Brevet FR3075518A1 — publié le 20190621

L'invent' _ ( ncerne le doma e des circuits de commLLL1Lion c i.ics a commuter a Ira:E.se electrique un point_ roid aharge dont un po chaud est relie a un , eau d'arentation. ARRIERE PLAN DE L'INVENTICN Certains calculateurs, notamment dans le domaira de l'aerofautique, mettent en oeuvre une _ Lppa DEC c] )u t, ang_u is,. La iou DSO permel, dopul, -tie 7rete du calcula de 10 commuter I une masse é1ectr-Yjue un point froid d'une charge dont. un point chaud est relie a un reseau d'alimentatign. La ch,J2qe est un equinement I alimenter, par electrovanne. Le reseau dr- iPichation four- 15 7ension d'alimentatio: qui 2 exeTple une :onson,:ontinue egale a 23VDC. Le calculateur comporte ainsi un circuit de commute LIon r lie A la sortie discreteagence p..o'2z,Legti- vc.m;=t ma::re la so-t-fe discrete r_ su re- 20 sortie discrete a la masse elect fonction E::) est ,leme A une foncton de limitation du cour:_..nt LI±=ntation fourni A la charge. La fonctcn dc limitcaicri est mise er par UT circuit de 'fT on qui assure que le Tu dlgt. 25 ne déoa.s.sc oas un seuil de couran fini. Un calculateur 1, integrant un clr t de corn:D.J.:L.- tion 2 et un circuit de limitation 3 de l'ac anterienr, est represent cur la figure 1. 30 de commutation 2 comporte un 4 de Lye H-D3I7.7 et des composants de pilotage mangE le tr--=[rEist- 4. Le circuit de limitaLi - porte une nco de mesure 6, un on l'occurren aux bornes desquelles s'etablit une ion 2 do _ proporti_ lie au courant d'alimentation Ia j0.Jr:iL p r le o.i d'aJi7en 7 a la ch 8 Le principa inconvenie pr-U=,re solu- tion est que le sFciil de dr- penda- cu transi.= 9 qui hoc ic imitation u- rant, a notammeirt fJes variations en temperature e.s ca- -a-teristiques I t. transistor 9. e seuil de csouiit ft-_i est done malt cr1 fge avec ur on 'ordr de +/-50%, ce quH peuc ee pénisaeL oour applications. a envisage, en reference a la figure 2, er is precision de la limitation en utilisant un moAage 11 de vcc >: la diode t-fansil 201 forme alors on circuit ouvert. 10 La circuit de sur.icl1.:ance 200 est pilote par un composant de pilotage, en l'occurrence par un microcontroleur 203 qui pllcLu aussi le circuit de commutation alnsi que l'ensemble rcuits decrits pus. tot. Le cl.lc.cr 203 corri. ctelc entrées et tee sorties 15 a celles du rn. roleur 123. Le circuit de surveillance 200 comporte un premier transistor 204 et une resistance de surveillance 70' Le premier transistor 204 est ur transistor -MOS= La resistan de su7,7eillarce c=cee 20 entre le premier transistr 204 cc la r-se L.lccrccue. Une sortie de surveillance 208 du microccnlcur 203 est reliee A la grille du premier transistor to une re- sistance 209 et une cal:;a:::ita 210 morc.lu en parallele. de mesure 211_ ci croconertleur 203 acquie 25 v. a cc rés-stance 212 et une capacite 213 ctées araijéle., one tension de surveil-la cc Vs auz bornes de la resistance de suz:x illance 205. Un converti Jeur analo.gique numerique 215 integre dans le microcontroleur 202 mesure et numerise la tension 30 de SUf eillance Vs. de surveillance 7.00 comporte en outre un deuxme 'r.rasistor 16, de type P-MCSFET. Une sortie de commando 217 du microcontroleur 203 esb connectee a un point P7. Le point P7 est situe entry218 35 et une stance 219. La resistance 213 eat rcliée A la 22 grille du deuxieme tor 216. Le drain du deuxieme transistor 216 es re17 a une to.:',_ +5V. La s Jrce du deuxieme tr:Tis±,:-( 216 est con' WiC preTiare bc d' une ind 220. La de ,:me borne de 5 l' . Lance 220 est reliee au drain du premier transis- tor 204. Le drain du premier transistor 20t, cst aussi