Brevet FR3064418A1 — publié le 20180928

B15589 - 16-T0-0656 1 DISPOSITIF DE PROTECTION CONTRE LES SURTENSIONS Domaine La présente demande concerne un dispositif de protection contre les surtensions et plus particulièrement un dispositif de protection contre les surtensions adapté à la protection de 5 composants reliés à une ligne d'alimentation. Exposé de l'art antérieur Un véhicule est un environnement sujet à de nombreuses perturbations. Ainsi, les circuits électroniques d'un véhicule doivent être tout particulièrement protégés contre les 10 surtensions. Un dispositif de protection contre les surtensions est un composant qui devient passant lorsque la tension à ses bornes dépasse un certain seuil, appelé couramment tension de claquage. Une diode à avalanche ou une diode de Schockley peuvent par exemple constituer un dispositif de protection élémentaire 15 contre des surtensions. L'alimentation électrique d'un véhicule est généralement constituée d'une batterie délivrant une tension nominale VBat, par exemple égale à 12 V pour une batterie de voiture. Le dispositif de protection contre les surtensions est 20 donc adapté à se déclencher pour des surtensions de valeur supérieure, en valeur absolue, à la tension nominale VBat maximale délivrée par la batterie. 3064418 B15589 - 16-T0-0656 2 Lorsque la batterie d'un véhicule n'est plus assez chargée pour le faire démarrer, il est possible de la connecter en parallèle sur une autre batterie du même type de véhicule, une batterie d'un autre type de véhicule ou un chargeur de batterie 5 pouvant délivrer une tension plus élevée que la tension nominale VBat, délivrée par la batterie du véhicule. En fonction du type de véhicule, la tension VBat peut prendre des valeurs par exemple égales à 6, 12, 24 ou 48 V. Une batterie de camion délivrant généralement une tension VBatExt égale au double de celle d'une 10 voiture, connecter une batterie de camion sur une batterie de voiture risquerait de déclencher le dispositif de protection contre les surtensions calibré pour une tension VBat de batterie de voiture. D'autre part, pour des raisons de maintenance et de 15 test, il arrive que l'on inverse volontairement les polarités de la batterie. Il faut, dans ce cas, une protection adaptée à supporter une tension égale à l'inverse de la tension de la batterie du véhicule, -VBat- Il existe donc un besoin dans la technique pour un dispositif de protection protégeant des circuits 20 électroniques d'un véhicule contre des surtensions mais autorisant la connexion à une source d'énergie délivrant une tension VBatExt plus élevée que la tension VBat et le branchement en inverse de la batterie du véhicule. Résumé 25 Ainsi, un mode de réalisation prévoit un dispositif de protection contre les surtensions positives de valeur supérieure à VBatExt et contre les surtensions négatives de valeur inférieure à -VBat- On prévoit un dispositif de protection d'un circuit 30 destiné à recevoir une tension d'alimentation, ce dispositif comprenant en série : une diode bidirectionnelle ayant une tension de claquage supérieure ou égale à la tension d'alimentation ; et une diode unidirectionnelle ayant une tension de claquage supérieure ou égale à la tension d'alimentation, l'une des diodes 3064418 B15589 - 16-T0-0656 3 étant une diode à avalanche et l'autre étant une diode de Schockley. Selon un mode de réalisation, la diode à avalanche est unidirectionnelle et la diode de Shockley est bidirectionnelle. Selon un mode de réalisation, la diode à avalanche est bidirectionnelle et la diode de Shockley est unidirectionnelle et est en antiparallèle sur une diode de redressement. Selon un mode de réalisation, la tension d'alimentation est comprise entre 6 et 48 V. Selon un mode de réalisation, le circuit à protéger comprend des circuits d'un véhicule et dans lequel la tension d'alimentation est la tension nominale d'une batterie de véhicule. Selon un mode de réalisation, le circuit à protéger comprend des circuits électroniques, logiques et/ou analogiques. 