Brevet FR3026249A1 — publié le 20160325

L'invention concerne le domaine des circuits électroniques intégrés, comprenant en particulier des dispositifs de pont en H, couramment désignés sous l'appellation anglo-saxonne de « H-bridge ». Plus précisément, la présente invention s'attache à proposer un dispositif de pont en H intégrant un dispositif d'écrêtage, plus couramment désigné sous l'appellation anglo-saxonne de « clamp » ou « clamper », alors que cette fonction est généralement assurée, dans l'état de la technique, par un composant supplémentaire externe au pont en H. Le pont en H est une structure électronique servant, de façon générale, à contrôler la polarité aux bornes d'une charge. Il est composé de quatre éléments de commutation généralement disposés schématiquement en une forme de H. Les commutateurs peuvent être des relais, des transistors, ou autres éléments de commutation, en fonction de l'application visée. Des ponts en H sont utilisés dans plusieurs applications d'électronique de puissance, notamment le contrôle des moteurs électriques, les convertisseurs et hacheurs, ainsi que les onduleurs. Comme le sait l'homme du métier, le pont en H est mis en oeuvre en activant les commutateurs selon différentes combinaisons afin d'obtenir le branchement voulu. Le tableau suivant résume les combinaisons possibles en utilisant un pont en H, tel que représenté schématiquement à la figure 1. Toutes les combinaisons qui ne figurent pas dans le tableau 1 sont en principe interdites et créent un court-circuit de la source. Le courant de référence pour la charge est considéré comme étant de gauche à droite sur la figure 1. Combinaisons d'états des commutateurs État des commutateurs Résultat Ti T2 T3 T4 Ouvert Ouvert Ouvert Ouvert Aucune tension aux bornes de la charge M. Fermé Ouvert Ouvert Fermé Courant positif à travers la charge M. Courant négatif à travers la Ouvert Fermé Fermé Ouvert charge M. Fermé Ouvert Fermé Ouvert Charge M court-circuitée. Ouvert Fermé Ouvert Fermé Charge M court-circuitée. Tableau 1 Le pont en H permet de réaliser deux fonctions principales qui consistent respectivement à inverser le sens de circulation du courant dans la charge et donc le sens de rotation du moteur M, en inversant la tension aux bornes dudit moteur, et à faire varier la vitesse du moteur M, en modulant la tension aux bornes dudit moteur. De plus, le pont en H peut permettre d'effectuer un freinage magnétique en dissipant la puissance générée. Dans ce cas, les deux commutateurs supérieurs 11, 13 ou inférieurs 12, 14 sont actionnés simultanément, ce qui court-circuite les bornes du moteur M, et le fait par conséquent se décharger. Ainsi, le pont en H pilote une charge, typiquement un moteur électrique M à courant continu. Le pont en H est donc principalement prévu pour permettre d'alimenter ladite charge en courant, dans les deux sens. Pour ce faire, le pont en H consiste en un circuit électronique en H comprenant des commutateurs, généralement basés sur des transistors, aptes à être commandés fermés ou ouverts, respectivement ON ou OFF, en fonction du sens du courant devant alimenter la charge. De manière habituelle, en référence à la figure 1, les parties de branche du pont en H situées du côté de la masse, c'est-à-dire comprenant les commutateurs 12 et 14, sont appelées « LowSide » ; de l'autre côté, le haut du pont en H, formé par les parties de branche situées du côté de l'alimentation et comprenant les commutateurs 11 et 13, est appelé « HighSide », conformément au jargon technique en langue anglo-saxonne, connu de l'homme du métier. Comme évoqué précédemment, la figure 1 montre un pont H classique. Les transistors 11, 12, 13, 14 sont commandés par un microcontrôleur (non représenté). Pour alimenter le moteur M en courant dans une direction directe, les transistors 11 et 14 sont fermés, et les transistors 12 et 13 sont ouverts. Dans ce cas, le pont en H alimente le moteur M dans la direction directe, ou « forward » selon le terme anglais couramment utilisé, allant du commutateur 11 vers le commutateur 14 sur la figure 1. A l'inverse, pour alimenter le moteur M en courant dans la direction inverse, les transistors 12 et 13 sont fermés, et les transistors 11 et 14 sont ouverts. Dans ce cas, le pont en H alimente le moteur M avec un courant allant dans la direction inverse, ou « reverse » selon le terme anglais couramment utilisé, allant du commutateur 13 