Brevet FR3119275A1 — publié le 20220729

L’invention a pour objet un dispositif électronique de commande d’un élément électromagnétique, le dispositif électronique comprenant : une batterie d’alimentation, un circuit de contrôle, un circuit de puissance pilotant l’élément électromagnétique et un transistor MOSFET de protection contre les inversions de polarité, caractérisé en ce que le dispositif électronique comprend un dispositif de protection dudit transistor MOSFET. Figure pour l’abrégé : Figure 2 Protection de MOSFET Le contexte technique de la présente invention est celui de la protection contre les courants inverses. Plus particulièrement, l’invention a trait à un dispositif électronique de commande d’un moteur électrique, notamment du type de ceux utilisés dans des ensembles de ventilation de véhicule automobile. L’invention concerne aussi un groupe moto-ventilateur pour véhicule automobile, piloté par un tel circuit de puissance moteur. Le dispositif électronique de commande est un module électronique nécessaire pour contrôler un élément électromagnétique, tel que par exemple un moteur électrique, en faisant varier sa vitesse. Ce dispositif électronique de commande, intercalé entre la batterie et l’élément électromagnétique, comporte des composants électroniques sensibles aux perturbations du réseau électrique de la batterie et du composant électromagnétique qu’il pilote. Les perturbations rencontrées peuvent être des fluctuations de tensions et même des tensions inverses. En effet, dans certains cas, l’élément électromagnétique peut se retrouver dans une configuration de génératrice et alors délivrer un courant vers le reste du circuit. Afin de prévenir tout dommage, le dispositif électronique de commande de l’élément électromagnétique comprend un transistor MOSFET visant à bloquer le courant lorsque celui-ci est inversé, assurant ainsi la protection du reste du circuit. Cependant, sous certaines conditions de baisse de tension de grille (gate en anglais), donc d'augmentation de la résistance RDSon dû à la baisse de la tension de batterie, ce transistor MOSFET peut être amené à recevoir un courant renvoyé sur la batterie, l’amenant à développer une forte dissipation d’énergie pouvant amener la destruction du composant. MOSFET est l’acronyme anglais pour « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » et signifiant transistor à effet de champ à grille isolée. Afin de remédier à ce problème, l’invention a pour objet un dispositif électronique de commande d’un élément électromagnétique, le dispositif électronique comprenant : une batterie d’alimentation, un circuit de contrôle, un circuit de puissance pilotant l’élément électromagnétique et un transistor MOSFET de protection contre les inversions de polarité, caractérisé en ce que le dispositif électronique comprend un dispositif de protection dudit transistor MOSFET, ledit transistor MOSFET comprenant un drain, une grille et une source. L’avantage de l’invention étant d’assurer avec des composants simples et à moindre coût une protection du MOSFET de protection contre les inversions de polarité. Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de protection comprend une première résistance, une seconde résistance et un transistor, ledit transistor comprenant une base, un collecteur et un émetteur. La seconde résistance permet de contrôler la vitesse d’ouverture du transistor MOSFET et la première résistance permet de protéger la jonction base émetteur du transistor du dispositif de protection de surcharge de tension Vds du transistor MOSFET de protection contre les inversions de polarité. Selon l’un des aspects de l’invention, le transistor MOSFET de protection contre les inversions de polarité est de type N. Il est dimensionné pour laisser passer le courant nécessaire au bon fonctionnement de l’élément électromagnétique. Selon l’un des aspects de l’invention, le transistor du dispositif de protection est du type transistor bipolaire NPN. Selon l’un des aspects de l’invention, la première résistance du dispositif de protection est positionnée entre la base du transistor bipolaire et le drain du transistor MOSFET. Cette première résistance permet d’assurer la détection du Vds et la protection de la jonction base émetteur du transistor bipolaire de surcharge de tension Vds du transistor MOSFET. Selon l’un des aspects de l’invention, la seconde résistance du dispositif de protection est positionnée entre le collecteur du transistor bipolaire et la grille du transistor MOSFET. Cette seconde résistance permet de contrôler l’ouverture du transistor MOSFET. Selon l’un des aspects de l’invention, le collecteur du transistor bipolaire est connecté à la grille du transistor MOSFET via la seconde résistance, l’émetteur dudit transistor bipolaire étant raccordé à la source du transistor MOSFET et la base dudit transistor bipolaire étant reliée au drain du transistor MOSFET via la première résistance. Ce transistor bipolaire a pour fonction d’ouvrir le circuit de puissance en forçant la tension de pilotage de la grille du transistor MOSFET à 0V afin de protéger le transistor MOSFET de toutes surcharges. Selon l’un des aspects de l’invention, une troisième résistance est positionnée entre la grille du transistor MOSFET de protection contre les inversions de polarité, via la seconde résistance et la sortie du circuit de contrôle qui pilote le transistor MOSFET de protection contre les inversions de polarité. La troisième résistance sert à piloter le transistor MOSFET de protection contre les inversions de polarité, via la seconde résistance et à limiter le courant de pilotage du circuit de contrôle quand le transistor est conducteur jusqu’à une tension de 0V entre la grille et la source du transistor MOSFET qui aura pour effet d’ouvrir le transistor MOSFET. Selon l’un des aspects de l’invention : le drain du transistor MOSFET est connecté à la borne négative de la batterie, la source du transistor MOSFET est connectée à la