15 Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : 20 la figure lA est un schéma électrique d'un mode de réalisation d'un dispositif de protection contre les surtensions ; la figure 1B illustre la caractéristique tension-courant du dispositif de la figure lA ; la figure 2A est un schéma électrique d'un autre mode 25 de réalisation d'un dispositif de protection contre les surtensions ; et la figure 2B illustre la caractéristique tension-courant du dispositif de la figure 2A. Description détaillée 30 De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. Sauf précision contraire, l'expression "de l'ordre de" 35 signifie à 10 % près, de préférence à 5 % près. 3064418 B15589 - 16-T0-0656 4 La figure lA illustre un mode de réalisation d'un dispositif de protection adapté à protéger des circuits électroniques d'une voiture contre des surtensions positives de valeur supérieure à la tension nominale d'une batterie de camion 5 et contre des surtensions négatives de valeur supérieure, en valeur absolue, à la tension nominale d'une batterie de voiture. La figure lA est un schéma électrique illustrant un dispositif de protection 10 connecté entre un noeud A et un noeud B d'un dispositif Di à protéger. Le dispositif Di comprend par 10 exemple des circuits électroniques, logiques et/ou analogiques. Le dispositif 10 comprend en série, entre les noeuds A et B, une diode à avalanche unidirectionnelle 12 et une diode de Schockley bidirectionnelle 14. L'anode de la diode à avalanche 12 est reliée au noeud A et sa cathode est reliée à une des bornes de la diode de Schockley 14. Le dispositif Di est connecté par ses bornes A et B à une batterie délivrant une tension nominale VBat- A titre de variante, l'anode de la diode à avalanche 12 pourrait être reliée à une des bornes de la diode de Schockley bidirectionnelle 14 et sa cathode pourrait être reliée au noeud B. La figure 1B illustre la caractéristique courant-tension du dispositif 10. La diode à avalanche a une tension d'avalanche VCL supérieure à la tension nominale VBat d'une batterie de voiture. La tension d'avalanche Vci, est par exemple de l'ordre de 13 V pour une batterie de voiture ayant une tension nominale VBat de 12 V. La diode de Schockley 14 a une tension de claquage positive VBR supérieure à la tension nominale VBat que délivre la batterie de la voiture et une tension de claquage négative égale à l'inverse de la tension de claquage positive -VBR. Les tensions de claquage positive VBR et négative -VBR sont par exemple de 14 V et de -14 V pour une batterie de voiture délivrant une tension nominale VBat de 12 V. Le dispositif de protection 10 a donc une tension de claquage positive égale à la somme de la tension d'avalanche Vci, de la diode à avalanche 12 et de la tension de claquage positive VBR de la diode de Schockley 14. Le dispositif 3064418 B15589 - 16-T0-0656 5 10 a une tension de claquage négative égale à la tension de claquage négative -VBR de la diode de Schockley 14. Ainsi, le dispositif 10 se déclenche pour des surtensions positives de valeur supérieure à la tension nominale 5 VBatExt d'une batterie de camion et pour des surtensions négatives de valeur supérieure, en valeur absolue, à la tension nominale d'une voiture VBat- La figure 2A illustre un autre mode de réalisation d'un dispositif de protection adapté à protéger des circuits 10 électroniques d'une voiture contre des surtensions positives de valeur supérieure à celle d'une batterie de camion VBatExt et contre des surtensions négatives de valeur supérieure, en valeur absolue, à la tension d'une batterie de voiture VBat- La figure 2A est un schéma électrique d'un dispositif 15 de protection 20 connecté entre un noeud C et un noeud D du dispositif Di à protéger. Le dispositif de protection 20 comprend, en série entre les noeuds C et D, une diode à avalanche bidirectionnelle 22 et une diode de Schockley unidirectionnelle 24. L'anode de la diode de Schockley 24 est 20 connecté au noeud D et sa cathode est connecté à la diode à avalanche 22. Le dispositif 20 comprend en outre une diode 26 connectée en antiparallèle de la diode de Schockley 24. Le dispositif Di est connecté par ses bornes C et D à une batterie délivrant une tension VBat- A titre de variante, l'anode de la 25 diode de Schockley 24 pourrait être reliée à une des bornes de la diode à avalanche 22 et sa cathode pourrait être reliée au noeud C. La figure 2B illustre la caractéristique tension-courant du dispositif 20. La diode à avalanche 22 a une tension d'avalanche positive Vci, supérieure à la tension nominale VBat d'une