Brevet FR2969302A1 — publié le 20120622

B11-5717FR 1 Procédé et dispositif de test pour un dispositif de protection contre les tensions transitoires La présente invention concerne un procédé et un dispositif de test pour des dispositifs de protection en tension, en particulier pendant la vie en service d'un produit. Des dispositifs de protection contre les tensions transitoires sont utilisés pour protéger des circuits électroniques sensibles à la foudre, de défauts et autres phénomènes transitoires qui peuvent endommager les circuits. Tous défauts dans les dispositifs de protection eux-mêmes peuvent avoir des implications de sécurité sérieuses, particulièrement sur des produits aérospatiaux. Conventionnellement, des dispositifs de protection contre les tensions transitoires sont seulement testés par le fabricant du dispositif. Ils ne sont généralement pas réessayés, même quand ils sont assemblés dans une carte de circuit imprimé (PCB). Par conséquent, cela peut permettre à certains types de défauts de rester indétectés laissant les circuits non protégés. Selon la présente invention, il est proposé un procédé pour tester un dispositif de protection en tension dans un circuit pourvu d'une source et d'une charge, le procédé comprenant les étapes suivantes : placer un détecteur en parallèle avec le dispositif de protection ; ouvrir un dispositif de commutation placé dans le circuit ; et détecter une propriété de la pointe de tension causée par le rythme de variation du courant dans l'inductance du circuit produit par l'ouverture du dispositif de commutation pour déterminer l'état du dispositif de protection. Si le dispositif de protection fonctionne de manière satisfaisante, la pointe de tension causée par le rythme de variation de courant dans l'inductance du circuit quand un commutateur est ouvert doit avoir des propriétés, comme une pente, une durée, une tension de pic, etc. de valeurs prédéterminées attendues ou dans des plages prédéterminées attendues. Si la propriété détectée de la pointe de tension est dans la plage prédéterminée, il peut être supposé que le dispositif de protection travaille de manière satisfaisante. Autrement, on peut supposer que le dispositif de protection en tension présente un défaut. La nature du défaut, comme un court-circuit partiel dans le dispositif de protection ou une impédance élevée ou un circuit ouvert peut être déterminé par si la propriété mesurée est au-dessous ou au-dessus de la valeur prédéterminée ou la plage prédéterminée. De combien la propriété mesurée est au-dessus ou au-dessous de la valeur prédéterminée ou la plage prédéterminée peut être indicatif de l'état du dispositif de protection ou circuit. Par exemple, si la propriété mesurée est au-dessus ou au-dessous d'une valeur prédéterminée attendue, même si elle est encore dans la plage prédéterminée attendue, cela peut être indicatif d'un fonctionnement non idéal du circuit ou d'un composant. Le pic de pointe de tension est de préférence détecté car cela est une propriété très claire, facilement mesurable. Un avantage de la présente invention est que la pointe de tension produite par l'ouverture d'un commutateur est généralement plus grande et mieux définie que lorsque des courants de charge normaux sont commutés. Par conséquent, une pointe de tension suffisamment grande pour tester un dispositif de protection en tension peut être générée même dans des circuits avec des inductances relativement faibles. Si nécessaire, une inductance supplémentaire peut être fournie dans le circuit ou un court-circuit peut être appliqué à une sortie du circuit pour augmenter le rythme de variation du courant dans l'inductance de circuit quand le dispositif de commutation est ouvert et produire ainsi une pointe de tension suffisamment grande pour faire que le dispositif de protection conduise. Selon un autre aspect de la présente invention, il est proposé un dispositif de test pour dispositif de protection dans un circuit ayant une source et une charge, le dispositif de test comprenant : un détecteur placé en parallèle avec le dispositif de protection pour détecter une propriété de la pointe de tension produite en fermant et ouvrant ensuite un dispositif de commutation placé dans le circuit ; et une commande pour déterminer l'état du dispositif de protection en fonction de la propriété détectée de la pointe de tension produite par l'ouverture du commutateur. Le dispositif de commutation peut être un commutateur individuel ou une pluralité de commutateurs. S'il y a une pluralité de commutateurs ils peuvent être connectés en parallèle. Le commutateur ou les commutateurs peuvent être un ou plusieurs dispositifs semi-conducteurs. Des modes de réalisation de la présente invention vont maintenant être décrits, à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 