vers le commutateur 12 sur la figure 1. Notamment dans le domaine automobile, des ponts en H sont prévus dans des circuits intégrés spécifiques dédiés au contrôle moteur. Ces circuits sont alimentés par la tension de ligne fournie par la batterie du véhicule. Une problématique bien connue de l'homme du métier réside dans le fait que le circuit et le câble qui le relie à la batterie présentent une résistance et une inductance. Dans des applications particulières telles que le contrôle moteur de véhicules automobiles, le courant traversant le pont en H, ainsi que la batterie, présente une intensité très élevée, typiquement de l'ordre de 20 A. En cas de coupure brutale de l'alimentation ou de déconnexion de la charge par exemple, il est nécessaire de décharger le courant stocké dans l'inductance propre du câble. Les capacités présentes dans le circuit intégré ne sont pas dimensionnées pour absorber de telles quantités de courant, et il est donc nécessaire de prévoir des composants dédiés à la décharge du circuit pour gérer ces situations dans lesquelles une forte variation de l'intensité du courant en un temps court, engendrant une forte surtension, doit être gérée. Ces moyens d'écrêtage et de décharge sont appelés « clamps » par l'homme du métier se référant au terme anglais couramment utilisé dans ce domaine. Ces « clamps » sont des dispositifs d'écrêtage tels que des diodes Zener aptes à limiter la tension aux bornes des capacités présentes dans le circuit. De manière courante, de tels dispositifs d'écrêtage sont intégrés aux circuits intégrés, comprenant un pont en H, dédiés au contrôle moteur de véhicules. Ces dispositifs d'écrêtage sont externes au pont en H et assurent la protection dudit pont en H et d'autres composants du circuit intégré. L'inconvénient lié à l'utilisation de ces dispositifs d'écrêtage externes au pont en H, dans des circuits intégrés, réside dans le fait que cela entraîne la présence d'un composant supplémentaire spécifique. Ce(s) composant(s) supplémentaire(s), tel qu'une 20 ou plusieurs diodes Zener engendre(nt) un encombrement et un coût supplémentaires. Ce problème est rencontré de façon d'autant plus fréquente que les diodes Zener, de technologie simple, sont limitées dans leur capacité à écrêter. De ce fait, il n'est pas rare que des circuits intégrés en comprennent plusieurs de façon à pouvoir absorber des surtensions importantes. Cela engendre davantage d'encombrement et de surcoût. 25 De plus, cela nécessite également de prévoir, dans les circuits intégrés concernés, hors du pont en H, des capacités de taille importante, ce qui, là encore, engendre un coût et un encombrement élevés. Il existe donc un besoin pour un dispositif électronique comprenant un pont en H qui soit apte à assurer la fonction d'écrêtage et de décharge sans nécessiter de 30 composant spécifique externe audit pont en H. Dans le cadre de la présente invention, il est ainsi proposé de mettre en oeuvre des moyens intégrés à un dispositif de pont en H pour écrêter d'éventuelles fortes surtensions présentes aux bornes du dispositif, en cas de coupure brutale du circuit. Le principe est alors de provoquer un phénomène dit de « cross-conduction » dans le pont 35 en H afin que ce dernier absorbe le courant fort présent du fait du dysfonctionnement évoqué ci-dessus. En effet, le pont en H est par définition dimensionné pour gérer de tels courants forts. Cependant, le phénomène dit de « cross-conduction », bien connu de l'homme du métier, est normalement proscrit et de nombreux développements ont été réalisés, dans l'état de la technique, pour éviter l'apparition de tels courants. Dans le cadre de la présente invention, avec pour objectif de gérer un dysfonctionnement ayant entraîné l'apparition d'une forte surtension aux bornes du pont en H, par exemple à cause d'une déconnexion de la charge ou d'une déconnexion de la batterie alimentant le circuit intégré, l'apparition d'un courant de « cross-conduction » est temporairement favorisée. Plus précisément, la présente invention concerne un dispositif de pont en H, comprenant un premier, un deuxième, un troisième et un quatrième commutateurs répartis sur deux branches du pont en H alimentant une charge, lesdits quatre commutateurs répartis sur deux branches étant disposés par rapport à ladite charge de telle manière que la fermeture d'une paire de commutateurs, comprenant le premier et le quatrième commutateurs, permet