re- lie d' une diode 221, dont la c: ho st con- nect la sortie discrete Sd du ca1cuTt.e:r -A A la diode transil 201. La catkode de la diode 2i... ::t 10 reliee a la tension de +5V via une resistance 222. Le principe de fonctionnemenL. Cu circuit de surveil- lance 200 consist:e, squ'il convient on tester la diode trans. A g. une tension de r de li7itation ld dioo 1.1 201 at a 15 nnianie Li tension de teL Vt e diode On compare _AJrs la tension res] aux bor.:nes de la diode transil 201 avec la tensi7-i -ita- t- , de la cie _ransil 201, et on ail ls de - I transil 201 lorsque resul- 20 tate est s.:,prieure a la tension de 'limitation. Ii ccnvInt cependant d assurer que la tension re- sultante bornes de la diode transil 201 ne salt pas at qu'elle ne soit pas susceptible de les c:I:n:o:cas du calculateur, et notamme-nt les 25 du circJi_ c:ommutation (incluant le a.ierc- ccntr3i- 203). Pour generer la tension de test V1., le circuit de surveillance 200 comporte des =ions d'elevation de ten- SiCQ agencs aour gen7 la tension de Vt et pour 30 ar:;n1 ,1:e: s.ilectivement la tension de t bornes de la c trnsil 201. movens d'elev :ion de tension CCT12.1-1 le deuxieme _ransistor 10 at l'inductance 220. ion de iost Vt est sur la diode transil 201 10 35 221. 23 Lorsqu'il corvient de generer la tensic.A de test Vt, m signal ,'re test Sct est sur la grille ' deuY. tans sLc'- 216. Le circuit de , 1.cillance 200 comporte auss: 5 mc\ _s d'asservisscie:IL dgences pour ervir la Lo:-sion resultante aux bornes diode transil 201 de maniere a assurer que la '_cnsion -:(:sultanLe ne depass seuil de -L ijLui m -edete.miL assure ins7. que la tensi res-AL:ant.: 'est p_ 1b _e 10 truire les composa..e du calculateur. Les moyens d'asservissement comportent le premier tranHi - 204, la restance de survcillance 2()5 et le m: roc 2313 est des ne nerer 15 CE commas enier tr:*7.tor 2 C 4 et ser7L tension cic suveiliance Is aux bornes résistauc.0 de surveillance 205 sur la tension de c-: :f= Vc. La n en oeuvr eiffJ._it de surveil.lcnce 233 20 use le vertisse i, 1 numerique, 215 contro_e 203, a..:i ,:,, 222, us un premier comparateur 2CC, so de-axieme c aratr,u- un TIg_ .tre 226, et une bascule RS 227. Le convertisseur analogique num 15 acquiert 25 la tensis:i de surveillance Vs, et p7-odit ion de sufveillLnee nuierique Vnum sur 10 bits de calcul 222 produit, a partir de la tension de mesure numerique Vnum at du seuil de tension maKle predeterminee, un signal d'erreur numeriq,- S 30 sur 10 bits. Le s d'erreur numerigac S est tel S-1023 -(Vn C)*G. 153 cette formule, 1023 correspond a, la pleine de codage analogique numerique sur 10 bits. Le 35 siusci d'erreur r_u:-ique S est ainsi centre dans la dy- 24 namique signal numerique en sortie du convertisseur anabel 215. Dans cette for1[.J1e, C est une valeur de consignde tension correspon.dant a une consigne de courant. G c-s an 5 gain oui amplifie ls difference entre la tensi me- sure n=ericue Vnum et la consigne de tension. Le premier comparateur 224, is ca-Tteur 222 at la bascuJe L 227 forrrant un deuxieme e..ar cc signal par maau_a:ic-_ ( largeur d'impuls _Lynui MLI) 230, 10 prograaa dans is m crocontroleur 203. Le deuxieme ,enorateur de signal par modulation de large a: d'imbulsion 230 fonctionne de send able au pccl fateur de signal par modulaLion de gaur 143 aLarit plus tot. 15 Un filtre pass-bas 228, forme pa7 tance et la capacite 210, produit une ter.sdcui sH commande con- tinue egale é une moyenne du signal MLI. La tension de comrlaadcccritinuc Vc est appliquee cur la grille du mier ansisL 20 Le signal commande de test Sct est aussi acolicul en entree de la