Brevet FR2991121A1 — publié le 20131129

CIRCUIT DE PILOTAGE DE L'ALIMENTATION D'UNE CHARGE, NOTAMMENT D'UNE DIODE D'AFFICHAGE ELECTROLUMINESCENTE La présente invention concerne de façon générale un circuit de pilotage 5 de l'alimentation d'une charge, apte à mesurer un courant de charge en vue de diagnostiquer une absence de charge ou une surcharge dans un circuit électrique. Un domaine d'application non limitatif particulièrement concerné par la présente invention est celui du contrôle de l'éclairage d'une ampoule de type 10 LED utilisée au niveau d'un tableau de bord d'un véhicule automobile pour informer le conducteur de l'activation ou non d'une fonctionnalité. Les fonctionnalités concernées étant souvent liées à la sécurité (par exemple activation de la sécurité enfant par condamnation des portes arrière), il est crucial que le conducteur dispose d'une information fiable. 15 Dans le domaine de l'automobile, il est déjà connu d'utiliser des interrupteurs de puissance intelligents pour contrôler le bon fonctionnement des différents dispositifs d'éclairage et/ou de signalisation (feux de route, de croisement ou de détresse, indicateurs de dépassement, feux stop...). De tels interrupteurs de puissance intelligents, connus sous différentes 20 appellations telles que la marque déposée SmartMOS, la dénomination anglo-saxonne Smart FET, ou l'acronyme IPS (Initiales anglo-saxonnes mises pour Intelligent Power Switch), intègrent une fonctionnalité de mesure des courants de charge et de diagnostic permettant de détecter d'une part, toute surcharge due à un court-circuit, et d'autre part, une absence de charge, due par 25 exemple à un défaut dans la lampe utilisée ou à la déconnexion d'un fil d'alimentation. Un interrupteur de puissance intelligent est utilisé en association avec un convertisseur courant/tension chargé de convertir le courant de charge mesuré par l'interrupteur en une valeur de tension, et un microcontrôleur recevant et analysant la valeur ainsi convertie de tension pour 30 identifier une absence de charge ou un court-circuit. Une connexion d'entrée de l'interrupteur intelligent reçoit du microcontrôleur des ordres dont la nature est fonction du diagnostic réalisé, comme par exemple un ordre de coupure de l'alimentation d'une charge en cas de détection d'une surcharge. Ces solutions intégrées sont parfaitement adaptées au contrôle de dispositifs d'éclairage et/ou de signalisation pour lesquels les courants à mesurer peuvent varier sur une plage importante, allant de quelques dizaines de milliampères dans le cas d'une absence de charge, jusqu'à quelques ampères en cas de court-circuit. Néanmoins, ces solutions sont surdimensionnées et par là-même trop coûteuses pour des applications telles que le contrôle d'une diode d'affichage du tableau de bord, pour lesquelles le courant ne dépasse pas quelques dizaines de milliampères. La présente invention a pour but de proposer une solution très économique, à base de composants discrets, dans laquelle l'alimentation de la charge est pilotée par un simple transistor faisant office d'interrupteur d'un circuit de pilotage offrant en outre les mêmes capacités d'aide au diagnostic que les interrupteurs intelligents. Plus précisément, l'invention a pour objet un circuit de pilotage de l'alimentation d'une charge, notamment d'une diode d'affichage électroluminescente, comprenant: un transistor de sortie monté en interrupteur entre une tension d'alimentation continue et la charge, apte à commuter entre un état bloqué dans lequel la charge n'est pas alimentée et un état passant dans lequel la charge est alimentée, un circuit de mesure apte à délivrer une mesure représentative du courant de charge à un microcontrôleur, et un circuit de commande de la commutation du transistor de sortie piloté par une commande du microcontrôleur en fonction de ladite mesure, caractérisé en ce que le circuit de mesure comprend deux transistors montés en miroir de courant, un premier transistor du miroir de courant monté en diode et connecté en série avec ledit transistor de sortie, et un deuxième transistor du