le passage de courant à travers la charge dans une direction directe, et que la fermeture de l'autre paire de commutateurs, comprenant le deuxième et le troisième commutateurs, permet le passage de courant à travers la charge dans la direction inverse, une partie supérieure du pont en H, appelée « HighSide », comprenant les premier et troisième commutateurs, étant destinée à être reliée à une alimentation, et une partie inférieure du pont en H, appelée « LowSide », comprenant les deuxième et quatrième commutateurs, étant destinée à être reliée à une masse. Le dispositif de pont en H selon l'invention est remarquable en ce qu'il comprend des moyens pour comparer la tension aux bornes dudit pont en H à une tension seuil prédéterminée et des moyens pour fermer sensiblement simultanément les deux commutateurs d'une branche du pont en H, lesdits deux commutateurs appartenant respectivement à la partie supérieure et à la partie inférieure du pont en H, de façon à créer un courant, dit de « cross-conduction », apte à décharger le dispositif de pont en H lorsque ladite tension mesurée aux bornes du pont en H est supérieure à la tension seuil. Un avantage lié au contrôle intégré dans le pont en H des surtensions détectées à ses bornes réside dans le fait que la limitation de la tension dans le circuit intégré qui le comprend est plus précise. En effet, la technologie utilisée dans les circuits intégrés est plus précise que celle utilisé dans les « clamps » externes. En outre, la tension de seuil est aussi appareillée à la tenue technologique du composant car elle fait partie intégrante du composant lui-même. De plus, comme expliqué précédemment, cette intégration engendre un gain en termes de coût et d'encombrement. Selon un mode de réalisation, les moyens pour comparer la tension aux 35 bornes dudit pont en H à une tension seuil prédéterminée et les moyens pour fermer sensiblement simultanément les deux commutateurs d'une branche, constituent un dispositif d'écrêtage. Selon un mode de réalisation, les moyens pour comparer la tension aux bornes dudit pont en H à une tension seuil prédéterminée sont un comparateur, et les moyens pour fermer sensiblement simultanément les commutateurs comprennent des pilotes respectifs desdits commutateurs configurés pour autoriser la fermeture simultanée des deux commutateurs d'une branche, uniquement lorsque ladite tension mesurée aux bornes du pont en H est supérieure à la tension seuil. Selon un mode de réalisation possible, les deux branches du pont en H comprennent des moyens pour fermer sensiblement simultanément les deux commutateurs de chacune desdites branches du pont en H, de façon à créer, dans lesdites deux branches du pont en H un courant, dit de « cross-conduction », apte à décharger le dispositif de pont en H lorsque ladite tension mesurée aux bornes du pont en H est supérieure à la tension seuil. Selon un mode de réalisation, les commutateurs sont des transistors de puissance. L'avantage attaché à l'utilisation de transistors de puissance réside dans la 15 capacité de ces composants à absorber de fortes surtensions. La présente invention vise également un circuit électronique intégré comprenant un dispositif de pont en H tel que brièvement décrit ci-dessus. La présente invention vise également un système de contrôle moteur d'un véhicule comprenant un circuit intégré tel que brièvement décrit ci-dessus. 20 La présente invention vise en outre un véhicule automobile comprenant un système de contrôle moteur tel que brièvement décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente un dispositif de pont en H selon l'état de l'art, avec 25 une diode Zener, externe audit pont en H, assurant la fonction d'écrêtage ; - la figure 2 représente un dispositif de pont en H selon l'invention, assurant en interne la fonction d'écrêtage en cas de dysfonctionnement. Il faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour en permettre la mise en oeuvre, lesdites figures pouvant bien entendu également servir à 30 mieux définir l'invention. L'invention est présentée principalement en vue d'une application dans un système de contrôle moteur de véhicule automobile. Cependant, d'autres applications sont également visées par la présente invention, notamment en vue d'une mise en oeuvre dans tout type de véhicule terrestre. 