Brevet FR3000326A1 — publié le 20140627

Dispositif de commutation à décharge pour système d'excitation d'allumage Le domaine de l'invention concerne globalement les dispositifs de commutation à décharge et, plus particulièrement, un dispositif de commutation à décharge pour système d'excitation d'allumage. Au moins certains excitateurs d'allumage selon la technique antérieure comportent des dispositifs de commutation à éclateur (« spark gap device » en langue anglaise) pour décharger dans un allumeur de l'énergie stockée dans un condensateur de stockage. Ces dispositifs de commutation à éclateur contiennent ordinairement des matières radioactives telles que du krypton 85 (85Kr) pour atteindre plus commodément des niveaux d'ionisation constants et un fonctionnement uniforme. De ce fait, des inquiétudes concernant les écosystèmes, la santé et la sûreté ont récemment été exprimées quant à l'usage de ces matières radioactives. On ne dispose donc pas, dans le commerce, d'alternative économique et peu volumineuse à ces dispositifs de commutation à éclateur. De plus, les éclateurs présentent plusieurs inconvénients affectant leur utilisation pour un excitateur : il s'agit de composants à durée de vie limitée ; leur tension varie d'une étincelle à l'autre (typiquement ± 100 volts) ; et leur tension d'amorçage varie au cours de leur temps d'utilisation. Chacune de ces raisons contribue à ce que le système d'allumage n'assure pas un niveau constant d'énergie de décharge d'étincelle à l'allumeur pendant toute la durée de vie du système. Un gros inconvénient de cette caractéristique est qu'elle complique la détermination des intervalles de remplacement des allumeurs, puisque chaque allumeur a subi des niveaux variables de contraintes de décharge en fonction de l'âge et de l'état de l'éclateur de l'excitateur. Des diodes d'amorçage ont été employées, dans la technique antérieure, pour établir une tension de déblocage afin d'assurer le déblocage par la gâchette de dispositifs à thyristors. Cependant, ces dispositifs ont des coefficients de température élevés et ne réussissent pas à maintenir une tension de réservoir stable à des températures variables. Dans une première forme de réalisation selon l'invention, il est proposé un dispositif de commutation à décharge qui comporte un moyen de comparaison, une diode de compensation de température et un moyen de déblocage. Le moyen de comparaison est configuré pour comparer une valeur de tension d'entrée avec une valeur de tension de référence. La diode de compensation de température est configurée pour réduire la variation de la valeur de tension de référence. Le moyen de déblocage est configuré pour décharger de l'énergie stockée lorsque la valeur de tension d'entrée dépasse la valeur de tension de référence. Dans une autre forme de réalisation selon l'invention, il est proposé un système d'excitation d'allumage qui comporte un convertisseur de tension d'entrée configuré pour convertir la tension d'entrée fournie par une source de courant en tension à niveau haut et un condensateur de stockage configuré pour stocker l'énergie convertie par ledit convertisseur de tension d'entrée. Le système comporte en outre un dispositif de commutation à décharge qui comprend un moyen de comparaison, une diode de compensation de température et un moyen de déblocage. Le moyen de comparaison est configuré pour comparer une valeur de tension d'entrée avec une valeur de tension de référence. La diode de compensation de température est configurée pour réduire la variation de la valeur de tension de référence. Le moyen de déblocage est configuré pour décharger de l'énergie stockée lorsque la valeur de tension d'entrée dépasse la valeur de tension de référence. L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : -la figure 1 est un schéma d'un exemple de circuit d'excitateur d'allumage à courant alternatif ; et -la figure 2 est un exemple de schéma de circuit du dispositif de commutation à décharge représenté sur la Figure 1. La Figure 1 est un schéma de circuit d'un système d'excitation d'allumage 100 à courant alternatif (« AC »). Dans l'exemple de forme de réalisation, le système 100 comporte un filtre antiparasite (« Electromagnetic Interference : EMI » en langue anglaise) et des circuits 102 de protection contre les transitoires, un convertisseur 104 de tension d'entrée, un condensateur ("réservoir") de stockage 106, un dispositif de commutation 108 à décharge et un réseau conformateur 110 d'impulsions. Le système 100 est couplé à une source 