miroir de courant apte à délivrer une image du courant de charge à une résistance de sortie en série entre le deuxième transistor et une masse électrique, le point d'interconnexion entre le deuxième transistor et la résistance de sortie constituant une sortie du circuit de mesure dont le potentiel correspond à ladite mesure. Selon d'autres caractéristiques possibles du circuit selon l'invention : - le circuit de commande comporte un transistor de commande dont le passage à l'état bloqué, respectivement passant, entraîne le passage à l'état bloqué, respectivement passant, du transistor de sortie ; - le circuit de pilotage comporte en outre un dispositif de limitation du courant de charge connecté entre ladite sortie du circuit de mesure et une entrée du circuit de commande, apte à commander la commutation du transistor de sortie de l'état passant à l'état bloqué, indépendamment de la commande du microcontrôleur, dès que ledit potentiel devient supérieur à une valeur seuil prédéterminée et la commutation du transistor de sortie de l'état bloqué à l'état passant dès que ledit potentiel devient inférieur à ladite valeur seuil. - le dispositif de limitation du courant de charge comprend l'association série d'une diode Zener et d'une résistance de protection, connectée en parallèle sur la résistance de sortie et dont la borne commune est connectée électriquement à un transistor de commutation dont le collecteur est connecté au transistor de commande de sorte qu'un passage du transistor de commutation à un état passant entraîne le blocage du transistor de commande. - le transistor de commande et le transistor de commutation sont des transistors bipolaires de type NPN ; - le transistor de sortie et le premier et deuxième transistor montés en miroir de courant sont des transistors bipolaires de type PNP. L'invention et les avantages qu'elle procure seront mieux compris au 25 vu de la description suivante d'un exemple de réalisation, faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 illustre un schéma fonctionnel d'un circuit de pilotage de l'alimentation d'une charge conforme à l'invention ; - la figure 2 représente un mode de réalisation possible du circuit de 30 pilotage de la figure 1. Dans la suite de l'exposé, et pour en faciliter la compréhension, les éléments communs à l'ensemble des figures portent les mêmes références. La description sera faite en outre en référence à l'exemple non limitatif d'application du pilotage d'une diode d'affichage pour tableau de bord d'un véhicule automobile. Conformément à la figure 1, un circuit de pilotage 1 de l'alimentation d'une charge, par exemple d'une diode d'affichage électroluminescente (non représentée), à base de composants discrets, est illustré en coopération avec un microcontrôleur 2. Le circuit de pilotage 1 comprend tout d'abord un transistor de sortie Q1 monté en interrupteur entre une tension d'alimentation continue VBAT, typiquement la tension délivrée par la batterie du véhicule, et la charge électrique connectée en VouT, apte à commuter entre un état bloqué dans lequel la charge n'est pas alimentée et un état passant dans lequel la charge est alimentée. A titre d'exemple non limitatif, le transistor de sortie est ici un transistor bipolaire de type PNP dont l'émetteur est connecté du côté de l'alimentation continue, et le collecteur est connecté à la charge. Le circuit de pilotage 1 comporte en outre un circuit 10 de mesure apte à délivrer une mesure VADC représentative du courant de charge au microcontrôleur 2, et un circuit 11 de commande de la commutation du transistor de sortie piloté par une tension de commande Vcom du microcontrôleur 2 en fonction notamment de la mesure VADC. Conformément à l'invention, le circuit 10 de mesure comprend deux transistors, par exemple de type PNP, montés en miroir de courant. Plus précisément, une branche d'entrée du miroir de courant comprend un premier transistor Q2 monté en diode et connecté en série avec le transistor de sortie Q1, ici entre la tension d'alimentation VBAT et l'émetteur du transistor de sortie Qi. Le transistor Q2 est