35 La figure 1 est représentative de l'état de la technique et montre un pont en H avec une diode Zener Z, externe audit pont en H, assurant la fonction de « clamping », comme cela a été décrit en détail précédemment. La partie de la figure 1 correspondant au fonctionnement du pont en H a déjà été décrite précédemment. En référence à la figure 2, La présente invention concerne en revanche un dispositif de pont en H intégrant des moyens d'écrêtage et de décharge lorsqu'une 5 surtension due à un dysfonctionnement apparaît à ses bornes. Le dispositif selon l'invention comprend des moyens E pour comparer la tension aux bornes du pont en H à une tension seuil V seuil. Dans le domaine de l'automobile, ladite tension seuil V seuil doit être supérieure à la tension appliquée pendant des tests de résistance et inférieure à la tenue 10 technologique des composants utilisés, soit par exemple 41 volts pour une application automobile classique. Si une surtension est détectée aux bornes du pont en H, le dispositif selon l'invention comprend des moyens pour fermer simultanément les deux commutateurs d'une branche du pont en H, de façon à provoquer l'apparition d'un courant dit de « cross-15 conduction ». Ce phénomène de « cross-conduction », indiqué par une flèche référencée CC sur la figure 2, se produit lorsqu'un commutateur « HighSide » et un commutateur « LowSide », situés sur la même branche, c'est-à-dire « du même côté » de la charge M sur la figure 2, voient du courant simultanément. 20 De manière connue, de tels courants dits de « cross-conduction » peuvent apparaître lors d'une commutation des commutateurs, notamment lorsque la direction de circulation du courant dans la charge doit changer. Les temps de fermeture et d'ouverture des commutateurs sont tels qu'il peut arriver que du courant circule dans une branche, en même temps dans les parties de branche « HighSide » et « LowSide », de sorte qu'un 25 courant additionnel non utile pour le fonctionnement du moteur M apparaît. Ces courants dits de « cross-conduction » sont, en règle générale, subis, et les dispositifs de pont H comprennent très souvent des dispositifs visant à éviter ou même interdire leur apparition. Dans le contexte de la présente invention, au contraire, leur apparition est favorisée dans le but que les commutateurs du pont en H, qui sont typiquement des transistors de 30 puissance, absorbent la surtension détectée aux bornes du pont en H, par exemple en cas de déconnexion brutale de la charge ou de la batterie alimentant le circuit intégré comprenant le pont en H. Des moyens adaptés, tels qu'un dispositif d'écrêtage actif E, sont ainsi intégrés au dispositif de pont en H selon l'invention. Ces moyens adaptés comprennent 35 des moyens pour comparer la tension aux bornes du pont en H à une tension seuil. En cas de surtension, ces moyens adaptés comprennent des moyens pour fermer sensiblement simultanément deux commutateurs d'une branche du pont en H, lesdits deux commutateurs, 11 et 12 sur la figure 2, se trouvant respectivement sur une partie de branche « HighSide » et sur une partie de branche « LowSide ». Cette fermeture simultanée des deux commutateurs 11, 12 d'une branche du pont en H est effectuée, quitte à shunter le microcontrôleur pilotant lesdits commutateurs et leurs pilotes respectifs DryT1, DryT2. De préférence, lesdits pilotes DryT1, DryT2 des commutateurs du pont en H peuvent être modifiés en vue de permettre leur fermeture simultanée. Lesdits deux commutateurs 11, 12 sont, typiquement, des transistors de puissance aptes à absorber la surtension. Lorsque la tension aux bornes du pont en H redevient inférieure à la tension 10 seuil V seuil, les commutateurs 11, 12 sont de nouveau pilotés par le microcontrôleur dédié et leurs pilotes respectifs DryT1, DryT2. Lesdits pilotes DryT1, DryT2 auront de préférence été préalablement modifiés en vue de permettre leur fermeture simultanée forcée, en cas de défaut entraînant une tension aux bornes du pont en H supérieure à la tension seuil V seuil, puis leur 15 redémarrage de façon non nominale, lorsque la tension aux bornes du pont en H redevient inférieure à la tension seuil V seuil. Il est à noter qu'il est a priori suffisant de provoquer la « cross-conduction » visant à permettre la décharge du circuit sur une seule branche du pont en H, l'écrêtage effectué sur une branche étant indirectement imposé à l'autre branche du pont en H. 20 Cependant, alternativement, il est possible de provoquer la cross-conduction sur les deux branches du