montre un circuit pourvu d'un dispositif de test selon la présente invention ; - la figure 2 montre des pointes de tension au point T produites par la fermeture et l'ouverture d'un dispositif de commutation dans le circuit de la figure 1 ; - la figure 3 est un exemple d'un dispositif de détection de protection en tension pour un circuit un courant continu ; - les figures 4a et 4b montrent deux exemples de dispositifs de protection en tension pour un circuit avec un courant alternatif ; - la figure 5 est un exemple d'un détecteur de tension de pic qui peut être utilisé dans un exemple de la présente invention ; - la figure 6 est un exemple d'un autre circuit illustrant la présente invention ; - la figure 7 montre une version modifiée du circuit montré sur la figure 1 pourvu d'un court-circuit agencé pour être appliqué à une sortie du circuit ; - la figure 8 montre une version modifiée du circuit montré sur la figure 6 pourvu d'un court-circuit agencé pour être appliqué à une sortie du circuit ; et - la figure 9 montre un dispositif de commutation et un dispositif de protection fournis comme un seul bloc de composant. La figure 1 illustre un exemple d'un dispositif de test pour dispositif de protection en tension placé dans un circuit. Le circuit 10 présente une source de tension 20, une charge 30 et des moyens de commutation 40 placés entre elles. Le circuit 10 peut, par exemple, être placé sur un aéronef de telle manière que la source de tension 20 peut être fournie par un générateur de moteur et la charge 30 peut être un composant sur l'aéronef, comme pour actionner un composant de l'aéronef comme un volet ou le train d'atterrissage ou un composant dans l'aéronef comme des instruments ou des divertissements à bord. Les moyens de commutation 40 peuvent être un commutateur individuel, une pluralité de commutateurs ou un circuit de commutation de puissance par exemple, comme une commande de puissance à semi-conducteurs. Une commande de puissance à semi-conducteurs peut, par exemple, comprendre un ou plusieurs dispositifs semi- conducteurs connectés en parallèle. Le circuit de commutation est utilisé pour connecter la source de tension 20 à la charge 30. La source de tension 20 et son câblage associé ont une inductance intrinsèque 31. Un dispositif de protection 50, dans cet exemple un dispositif de protection contre les tensions transitoires, est placé aux bornes de la source de tension 20. Un détecteur 60 est placé en parallèle avec le dispositif de protection 50 pour détecter une propriété de la pointe de tension produite par l'ouverture du dispositif de commutation 40. Le détecteur 60 qui peut être un organe matériel ou un logiciel détecte une propriété comme une pente, une durée, une tension de pic, etc. de la pointe de tension qui est utilisée pour déterminer un état du dispositif de protection 50 comme s'il fonctionne de manière satisfaisante. La propriété détectée peut aussi être utilisée pour déterminer s'il y a des problèmes effectifs ou potentiels se développant dans le dispositif de protection 50 ou une partie du circuit 10. Le dispositif de commutation 40 peut, comme expliqué ci-dessus, comprendre une commande de puissance à semi-conducteurs (SSPC) qui peut comprendre un ou une pluralité de dispositifs semi- conducteurs connectés. S'il comprend une pluralité de dispositifs semi-conducteurs connectés en parallèle, ceux-ci peuvent être actionnés individuellement ou dans n'importe quelle combinaison pour obtenir une pointe de tension. La figure 2 illustre des pointes de tension au point T sur la figure 1 produites en fermant et ouvrant le dispositif de commutation illustré sur la figure 1. Comme on peut le voir, quand le dispositif de commutation 40 est fermé ou mis sur "on" à environ 250 µs, le courant à travers le dispositif de commutation montre rapidement jusqu'à celui fourni par la source 20, dans cet exemple approximativement 100 A. Comme on peut le voit aussi sur la figure 2, quand le courant à travers le dispositif de commutation 40 augmente, une première pointe de tension négative 101 est vue par le détecteur 60. Quand le dispositif de commutation est ouvert ou mis sur "off", dans cet exemple juste avant 500 µs, une pointe de tension positive 102 est vue par le détecteur 60. Le dispositif de protection en tension 50 ne conduit pas quand le dispositif de commutation 40 est fermé ou mis sur "on". I1 conduit seulement quand le dispositif de commutation est ouvert ou mis sur "off". Pour un circuit à courant continu, le côté positif du dispositif de protection en tension 50 est au point T de sorte qu'il conduit quand le dispositif de commutation 40 est ouvert ou mis sur "off" ce qui génère la pointe de tension 102. Si le dispositif de commutation 40 comprend une pluralité de commutateurs, ces commutateurs peuvent