ainsi traversé par le courant de charge. Une branche de sortie du miroir de courant comprend l'association série d'un deuxième transistor Q3 et d'une résistance de sortie R1. Le deuxième transistor Q3 délivre ainsi une image du courant de charge à la résistance de sortie R1. Cette dernière est connectée entre le collecteur du deuxième transistor Q3 et la masse électrique. Ainsi, le point d'interconnexion entre le deuxième transistor Q3 et la résistance de sortie R1 constitue une sortie du circuit de mesure dont le potentiel VADC correspond à la mesure représentative du courant de charge. Le fonctionnement du circuit de pilotage est le suivant : Tant que la charge, ici la diode d'affichage, doit être éteinte, le 5 microcontrôleur 2 contrôle le circuit 11 de commande de sorte que le transistor de sortie Q1 soit dans un état bloqué. Aucun courant ne sort du transistor de sortie Q1 et le potentiel de sortie VouT est nul. Lorsque la diode doit au contraire être allumée, en vue par exemple de signaler au conducteur l'activation d'une fonction, la tension de commande 10 Vcom délivrée par le microcontrôleur 2 permet au circuit 11 de commande de faire basculer et maintenir le transistor de sortie Q1 dans son état passant. Dans ce cas, un courant passe dans le premier transistor Q2 et dans le transistor de sortie Q1 pour alimenter la charge. La tension de sortie VouT est alors sensiblement égale à la tension continue VBAT, soit de l'ordre de 12 Volts. 15 Grâce au miroir de courant, le courant de charge est recopié dans le deuxième transistor Q3, à un ratio près dû à la présence d'une résistance R2 de limitation de courant. Comme indiqué précédemment, cette image du courant de charge va développer aux bornes de la résistance de sortie R1 une tension VADC proportionnelle au courant de charge. 20 A partir d'échantillons de cette tension VADC, relevés périodiquement par un circuit convertisseur analogique/numérique (non représenté) du microcontrôleur 2, ce dernier va être en mesure de diagnostiquer tout problème dans l'alimentation de la charge, tel qu'une absence de charge ou un court-circuit. 25 Plus précisément, en cas d'absence de charge, un faible courant va être recopié dans la deuxième branche du circuit de mesure, et développer une faible tension VADC en sortie du circuit de mesure. Au contraire, en cas de surcharge due à un court-circuit, un courant beaucoup plus important va être recopié par le transistor Q3, provoquant une importante augmentation de la 30 tension VADC- Dans les deux cas, le microcontrôleur pourra diagnostiquer un problème, et commander par suite le blocage du transistor de sortie Q1. L'intérêt du miroir de courant est qu'il offre une possibilité d'obtenir une mesure de courant suffisamment précise pour permettre au microcontrôleur 2 d'identifier les situations anormales (absence de charge et courts-circuits) tout en permettant à la charge, en fonctionnement normal, de 5 bénéficier de la quasi-totalité de la tension d'alimentation VBAT. En effet, la chute de tension entre l'émetteur et le collecteur du transistor Q1 est quasi nulle lorsque ce dernier est passant tandis que Q2 est monté en diode, de sorte que la tension VouT correspond pratiquement à la tension d'alimentation continue VBAT. Un tel résultat ne serait pas possible avec un circuit de mesure 10 de type résistance shunt pour lequel un compromis doit être fait entre précision des mesures et la chute de tension. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le circuit de pilotage 1 comporte en outre un dispositif 12 de limitation du courant de charge connecté entre la sortie du circuit 10 de mesure et une entrée du 15 circuit 11 de commande, dont la fonction est de protéger le transistor de sortie Q1. Pour ce faire, le dispositif 12 de limitation de courant, dont un exemple de mise en oeuvre sera décrit en référence à la figure 2, est apte à commander la commutation du transistor de sortie Q1 de l'état passant à l'état bloqué, indépendamment de la commande du microcontrôleur 2, dès que le potentiel 20 VADc devient supérieur à une valeur seuil prédéterminée