'encombrement. Les solutions techniques pour réaliser cette fonction de compensation consistent essentiellement à câbler des condensateurs discrets en parallèle sur les résistances du pont diviseur. Cette solution est illustrée en figure 3 où deux condensateurs de compensation CHC et CLc sont câblés en parallèle des condensateurs CHP et CAP. On maîtrise ainsi les valeurs des capacités en parallèle des résistances RH et RL. Les principaux inconvénients de cette solution technique sont essentiellement : une tolérance étroite sur les valeurs de condensateurs, entraînant 10 des problèmes de répétitivité, une stabilité en température médiocre qui entraîne des variations sur les valeurs des condensateurs, la nécessite de choisir des valeurs de condensateurs relativement élevées par rapport aux éléments parasites et enfin, 15 un encombrement relativement élevé des capacités de compensation, lié au niveau du signal à asservir. Le pont résistif selon l'invention ne présente pas ces inconvénients. En effet, il est réalisé par sérigraphie sur un matériau 20 céramique et intègre une capacité de compensation réalisée sur ce même matériau. L'association des techniques de sérigraphie et d'un substrat en céramique permet d'obtenir un composant parfaitement défini et très stable dans le temps, supprimant ainsi les principaux inconvénients des technologiques employées précédemment. 25 Plus précisément, l'invention a pour objet un pont diviseur résistif comprenant une première résistance et une seconde résistance disposées en série, caractérisé en ce que le pont comporte une lame de céramique à faces planes et parallèles, la première face de la lame comprenant une 30 première sérigraphie et une seconde sérigraphie d'un matériau conducteur, la géométrie de la première sérigraphie et de la seconde sérigraphie étant agencées de façon à former la première et la seconde résistances, la seconde face de la lame comprenant une troisième sérigraphie en forme de plan conducteur du même matériau conducteur, ledit plan conducteur étant disposé en regard de la première sérigraphie, le point commun reliant la première et la seconde résistance étant relié audit plan conducteur. Avantageusement, la première sérigraphie a la forme d'un serpentin dont la largeur vaut quelques centaines de microns et la longueur quelques décimètres, la lame est en alumine et le matériau conducteur est un mélange d'argent et de palladium. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non 10 limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 représente le schéma de principe d'un pont diviseur résistif ; La figure 2 représente l'atténuation du pont résistif en dB en fonction de la fréquence du signal dans un pont diviseur selon l'art antérieur ; 15 La figure 3 représente une compensation des capacités parasites d'un pont diviseur résistif selon l'art antérieur ; La figure 4 représente une vue de face, une vue de profil et une vue de dos d'un pont diviseur résistif selon l'invention ; La figure 5 représente la surface utile de la capacité d'un pont 20 diviseur résistif selon l'invention ; La figure 6 représente la mise en oeuvre électronique d'un pont diviseur résistif selon l'invention. A titre d'exemple non limitatif, la figure 4 représente une vue de 25 face, une vue de profil et une vue de dos d'un pont diviseur résistif selon l'invention. La figure 5 représente une vue agrandie de la vue de face du pont diviseur de la figure 4. Celui-ci comprend essentiellement une lame L de céramique à faces planes et parallèles comme on le voit sur la vue de profil de la figure 4. 30 La première face LI de la lame L représentée sur la vue de face de la figure 4 comprend une première résistance sérigraphiée RH et une seconde résistance sérigraphiée RL disposées en série. Ces deux sérigraphies sont réalisées dans un matériau conducteur. La première résistance RH a une impédance très élevée, de l'ordre de plusieurs centaines 35 de Mégohms, la seconde résistance RL a une résistance beaucoup plus faible, de l'ordre de plusieurs centaines de Kiloohms. La tension utile S est prise aux bornes du pont résistif. La tension d'asservissement est prise aux bornes de la résistance RL. Comme on le voit sur la vue de dos de la figure 4, la seconde face de la lame comprend une troisième sérigraphie en forme de plan conducteur P représenté par une surface grise sur cette figure. Il est réalisé dans le même matériau conducteur, le plan conducteur étant disposé en regard de la première sérigraphie, le point commun Pc reliant la première et la seconde résistance étant relié au plan conducteur. On obtient ainsi une capacité par couplage sur la résistance haute impédance du pont diviseur résistif. La figure 5 représente une vue agrandie de la vue de face du pont diviseur de la figure 4. Sur cette figure, les parties grisées représentent la zone S de la résistance RH en regard du plan conducteur P. Comme indiqué sur les figures 4 et 5, la première sérigraphie a préférentiellement la forme d'un serpentin dont la largeur vaut quelques centaines de microns et la longueur quelques décimètres. La lame L peut être en alumine et le matériau conducteur nécessaire à la réalisation des différentes sérigraphies peut être classiquement un mélange d'argent et de palladium. II est simple de déterminer les principaux paramètres du pont diviseur selon l'invention, c'est-à-dire