bascule RS 7.27. Le signal de COn=ldn test Sct autorise donc la generation du sigirlai MLI et done de la tension de commande continue Vc. On core que le s5q stre 776 contient cette fois is 25 valeur hexadrTa1e 17. En référe cc a la figure 9, 1cr sac a le sior..1 de commande de test Sot eeL dans un eta._ n.tut, le deu7-leme Lcateur de signal par modulation de acaur a 230 cree an signal carre 240 presentant une 30 certal iode et un certain cycle. etat hart cc signal c.rrré cuvre le premier ,sistor 204. La te.:sio7-1 de te _ gen(...:ree pa: las moyens d'elevation de tens sdu77, Ic signal carre 209 retourne a l'etat has, is premi :_ransistor 35 164 passe dans un mode bloque et la tensior. nOr test Vt 25 s'a foule et s'annule, jusqu'A l'etat 1i suivant du ci- 1ocue is d-o6e transil 201 est nelle, la an:e Vrl est limitee par on _OL c.ae ii la diode transil 201. la diode transil 201 est defaillante et constitue un circuit °avert, la. tension resultante 1 est sus° JLible d'atteird - oa valeur maximle b plus importante. La valeu- naxinai:i cL doe?ndant 10 au seuil de tension maximale p-fedLeriin 11 Vm. La reg1:19tion de la tension resnitante Vr2 sur seuil de ion max-male predetermin Vm es real' par le L-ieme generateur de signal ation largeur d'imnulsion 23. La valcur de la C. H de cou- 15 ran7 ocluee plus tL est definis foLlon du tension maxoic:L000 predee7mine Vm et de la resistance de surveillance 205. cult de surveillance 200 comports de or agerces peir 01:11=f la teTs, r-2:--Ju Lofts 20 al e la ,Jiode Lr;,Isil 201 avec la V1 de la dioe- transil 2, et a cr,e-_, defaillance de la diode transil 201 lorsque la tension résultarto est superieure a la tension de limitation Vi. Les movers de detection sent implementes dans le m 25 contraleuf 203. 1,01::11.1C le secil de tension maioor1c coaaa000r:ijné Vm otteint par la tension res1_11__ as moyens de ciTlection d-1 rricrrocontrôleur 203 detectent que la. tension resultante Vr2 est superieure A. la ension de limi- 30 tation V1, et detectent dfmnc cue la eLode t7ansil 201 forme un circuit ouvert e On note que le coip:rt,Hnent de cotte fcooion de surveillance est dépenctanc de la charge trice. Ii est door preferable de realiser la surveillance lors- 35 qu'auc=e charoe n'est connectee a la sortie discrete du at ion Ler!,- a 26 calculateur, ce qui correp generalement aux phases de fjo et de verifica_ion avant la mise en service du c1culateur. Meme sill peut s'averer necessaire de mise en oeuvre de la fonction de surveilla 5 ces pss, la fonction de surveillance demeure tres in- teressan7e pour Leduire les coOts de fabrication et de maint :_ations operationnelles. .ntion n'est pas lie modes de realLsation dacLLs mais englobe tore iu:t:e 10 entrant dma le champ l'invention REVENDICATIONS1. Toi:.les circuits et Les les foncti: sentes ici peLvent etre mis en T.vre de man 7.ierique ou analogique. 15 27 R ' 7T..7.DICAT 1. Circuit de commatation destine A. commuter a une masse é7ectrique un point froid d'une charge (22) dont un point chaud est relie a un reseau d'alimentation, le circuit de commutation comportant un transistor 31 ; 121) monte entre le 1: irY an la iasse electriqu une re :Lance de mesore 74 ; 32 ; 122) montee cnrc in Lrnnsistor et la rasse electrique, et un 10 composanL de pilotage destine a la fois a commander le transistor et a ilmiter un courant d'alimentation (Ia) fourni A la charoc )22) par le reseau d'alimenLatic;n, le cc:r. de piL-- e etant agence pour recev i e ion a? comman formant un nLL1 de conn. 15 un .dnal de dec. do 12oint frcid et de la mas,...,.e electrldoe, et poor : - lci7;que la tension de commande p,/, est un