et la commutation du transistor de sortie de l'état bloqué à l'état passant dès que le potentiel VADc devient inférieur à ladite valeur seuil. Grâce à la présence du dispositif 12 de limitation de courant, le transistor de sortie Q1 est protégé contre les surintensités. En cas de situation de surcharge, le dispositif de limitation de 25 courant protège le transistor Q1 pendant le laps de temps nécessaire pour que le microcontrôleur 2 diagnostique effectivement la surcharge et génère par suite une commande Vcom de blocage. Un exemple de mise en oeuvre d'un circuit de pilotage disposant de 30 l'ensemble des fonctionnalités décrites en référence à la figure 1 va à présent être décrit à l'aide de la figure 2 : On retrouve, dans le circuit de pilotage 1, le transistor de sortie Q1 monté en interrupteur et le circuit 10 de mesure à miroir de courant délivrant sur sa sortie une mesure VADC représentative du courant de charge. Le circuit 11 de commande de la commutation du transistor de sortie Q1 est ici composé essentiellement d'un transistor de commande Q4, dans l'exemple, d'un transistor bipolaire de type NPN, et de trois résistances R3, R4 et R5. Le collecteur du transistor de commande Q4 est ici connecté à la base du transistor de sortie Q1, tandis que sa base est connectée à la borne d'entrée du circuit de pilotage au travers de la résistance R3 et son émetteur est connectée à la masse via la résistance R5. Le montage est tel qu'un potentiel non nul, par exemple à 5 Volts, de la tension de commande Vcom délivrée par le microcontrôleur maintient le transistor de commande Q4, et par suite le transistor de sortie Q1 à l'état passant. En revanche, si la tension de commande Vcom provenant du microcontrôleur est nulle, le transistor de commande Q4 et par suite, le transistor de sortie Q1, sont maintenus dans un état bloqué. Conformément aux principes décrits ci-dessus en référence à la figure 1, le circuit de mesure 10 va aider à diagnostiquer soit une absence de charge, soit une surcharge. En effet, en cas d'absence de charge alors que le transistor de commande Q4 et le transistor de sortie Q1 sont passants, le courant qui passe dans le transistor de sortie Q1 équivaut au courant, même faible, qui passe dans le transistor de commande Q4. Le courant image généré dans la branche de sortie du miroir de courant va permettre de développer une tension VADC aux bornes de la résistance de sortie R1 dont la valeur est très faible par rapport à la valeur qui correspondrait à une situation normale. Ainsi, le microcontrôleur va pouvoir en conclure l'absence de charge. A l'inverse, une situation de surcharge se traduira par une forte augmentation de la tension VADC- Le microcontrôleur conclura alors à la présence d'un court-circuit et commandera la coupure du transistor de sortie Q1 par l'intermédiaire de la commande VcoM- Le dispositif 12 de limitation du courant de charge est quant à lui composé de l'association série d'une diode Zener Z1 et d'une résistance de protection R7, connectée en parallèle sur la résistance de sortie R1 du circuit de mesure 10, et dont la borne commune est connectée électriquement à la base d'un transistor de commutation Q5, ici de type NPN. Le collecteur du transistor Q5 est relié à la base du transistor de commande Q4, et son émetteur est relié à la masse. Grâce à ce montage, tant que la tension VADC aux bornes de la résistance de sortie R1 est inférieure à la tension Zener, typiquement de l'ordre de 5,6 Volts, il ne se passe rien de particulier, le transistor Q5 étant maintenu à l'état bloqué. En revanche, dès que la tension VADC devient supérieure à un seuil déterminé égal à la somme de la tension Zener et de la tension seuil du transistor Q5, soit 6,2 Volts dans notre exemple, le transistor Q5 devient passant. Comme le collecteur du transistor Q5 est connecté à la base du transistor de commande Q4, le potentiel sur cette base va être ramené à la masse. Cela conduit au blocage du transistor de commande Q4, et ce, même si le potentiel Vcom est non nul, et par suite, au blocage du transistor de sortie Q1. La tension