la valeur des résistances, la valeur de la capacité de couplage, les dimensions et l'épaisseur de la lame de céramique. A titre d'exemple, si l'on souhaite asservir une alimentation Très Haute Tension (THT) délivrant une tension de sortie VOUT égale à 8500 VDC au moyen d'un pont résistif selon l'invention, on doit réaliser une image VIM de VOUT autour de 2,5 VDC en vue de son asservissement au moyen du pont diviseur résistif. Dans cet exemple, le substrat céramique utilisé est de l'alumine à 96%, son épaisseur e est de 1 millimètre. La permittivité sr de l'alumine est de 7.10"12 et sa variation thermique vaut 7ppm/°C. La sérigraphie des pistes et du plan est réalisée en argent / palladium.35 Les résistances du pont doivent vérifier : (RH+RL)/RL = VOUT/VIM Soit (RH+RL)/RL = 8500/2,5 = 3400, soit encore RH/RL = 3399 Si la résistance RH vaut 800 MQ, alors la résistance RL vaut 235 5 kQ. Compte-tenu de la résistivité électrique par unité de surface du dépôt sérigraphié, on peut obtenir la valeur de RH avec un dépôt dont la largeur vaut 300 pm et la longueur totale 350 mm. Ainsi fait, l'encombrement total du pont diviseur tient sur une lame de céramique rectangulaire d'un 10 centimètre de large et de trois centimètres de long. On calcule la capacité CH au moyen de la formule classique donnant la capacité d'un condensateur plan : CH = Er.S/e, S correspond à la surface en regard du plan conducteur de la seconde face et de la résistance 15 RH de la première face. Dans le cas présent, S vaut 106.10-6 m2. Par conséquent, on a : CH = (7.10-12.106.10-6)/1.10.3 = 0,75 pF à 7ppm/°C On sait que, pour que le pont diviseur ait un gain constant en fréquence, cette capacité doit être compensée par une capacité CL. La 20 compensation est optimale pour RH = CL , soit CL = 3399 CH. RL CH soit encore CL = 2,55 nF. De façon pratique, Il suffit de compenser cette capacité CH par un condensateur CL sur la partie basse impédance ou basse tension du circuit 25 d'asservissement haute impédance, ce qui ne pose alors aucun problème technique. En effet, dans cette partie du circuit, on fonctionne à faible tension, le condensateur peut avoir un faible volume et le choix de la valeur de la capacité (quelques nanoFarads) ne pose aucun problème. Le schéma électronique de la figure 6 montre un exemple 30 d'implantation du condensateur de compensation CL dans un circuit d'alimentation haute tension comportant un asservissement à pont diviseur. Pour la compensation en fréquence, on utilise: - la capacité CH par couplage sur la résistance haute impédance (haute tension) RH du pont diviseur. - Un condensateur discret CL câblé, sur la partie basse tension, en parallèle sur la résistance basse impédance (basse tension). Sur ce schéma, les limites du pont diviseur PR sont représentées par un premier rectangle en pointillés, les limites de la partie haute tension du circuit de génération CHT du signal haute tension sont représentées par un second rectangle en pointillés, plus grand que le premier. Cette partie du circuit est généralement moulée de façon à assurer sa protection vis-à-vis de l'environnement extérieur. La tension d'asservissement TA est réinjectée à l'entrée d'un amplificateur de commande A du signal de sortie haute tension S. Les avantages du pont résistif selon l'invention sont nombreux. On citera La réalisation du pont diviseur par sérigraphie permet de pouvoir ajuster très finement son atténuation par les méthodes de � trim � 15 dynamique ; - Le matériau céramique utilisé comme diélectrique étant très stable en température et la sérigraphie très répétitive, l'atténuation du pont diviseur ainsi que la capacité obtenue par couplage sont également très stables et répétitives ; 20 L'encombrement de la capacité ainsi réalisée est quasi nul ; Le plan réalisé sur la "face 2" du substrat céramique fait office d'écran électronique par rapport à l'environnement extérieur ; Le fait de stabiliser et de maîtriser les éléments parasites permet de ne pas avoir besoin de s'en affranchir, mais, au contraire, de les 25 utiliser ; Enfin, la tenue en tension est assurée par la prise en compte des contraintes sur le pont résistif. REVENDICATIONS1. Pont diviseur résistif (PR) comprenant une première résistance (RH) et une seconde résistance (RL) disposées en série, caractérisé en ce que le pont comporte une lame de céramique (L) à faces planes et parallèles, la première face (L1) de la lame comprenant une première sérigraphie et une seconde sérigraphie d'un matériau conducteur, la géométrie de la première sérigraphie et de la seconde sérigraphie étant agencées de façon à former la première et la seconde résistances (RH, RL), la seconde face (L2) de la lame comprenant une troisième sérigraphie en forme de plan conducteur (P) du même matériau conducteur, ledit plan conducteur (P) étant disposé en regard de la première sérigraphie, le point commun (Pc) reliant la première et la seconde résistance étant relié audit plan conducteur. 2. Pont diviseur résistif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première sérigraphie a la forme d'un serpentin dont la largeur vaut 20 quelques centaines de microns et la longueur quelques décimètres. 3. Pont diviseur résistif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lame (L) est en alumine et en ce que le matériau conducteur est un mélange d'argent et de palladium. 25