être actionnés individuellement ou dans n'importe quelle combinaison pour obtenir une pointe de tension. La figure 3 illustre un exemple d'un dispositif de protection en tension 50 selon la présente invention. Dans cet exemple, le dispositif de protection en tension 50 comprend un parasurtenseur qui est similaire à une diode Zener qui peut convenir pour une alimentation en courant continu 20. La figure 4a illustre un dispositif de protection en tension 50 qui comprend un parasurtenseur bidirectionnel qui est similaire à deux diodes Zener connectées inversement. Cela peut être utilisé dans le circuit de la figure 1 avec une alimentation en courant alternatif 20. Un dispositif de protection en tension alternative qui réalise la même fonction est une varistance à oxyde métallique comme montré sur la figure 4b. Bien que le détecteur 60 puisse détecter toute propriété souhaitée de la pointe de tension pour déterminer l'état du dispositif de protection, on a trouvé que détecter la tension de pic de la pointe de tension donne une indication fiable de l'état du dispositif de protection 50 et peut aussi être mesuré précisément et de manière répétée. La tension de pic de la pointe de tension peut être mesurée de toutes manières possibles, comme en utilisant un matériel ou un logiciel. La figure 5 illustre un matériel de détection de tension de pointe de tension convenable qui peut être utilisé dans un exemple de la présente invention. Le détecteur de tension de pic comporte une résistance de charge 110 connectée en série avec une diode 111 et un condensateur 112 qui est chargé par la pointe de tension. La charge sur le condensateur 112 est mesurée en un point P fournissant une indication de la tension de pic de la pointe de tension. Le condensateur 112 chargé est ensuite déchargé à travers la résistance 113 qui est généralement beaucoup plus grande que la résistance de charge 110. Une commande convenable, comme un microprocesseur qui peut, par exemple, être placé dans l'agencement de détecteur 60 montré sur la figure 1 ou dans une autre électronique de commande associée au circuit 10 peut être utilisée pour déterminer l'état du dispositif de protection 50 en fonction de la propriété détectée de la pointe de tension. Par exemple, lors de la mesure de la tension de pic détectée, une commande peut utiliser une table de conversion ou un algorithme pour déterminer si la tension de pic détectée est dans une plage prédéterminée attendue de telle manière que le dispositif de protection en tension 50 peut être considéré comme fonctionnant de manière satisfaisante ou si la tension de pic détectée est à l'extérieur d'une plage attendue prédéterminée indiquant que le dispositif de protection en tension ne fonctionne pas de manière satisfaisante ou présente un défaut. Par exemple, si une tension de pic mesurée est sous une valeur ou plage cela peut indiquer un court-circuit partiel dans le dispositif de protection en tension 50. Inversement, si une tension de pic mesurée est au-dessus d'une valeur prédéterminée ou d'une plage prédéterminée cela peut indiquer une impédance élevée ou un circuit ouvert dans le dispositif de protection en tension 50. En outre, l'appréciation quantitative d'une propriété mesurée, au-dessus ou au-dessous d'une valeur ou plage prédéterminée attendue peut aussi indiquer à quel point le défaut est sérieux. Dans l'exemple de pointe de tension 102 montré sur la figure 2, le pic de la pointe 102 est d'environ 90V. Différents circuits et applications ont différentes plages déterminées pour indiquer un fonctionnement satisfaisant. Par exemple, si un pic de tension détecté est au-dessus de 100V ou sous 70V, cela peut être indicatif d'un défaut. Si une tension de pic est au-dessus ou au-dessous de la valeur attendue, dans ce cas 90V, cela peut être indicatif d'un fonctionnement non idéal du circuit ou d'un composant même s'il est dans la plage attendue et donc peut suggérer de faire des recherches plus approfondies. L'exemple de la présente invention décrit ci-dessus en référence à la figure 1 a généralement une certaine inductance 21 dans l'alimentation en tension d'entrée 20 et son câblage associé. Si l'inductance intrinsèque 21 est trop petite pour produire une pointe de tension avec des propriétés mesurables, un inducteur convenable peut être placé dans le câblage associé à la source 20. La figure 6 illustre un second exemple d'un circuit illustrant un exemple de la présente invention. Cet exemple diffère du circuit de la figure 1 en ce que le dispositif de protection en tension 50 est placé entre la source 20 et la charge 30 de sortie. Comme dans l'exemple de la figure 1, le dispositif de commutation 40 peut être un seul commutateur ou une pluralité de commutateurs. Si le dispositif de commutation 40 est une pluralité de