pont en H. En résumé, la présente invention concerne un dispositif de pont en H comprenant des moyens intégrés E pour détecter une surtension à ses bornes, la limiter, et provoquer un phénomène dit de « cross-conduction » CC sur une de ses branches en 25 vue de décharger le circuit de cette surtension. Comme évoqué précédemment, la présente invention vise non seulement un tel dispositif de pont en H, mais aussi un circuit intégré, notamment dédié au contrôle moteur d'un véhicule automobile, comprenant un tel pont H. La présente invention vise également un système de contrôle moteur de véhicule comprenant un tel circuit intégré, 30 ainsi qu'un véhicule automobile comprenant un tel système de contrôle moteur. Il est précisé, en outre, que la présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus et est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. REVENDICATIONS1. Dispositif de pont en H, comprenant un premier, un deuxième, un troisième et un quatrième commutateurs (11, 12, 13, 14) répartis sur deux branches du pont en H alimentant une charge (M), lesdits quatre commutateurs (11, 12, 13, 14) répartis sur deux branches étant disposés par rapport à ladite charge (M) de telle manière que la fermeture d'une paire de commutateurs, comprenant le premier et le quatrième commutateurs (11, 14), permet le passage de courant à travers la charge (M) dans une direction directe, et que la fermeture de l'autre paire de commutateurs, comprenant le deuxième et le troisième commutateurs (12, 13), permet le passage de courant à travers la charge (M) dans la direction inverse, une partie supérieure du pont en H, appelée « HighSide », comprenant les premier et troisième commutateurs (11, 13), étant destinée à être reliée à une alimentation (A), et une partie inférieure du pont en H, appelée « LowSide », comprenant les deuxième et quatrième commutateurs (12, 14), étant destinée à être reliée à une masse, caractérisé en ce que le dispositif de pont en H comprend des moyens (E) pour comparer la tension aux bornes dudit pont en H à une tension seuil (V seuil) prédéterminée et des moyens pour fermer sensiblement simultanément les deux commutateurs (11,12) d'une branche du pont en H, lesdits deux commutateurs (11,12) appartenant respectivement à la partie supérieure et à la partie inférieure du pont en H, de façon à créer un courant, dit de « cross-conduction » (CC), apte à décharger le dispositif de pont en H lorsque ladite tension mesurée aux bornes du pont en H est supérieure à la tension seuil (V seuil). 2. Dispositif de pont en H selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour comparer la tension aux bornes dudit pont en H à une tension seuil (V seuil) prédéterminée et les moyens pour fermer sensiblement simultanément les deux commutateurs d'une branche, constituent un dispositif d'écrêtage (E). 3. Dispositif de pont en H selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les moyens pour comparer la tension aux bornes dudit pont en H à une tension seuil prédéterminée sont un comparateur, et les moyens pour fermer sensiblement simultanément les commutateurs comprennent des pilotes (DryT1, DryT2) respectifs desdits commutateurs configurés pour autoriser la fermeture simultanée des deux commutateurs (11,12) d'une branche, uniquement lorsque ladite tension mesurée aux bornes du pont en H est supérieure à la tension seuil (V seuil). 4. Dispositif de pont en H selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux branches du pont en H comprennent des moyens pour fermer sensiblement simultanément les deux commutateurs de chacune desdites branches du pont en H, de façon à créer, dans lesdites deux branches du pont en H un courant, dit de « cross-conduction » (CC), apte à décharger le dispositif de pont en Hlorsque ladite tension mesurée aux bornes du pont en H est supérieure à la tension seuil (V seuil). 5. Dispositif de pont en H selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les commutateurs (11, 12, 13, 14) sont des transistors de 5 puissance. 6. Circuit électronique intégré caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de pont en H selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Système de contrôle moteur d'un véhicule caractérisé en ce qu'il comprend un circuit électronique intégré selon la revendication 6. /0 8. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un système de contrôle moteur selon la revendication 7.