VADC aux bornes de la résistance de sortie R1 va alors diminuer jusqu'à passer à nouveau en-deçà du seuil prédéterminé de 6,2 Volts, provoquant le blocage du transistor Q5, et le déblocage des transistors Q4 et Q1. Le système étant bouclé, on arrive à un certain équilibre qui va protéger le transistor de sortie Q1 le temps que le microcontrôleur diagnostique, à partir de la valeur VADC qu'il reçoit par ailleurs, qu'il y a un problème de surcharge, et qu'il décide de couper le transistor de sortie Q1 par un ordre spécifique. Une constante de temps dans le mécanisme de rebouclage est introduite grâce à la présence d'un condensateur C1 en parallèle avec la résistance R6, de manière à ralentir le temps de réaction de la boucle de rétroaction. L'invention permet ainsi d'obtenir un circuit de pilotage à composants discrets présentant à moindre coût les fonctionnalités d'un interrupteur intelligent relatives à l'aide au diagnostic des courts-circuits et absence de charge, et à la protection du circuit de pilotage. REVENDICATIONS1. Circuit de pilotage de l'alimentation d'une charge, notamment d'une diode d'affichage électroluminescente, comprenant: un transistor de sortie (Q1) monté en interrupteur entre une tension d'alimentation continue (VBAT) et la charge, apte à commuter entre un état bloqué dans lequel la charge n'est pas alimentée et un état passant dans lequel la charge est alimentée, un circuit (10) de mesure apte à délivrer une mesure représentative du courant de charge à un microcontrôleur (2), et un circuit (11) de commande de la commutation du transistor de sortie piloté par une commande du microcontrôleur (2) en fonction de ladite mesure, caractérisé en ce que le circuit (10) de mesure comprend deux transistors montés en miroir de courant, un premier transistor (Q2) du miroir de courant monté en diode et connecté en série avec ledit transistor de sortie (Q1), et un deuxième transistor (Q3) du miroir de courant apte à délivrer une image du courant de charge à une résistance (R1) de sortie en série entre le deuxième transistor (Q3) et une masse électrique, le point d'interconnexion entre le deuxième transistor (Q3) et la résistance de sortie (R1) constituant une sortie du circuit de mesure dont le potentiel correspond à ladite mesure. 2. Circuit de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit (11) de commande comporte un transistor de commande (Q4) dont le passage à l'état bloqué, respectivement passant, entraîne le passage à l'état bloqué, respectivement passant, du transistor de sortie (Q1). 3. Circuit de pilotage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif (12) de limitation du courant de charge connecté entre ladite sortie du circuit (10) de mesure et une entrée du circuit (11) de commande, apte à commander la commutation du transistor de sortie (Q1) de l'étatpassant à l'état bloqué, indépendamment de la commande du microcontrôleur, dès que ledit potentiel devient supérieur à une valeur seuil prédéterminée et la commutation du transistor de sortie de l'état bloqué à l'état passant dès que ledit potentiel devient inférieur à ladite valeur seuil. 4. Circuit de pilotage selon les revendications 2 et 3 prises en combinaison, caractérisé en ce que le dispositif (12) de limitation du courant de charge comprend l'association série d'une diode Zener (Z1) et d'une résistance de protection (R7), connectée en parallèle sur la résistance de sortie (R1) et dont la borne commune est connectée électriquement à un transistor de commutation (Q5) dont le collecteur est connecté au transistor de commande (Q4) de sorte qu'un passage du transistor de commutation (Q5) à un état passant entraîne le blocage du transistor de commande (Q4). 5. Circuit de pilotage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le transistor de commande (Q4) et le transistor de commutation (Q5) sont des transistors bipolaires de type NPN. 6. Circuit de pilotage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le transistor de sortie et le premier et deuxième transistor montés en miroir de courant sont des transistors bipolaires de type PNP.