commutateurs, la pluralité de commutateurs peuvent être placés en parallèle et peuvent, par exemple, être une pluralité de dispositifs semi- conducteurs connectés en parallèle, comme une commande de puissance semi-conductrice (SSPC) utilisée pour relier la source 20 à la charge 30. Comme dans l'exemple de la figure 1, le dispositif de protection contre les tensions transitoires 50 comporte un détecteur 60 connecté à ses bornes en parallèle. Comme précédemment, le dispositif de protection 50 peut être testé en mesurant une propriété de la pointe de tension produite par l'ouverture du dispositif de commutation 40 ou en ouvrant et fermant les dispositifs semi-conducteurs connectés en parallèle individuellement ou dans n'importe quelle combinaison pour déterminer l'état du dispositif de protection 50. Comme dans les exemples montrés sur la figure 1, s'il y a une inductance intrinsèque insuffisante dans le circuit pour produire une pointe de tension suffisamment grande pour que le dispositif de protection conduise, un inducteur peut être ajouté en conséquence. Un avantage des exemples de la présente invention est que les pointes de tension produites sont plus grandes que celles qui ont lieu à des courants de charge normaux et donc fournissent des valeurs clairement mesurables qui peuvent être utilisées pour déterminer l'état du dispositif de protection, en particulier si ou non il y a un défaut ou s'il est susceptible de développer un défaut. L'amplitude de la pointe de tension positive 102 qui est détectée pour déterminer l'état du dispositif de protection 50 dépend de l'inductance L dans le circuit et du rythme de variation dl/dt quand le dispositif de commutation 40 est ouvert. L'amplitude de la pointe de tension V lors de l'ouverture du dispositif de commutation 40 est donnée par l'équation suivante : V = L x dl/dt L'inductance intrinsèque dans le circuit et le rythme de variation de courant habituel lors de l'ouverture du commutateur ont été généralement estimés comme convenant pour produire une pointe de tension de taille suffisante pour des mesures claires et répétables. Néanmoins, si besoin est, de plus grandes pointes de tension peuvent être produites quand cela est nécessaire, en incluant un inducteur supplémentaire L dans le circuit et/ou en fournissant un courant plus fort I. Comme illustré sur la figure 7, qui correspond à la figure 1 avec l'inclusion d'un commutateur de court-circuit 120 à la sortie, un courant plus élevé, habituellement de 5 à 10 fois son courant normal est fourni quand le dispositif de commutation est fermé après avoir fermé auparavant le commutateur de court-circuit 120, induisant ainsi une pointe de tension considérablement plus grande pour tester le dispositif de protection, même si l'inductance de circuit L est assez faible. Un avantage considérable de l'utilisation du court-circuit de sortie 120 est qu'un courant beaucoup plus grand que le courant de charge normal peut être utilisé pour le test sans appliquer une tension significative à la charge de sortie. La figure 8 montre un circuit équivalent à celui de la figure 6 aussi pourvu d'un commutateur de court-circuit 120 sur la sortie. Bien que les exemples décrits ci-dessus montrent le dispositif de commutation 40 et le dispositif de protection 50 comme des composants séparés, ils peuvent être combinés en un seul bloc de composants. Par exemple, comme montré sur la figure 9, le dispositif de commutation 40 peut inclure un ou plusieurs transistors 41, comme un ou plusieurs transistors à effet de champ ou MOSFET. La fonction de protection peut être fournie par deux petites diodes Zener 51, 52 à faible coût connectées entre la grille (G) et le drain (D) du ou de chaque transistor 41. Ces diodes Zener forcent le transistor 41 à conduire lourdement quand une tension en excès est appliquée entre le drain et la source empêchant ainsi cette tension de dépasser la tension de claquage du transistor. Par un choix approprié de diodes Zener, cette configuration fournit une auto-protection efficace contre une tension en excès aux bornes du transistor 41 de la même manière que pour les dispositifs de protection 50 illustrés ci-dessus, tout en pouvant encore être testé comme dans les exemples ci-dessus avec un détecteur 60 connecté autour de lui au drain (D) et à la source (S). Le transistor 41 est allumé ou éteint par un signal approprié appliqué à la grille (G) du transistor 41. Alors que des exemples ont été décrits en détail ci-dessus, de nombreuses variations peuvent être faites à ces exemples sans s'éloigner de la présente invention. Par exemple, le dispositif de commutation peut être un commutateur individuel ou une pluralité de commutateurs. Quand on utilise une pluralité de commutateurs, ils peuvent être placés en parallèle et chaque commutateur peut être un