112 d'électricité qui fournit une tension alternative d'entrée. Le convertisseur 104 de tension d'entrée convertit la tension d'entrée fournie par la source 112 d'électricité en tension de niveau élevé à stocker dans le condensateur-réservoir 106. Le dispositif de commutation 108 à décharge comporte des bornes " +" et " - " 114 et 116 de réservoir. Le dispositif de commutation 108 à décharge fait passer de la borne + 114 à la borne - 116 de réservoir, puis au réseau conformateur 110 d'impulsions, l'énergie stockée dans le condensateur-réservoir 106. Le réseau conformateur 110 d'impulsions amplifie et met en forme une impulsion de décharge, puis applique l'impulsion de décharge à un allumeur 118. La Figure 2 est un exemple de schéma de circuit du dispositif de commutation 108 à décharge (représenté sur la Figure 1). Le dispositif de commutation 108 à décharge est une alternative directe aux commutateurs à éclateur selon la technique antérieure. Dans l'exemple de forme de réalisation, le dispositif de commutation 108 à décharge est couplé au système 100 (représenté sur la Figure 1) et aux bornes " + " et " - " 114 et 116 du réservoir. Le dispositif de commutation à décharge est configuré pour fonctionner à une température d'environ - 55° Celsius (°C) à 125°C et fonctionne pendant de brèves excursions de température atteignant environ 150°C. Comme, dans le système 100, la tension à la borne + du réservoir augmente pendant un cycle initial de charge, du courant passe dans un premier et un second diviseurs 200 et 202 du dispositif de commutation 108 à décharge. Le premier diviseur 200 se charge à la tension de la borne + du réservoir et, à l'instant où il atteint un seuil, sert à fournir de l'électricité à une entrée positive d'un comparateur 204. Pendant que la tension à la borne + du réservoir augmente avant d'atteindre le seuil, il n'y a pas suffisamment de courant à un noeud 206 pour mettre sous tension ou "éveiller" le comparateur 204. Pendant le laps de temps qui précède l'éveil du comparateur, un transistor 208 à effet de champ métal-oxyde semi-conducteur (MOSFET) bloque la tension de rétroaction du réservoir pendant le cycle initial de charge afin de protéger le comparateur 204 jusqu'après la fourniture de la tension d'entrée au comparateur de puissance 204. Par exemple, le MOSFET 208 empêche un endommagement ou un déclenchement précoce du comparateur 204. Dans l'exemple de forme de réalisation, pendant le cycle initial de charge, le dispositif de commutation 108 à décharge prélève une petite quantité de courant (à savoir environ 400 uA) pour alimenter un moyen de comparaison 210 et un moyen de déblocage 212 du dispositif de commutation 108 à décharge. Le moyen de comparaison 210 est configuré pour comparer une valeur de tension d'entrée avec une valeur de tension de référence. Le moyen de déblocage 212 est configuré pour décharger de l'énergie stockée quand la valeur de tension d'entrée dépasse la valeur de tension de référence. Une diode Zener 214 établit une tension d'alimentation positive V' d'entrée du comparateur 204. La diode 214 établit aussi un niveau de tension servant à commander le moyen de déblocage 212. Une diode Zener de référence 218 établit la valeur de tension de référence pour le comparateur 204. Le moyen de comparaison 210 s'éveille quand la tension à la borne + du réservoir atteint un seuil de tension d'environ 1500 volts lors du cycle initial de charge. Quand le seuil de tension est atteint, les diodes 214 et 218 sont conductrices et le moyen de comparaison 210 devient fonctionnel. La diode 220 est montée en série avec la diode de référence 218 en tant que diode de compensation de température. La diode de compensation de température 220 est configurée pour réduire la variation de la valeur de tension de référence. Plus particulièrement, la diode de compensation de température 220 est adaptée à la diode 218 pour compenser le changement de la tension Zener avec la température et produire une tension de réservoir stable. Une fois que le moyen de comparaison 210 devient opérationnel, la tension de rétroaction à la borne + du réservoir est suivie à l'entrée positive du comparateur 204 et est comparée avec une entrée négative du comparateur 204. Quand le niveau de référence fourni à l'entrée négative du comparateur 204 par la diode de référence 218 est dépassé, une sortie du comparateur 204 passe à un niveau haut et transmet un signal de décharge au moyen de déblocage 212. Dans l'exemple de forme de réalisation, le moyen de déblocage 212 