batterie 30 d'un véhicule et une tension d'avalanche négative égale à l'inverse de la tension d'avalanche positive -VCL. Les tensions d'avalanche positive Vci, et négative -Vci, sont par exemple de l'ordre de 13 V et de -13 V pour une tension nominale VBat de 12 V. La diode de Schockley 24 a une tension de claquage VBR supérieure à la tension nominale VBat d'une batterie d'un 3064418 B15589 - 16-T0-0656 6 véhicule. La tension de claquage VBR est par exemple de l'ordre de 14 V pour une batterie d'un véhicule de tension nominale de 12 V. La diode 26 est une diode de redressement présentant une chute de tension en direct, VF, de l'ordre de 0,6 V. Le dispositif 5 20 a une tension de claquage positive égale à la somme de la tension d'avalanche positive Vci, de la diode à avalanche 22 et de la tension de claquage VBR de la diode de Schockley 24. De plus, la diode à avalanche 22 étant bidirectionnelle, le dispositif 20 a une tension de claquage négative égale à la somme de la tension 10 d'avalanche négative -Vci, de la diode 22 et de la chute de tension en direct VF de la diode 26. Ainsi, le dispositif 20 se déclenche pour des surtensions positives de valeur supérieure à la tension nominale d'une batterie de camion et pour des surtensions négatives de 15 valeur supérieure, en valeur absolue, à la tension nominale d'une voiture. Comme le montre les figures lB et 2B, pour des surtensions positives, les comportements électriques des dispositifs 10 et 20 sont identiques. Cependant, pour des 20 surtensions négatives, le comportement du dispositif 10, décrit en relation avec la figure lB, est celui d'une diode de Schockley et le comportement du dispositif 20, décrit en relation avec la figure 2B, est celui d'une diode à avalanche. Dans le cas d'une voiture, un fonctionnement à diode à avalanche n'est pas un 25 inconvénient car, généralement, les surtensions négatives survenant dans une voiture sont de faible énergie. De plus, si on inverse les branchements d'une batterie d'un véhicule, elle délivrera une tension de dans le dispositif de protection 10, 20 et dans le dispositif Di à 30 protéger. Le dispositif de protection 10, 20 ne se déclenchant que pour des surtensions négatives de valeur inférieures à la batterie ne sera pas court-circuitée et ne sera donc pas endommagée. Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. 35 Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de 3064418 B15589 - 16-T0-0656 7 l'art. En particulier, ce dispositif de protection contre les surtensions peut être utilisé dans n'importe quel environnement et pas seulement celui d'un véhicule. Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont 5 été décrits ci-dessus. On notera que l'homme de l'art pourra combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité inventive. REVENDICATIONS1. Dispositif de protection (10, 20) d'un circuit (Di) destiné à recevoir une tension d'alimentation (VBat), ce dispositif (10, 20) comprenant en série une diode bidirectionnelle (14, 22) ayant une tension de claquage (VBR, VCL) supérieure ou égale à la tension d'alimentation (VBat) ; et une diode unidirectionnelle (12, 24) ayant une tension de claquage (VCL, VBR) supérieure ou égale à la tension d'alimentation (VBat), l'une des diodes (12, 14, 22, 24) étant une diode à avalanche et l'autre étant une diode de Schockley. 2. Dispositif de protection (10) selon la revendication 1, dans lequel la diode unidirectionnelle (12) est une diode à avalanche et la diode bidirectionnelle (14) est une diode de Schockley. 3. Dispositif de protection selon la revendication 1, dans lequel la diode bidirectionnelle (22) est une diode à avalanche et la diode unidirectionnelle (24) est une diode de Schockley et est en antiparallèle sur une diode de redressement (26). 4. Dispositif de protection (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la tension d'alimentation (VBat) est comprise entre 6 et 48 V. 5. Ensemble comprenant un dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 et un circuit à protéger (Di) comprend des circuits d'un véhicule et dans lequel la tension d'alimentation (VBat) est la tension nominale d'une batterie d'un véhicule. 6. Ensemble selon la revendication 5, dans lequel le circuit à protéger (Di) comprend des circuits électroniques, logiques et/ou analogiques.