dispositif à semi-conducteurs de telle manière que le dispositif de commutation 40 est une commande de puissance à semi-conducteurs (SSPC). Des exemples de la présente invention peuvent être utilisés dans des systèmes à courant continu et alternatif. S'il est utilisé avec un système CA et avec le dispositif de commutation 40 comme une pluralité de dispositifs semi-conducteurs, ces dispositifs semi-conducteurs sont des commutateurs CA et le dispositif de protection en tension est bidirectionnel comme montré sur la figure 4a ou la figure 4b et peut fournir une protection positive et négative symétrique. REVENDICATIONS1. Procédé de test d'un dispositif de protection (50) en tension dans un circuit (10) pourvu d.'une source (20) et d'une charge (30), le procédé comprenant les étapes -suivantes placer un. détecteur (60) en parallèle avec le dispositif de protection (50) ouvrir un dispositif de commutation (40) placé dans le circuit ; et détecter une propriété de la pointe de tension (102) causée. par le rythme de variation de courant dans l'inductance de circuit produit par l'ouverture du dispositif de commutation (40) pour déterminer l'état du dispositif de protection (50). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'état du dispositif de protection (50) est déterminé en déterminant si. la propriété détectée de la pointe de tension (102) est dans une plage prédéterminée attendue. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l'état du dispositif de protection (50) est déterminé en déterminant la différence. entre la propriété détectée de la pointe de tension (102) et une valeur prédéterminée attendue. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans. lequel l'état du dispositif de protection (50) est déterminé en déterminant si la propriété détectée de la pointe de tension (102) est au-dessus ou au-dessous de la valeur prédéterminée attendue ou de la plage prédéterminée attendue. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le pic de la pointe de tension est détecté. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un. court-circuit (120) est appliqué aux. bornes d'une sortie du circuit avant d'ouvrir le dispositif de commutation. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, incluant de placer un inducteur supplémentaire dans le circuit (10) afin de générer une pointe de tension (102) suffisamment grande pour tester le dispositif de protection (50) en tension lors de l'ouverture du dispositif de commutation (40). 8. Dispositif de test pour un dispositif de protection dans un circuit ayant une source et une charge, le dispositif de test comprenant : un détecteur (60) placé en parallèle avec le dispositif de protection pour détecter une propriété de la pointe de tension produite en ouvrant un dispositif de commutation (40) placé dans le circuit (10) ; et une commande pour déterminer l'état du dispositif de protection (50) en fonction de la propriété détectée de la pointe de tension (102) produite par l'ouverture du dispositif de commutation (40). 9. Dispositif de test selon la revendication 8, dans lequel la commande détermine l'état du dispositif de protection (50) en déterminant si la propriété détectée de la pointe de tension (102) produite par l'ouverture du dispositif de commutation (40) est dans une plage prédéterminée. 10. Dispositif de test selon la revendication 8 ou la revendication 9, dans lequel la commande est agencée pour déterminer l'état du dispositif de protection (50) en déterminant si la propriété détectée de la pointe de tension (102) produite par l'ouverture du dispositif de commutation (40) est au-dessus ou au-dessous d'une valeur prédéterminée. 11. Dispositif de test selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel la commande est agencée pour déterminer l'état du dispositif de protection (50) par une appréciation quantitative de la propriété détectée de la pointe de tension (102) produite par l'ouverture du dispositif de commutation (40) au-dessus ou au-dessous d'une valeur ou d'une plage prédéterminée. 12. Dispositif de test selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, dans lequel le détecteur est agencé pour détecter la tension de pic de la pointe de tension (102). 13. Dispositif de test selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, dans lequel le dispositif de commutation (40) comprend une pluralité de commutateurs. 14. Dispositif de test selon la revendication 13, dans lequel les dispositifs de commutation (40) sont des dispositifs semi-conducteurs connectés en parallèle et agencés pour être ouverts ou fermés individuellement. 15. Dispositif de test selon l'une quelconque des revendications 8 à 14, incluant un court-circuit (120) agencé pour être appliqué aux bornes d'une sortie du circuit avant d'ouvrir le dispositif de commutation.