comprend un dispositif de déblocage et un dispositif de décharge. Le dispositif de déblocage comprend un MOSFET de déblocage 222 et un transformateur de déblocage 216. Plus particulièrement, le comparateur 204 fait fonctionner un MOSFET de déblocage 222. De l'énergie stockée dans un condensateur 224 est déchargée via un enroulement primaire du transformateur de déblocage 216. Le transformateur de déblocage délivre une impulsion de déblocage par la gâchette à un thyristor 226. Dans l'exemple de forme de réalisation, le thyristor 226 est un redresseur commandé au silicium. Le thyristor 226 conduit et décharge, dans le réseau conformateur 110 d'impulsions (représenté sur la Figure 1), de l'énergie stockée dans un condensateur-réservoir 106 (représenté sur la Figure 1). Les exemples de procédés et de systèmes décrits ici portent sur un dispositif de commutation à décharge pour un système d'excitation d'allumage. Plus particulièrement, les exemples de formes de réalisation portent sur un dispositif de commutation à semi-conducteur de substitution d'éclateur destiné à servir dans des systèmes d'allumage à haute énergie et/ou haute tension. Le dispositif peut également servir de substitut "impromptu" installé pour moderniser des dispositifs à éclateur dans des excitateurs en service. Le dispositif comporte une compensation de température pour maintenir un point de consigne de décharge plus constant à des températures variables, en comparaison de dispositifs à éclateur. Liste des repères 100 système d'excitation d'allumage 102 circuits de protection contre les transitoires 104 convertisseur de tension d'entrée 106 condensateur-réservoir 108 dispositif de commutation à décharge 110 réseau conformateur d'impulsions 112 alimentation électrique 114 borne + de réservoir 116 borne - de réservoir 118 allumeur 200 premier diviseur 202 second diviseur 204 comparateur 206 noeud 208 MOSFET 210 moyen de comparaison 212 moyen de déblocage 214 diode Zener 216 transformateur de déblocage 218 diode Zener de référence 220 diode de compensation de température 220 diode 222 MOSFET de déblocage 224 condensateur 226 thyristor REVENDICATIONS1. Dispositif de commutation (108) à décharge, comportant : un moyen de comparaison (210) configuré pour comparer une valeur de tension d'entrée avec une valeur de tension de référence ; une diode de compensation de température (220) configurée pour réduire la variation de la valeur de tension de référence ; et un moyen de déblocage (212) configuré pour décharger de l'énergie stockée lorsque la valeur de tension d'entrée dépasse la valeur de tension de référence. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit moyen de comparaison (210) est en outre configuré pour transmettre un signal de décharge audit moyen de déblocage (212) quand la valeur de tension d'entrée dépasse la valeur de tension de référence. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit moyen de déblocage (212) comprend un dispositif de déblocage et un dispositif de décharge. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ledit dispositif de déblocage comprend un transistor à effet de champ métal-oxyde semi-conducteur (MOSFET) de déblocage (208) et un transformateur de déblocage (216). 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel ledit dispositif de déblocage est configuré pour : activer ledit MOSFET de déblocage (222) quand la valeur de tension d'entrée dépasse la valeur de tension de référence ; et décharger de l'énergie, stockée dans un premier condensateur de stockage (224), via un enroulement primaire dudit transformateur de déblocage (216). 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel ledit transformateur de déblocage (216) est configuré pour délivrer un signal impulsionnel de déblocage audit dispositif de décharge. 7. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ledit dispositif de décharge comprend un thyristor (226). 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel ledit thyristor (226) est configuré pour décharger l'énergie stockée à l'instant où il reçoit le signal impulsionnel de déblocage émis par ledit transformateur de déblocage (216). 9. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit dispositif de commutation à décharge (108) est un substitut direct de dispositifs à éclateur existants. 10. Dispositif selon la revendication 1, comportant en outre un dispositif de protection contre la tension, configuré pour protéger ledit moyen de comparaison (204) contre la tension de rétroaction pendant un cycle initial de charge.