signol do dec=oxin, genera- ure tension de pilotage (Vp) qni le transistr inns un SLat bloque ; 20 - 1::-)rsque la teraic..n de cormAdo est un ai.cnni de connexion et que le courant irenaton ( a ne peut pas atteindre un seuil de courant predefini, génirer une tension de pilo qui commande le transistor en regime satiré 25 - lorsque la tension de commande (Vii) est un signal de co=exion et que le courant d'alimentation (Ia) peut atLo Thdre le seuil de courant predefini, generer une tension de pilotage (Vp) qui commande le transistor en rCimn , de sorte cue le courant d'alimentation 30 snnL ricoh pour ne pas Oepasser he seuil de courant 2. Circuit d.c commutation 1 la revendication 1, dans 1c21: 1 le composant de piloLage est un am-r) Lficateur operat'onnel (26 ; 33) qui a unc entrée 35 inverseuse reliee i oi puint chaud de la resi.=_; n(.-.e de 28 mesure, une entrée non inverseuse sur laquelle née la tension de coTmande , et une sortie est gene:!ree la ter::-, on ce ictaqe Ciocuit de coTmuttion la rev (.2._ 2, dans lequel, =orsque le transistor ost co7mancie en rogime lineaire, nsion de mes-s,re ac: boo.,s d.:, la ro I i stance ta icc -L.O est evo 1'ampli.ica7:er op.ionrie1 sur la eur de -a tension de ccmmande (VH). 4. Circuit de commutation anion la revendication 1, le ccmpsant de cilotage etant un composant de traitement de type micrdc ',-':lcar. (123 J.7;) dans lequel on premier naceu do eioJ par 7-cdi ation de largour imoi: est ooracrd 5. revendication 4, dans lequel le premier rateur de sic:ccl par modulation de largeur impoison (143) r;o7-te un comoarateur (139), or rpte_ ) et une -TJe RS (142), une sortie cia la haaoulcetant relL.ic, via un ilitre passe-bas (135), a u:ic grille du trans. 6. Circuit de commutation salon la rcvendir..atdon 5, comport:Irt un convertissour ocalogique (136) qui nu M *se une tension cc co-ore (Vmes) auc barnes de la resistance de mesuro, dull ion) produit an signal 'erreur nur.1 rtlr le tension de mesure numerique Ian) et du seuil de courant predefini, le signal d'erreur nume cc etant applique en entrée du comparateur (139) qui coypare le signal d'erreur numerique avec une valeur du compteur (138). 7. Circuit de c o ram u. L salon la revendication 1, le circuit ,r,muta n comportant en outca in circuit de surveillance (200) d'un composant de )n cc:itre la foudre (201). 29 revendi, Circuit de commutation selon la (200) i 7, dans -oue_. le circuit de sur 2illance aux :ii pour gene er une ten_ de Lo :....r: (Vt) composant de protection -:L re lo f::--dre At pour comparer une l_ensien aux bornes du colr.pesL.,n_ de protection contre la foudre (201) avec -une limitat:on (V1) du composant de protection contrT 1' 9. Cin::cct de commutation selon la 10 -Ldication 7, duiis lequel le circuit de surveillance comprend un composant de t. ai_ement de. type mic:ocontraleur (203) dans lequel un de;:xieme gen6aleur de signal par modulation de largeur 'sion (230) est ammd. 15 IU. Circuit de coim-)tation sel:::.o la revendication 7, dans lequel le composant de protection con7.1: la foudre (201) est une diode tronsil. 11. Circuit de com7-:tat on la LCL.1Ofl 1, comprenant un 20 cs:=-.(..ITent (50) agence pour produffe 1 sign" de cec: aon lorsqu'une tension de mesu aux burr.eo be la resistance de mesure est saperieure a une tension de reference. 12. Circuit. de commutation se_on la 25 revsTlication 11, cdmprenan en ouoo un .rcuit de CE: rTe71 automa:.±.cue (60) COMfrl- t un premier muLti,ribrateur mono ac_c 1 ) un deuxieme multivibrateur monostable (6?). 13. Calculatcur corxDrenant n de 30 comaLion seL des rave-- T-Lcadr2 s et sortie discre:e reliée au circuiT be