borne négative du circuit de puissance, une quatrième résistance est connectée à la borne négative du circuit de puissance et à la grille du transistor MOSFET. La quatrième résistance sert à fixer un potentiel de 0V entre la grille et la source du transistor MOSFET de protection contre les inversions de polarité quand il n’est pas sollicité et dans ce cas le transistor MOSFET sera verrouillé en position ouvert. Selon l’un des aspects de l’invention : le drain du transistor MOSFET est relié à la borne positive du circuit de puissance, la source du transistor MOSFET est reliée à la borne positive de la batterie, une quatrième résistance est connectée, via la seconde résistance à la grille du transistor MOSFET et à la borne positive de la batterie. Selon l’un des aspects de l’invention : le drain du transistor MOSFET est connecté à la borne négative de la batterie, la source du transistor MOSFET est connectée à la borne négative du circuit de puissance, une quatrième résistance est placée entre la grille et la source du transistor MOSFET. Selon l’un des aspects de l’invention : le drain du transistor MOSFET est relié à la borne positive du circuit de puissance, la source du transistor MOSFET est reliée à la borne positive de la batterie, une quatrième résistance est positionnée entre la grille et la source du transistor MOSFET. Selon l’un des aspects de l’invention, le transistor bipolaire est de type NPN ayant un gain β ou encore HFE compris entre 1 et 100000, préférentiellement 250. Selon l’un des aspects de l’invention, le transistor bipolaire a un courant de collecteur IC compris entre 1mA et 100A, préférentiellement 500mA. Selon l’un des aspects de l’invention, la première résistance a une valeur comprise entre 1Ω et 1MΩ, préférentiellement 1KΩ. Selon l’un des aspects de l’invention, la seconde résistance a une valeur comprise entre 1Ω et 5MΩ, préférentiellement 15KΩ. Selon l’un des aspects de l’invention, le transistor MOSFET de protection contre les inversions de polarité a une RDSon comprise entre 0.5mΩ et 100Ω. L’acronyme RDSon provient de l’expression Résistance Drain Source ON, ON signifiant activation en anglais et désignant le mode dans lequel le transistor MOSFET est fermé. Selon l’un des aspects de l’invention, la quatrième résistance a une valeur comprise entre 1KΩ et 500KΩ, préférentiellement 47KΩ. Selon l’un des aspects de l’invention, la troisième résistance a une valeur comprise entre 1Ω et 100KΩ, préférentiellement 2,2KΩ. Selon l’un des aspects de l’invention, l’élément électromagnétique est un moteur DC à balais ou sans balais de type “Brushless” ou tout autre type de charge pouvant générer une tension supérieure à la tension de la batterie d’alimentation. Selon l’un des aspects de l’invention, la batterie délivre une tension comprise entre 0V et 100V, préférentiellement une tension nominale de 12V pouvant varier de 0 à 16V et en cas d’inversion de polarité respectivement de 0V à -100V et préférentiellement de 0V à -16V. L’invention a encore pour objet un groupe moto-ventilateur pour véhicule automobile, ledit groupe moto-ventilateur comprenant : un ventilateur entraîné en rotation par un moteur électrique; et un dispositif électronique de commande pour piloter le moteur électrique, équipé dudit dispositif de protection du MOSFET de protection contre les inversions de polarité. D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : représente schématiquement un dispositif électronique de commande électrique selon l’état de l’art. représente schématiquement un dispositif électronique de commande électrique avec le dispositif de protection du MOSFET selon un premier mode de réalisation de l’invention. représente schématiquement un dispositif électronique de commande électrique avec le dispositif de protection du MOSFET selon un second mode de réalisation de l’invention. représente schématiquement un dispositif électronique de commande électrique avec le dispositif de protection du MOSFET selon un troisième mode de réalisation de l’invention. représente schématiquement un dispositif électronique de commande électrique avec le dispositif de protection du MOSFET selon un quatrième mode de réalisation de l’invention. représente un premier exemple d’élément magnétique commandé par le dispositif électronique de commande électrique d’une des figures 2 à 5, l’élément magnétique étant ici un moteur électrique sans balais du type “brushless” triphasé. représente un second exemple d’élément magnétique commandé par le dispositif électronique de commande électrique d’une des figures 2 à 5, l’élément magnétique étant ici un moteur électrique sans balais du type “brushless” polyphasé. représente un troisième exemple d’élément magnétique commandé par le dispositif électronique de commande électrique d’une des figures 2 à 5, l’élément magnétique étant ici un moteur électrique DC avec balais. Description détaillée Comme présenté en représente un dispositif électronique de commande électrique d’un élément électromagnétique comprenant un transistor MOSFET M1 de protection contre les inversions de polarité, ce transistor étant dans cette figure non protégé. Quant à la , elle représente un dispositif électronique de commande 100 d’un élément électromagnétique 200 selon la présente invention, le dispositif électronique 100 comprenant : une batterie d’alimentation V1, un circuit de contrôle 4, un circuit de puissance 2 pilotant l’élément électromagnétique 200 et un transistor MOSFET M1 de protection contre les inversions de polarité, caractérisé en ce que le dispositif électronique 100 comprend également un dispositif de protection 3 dudit transistor MOSFET M1, ledit transistor MOSFET M1 comprenant un drain, une grille et une source. Le transistor MOSFET M1 de protection contre les inversions de polarité peut être vu, en première approximation, comme un interrupteur commandé. Ainsi, selon un signal de commande qu’il reçoit sur sa grille, il est fermé lorsque la polarité de la batterie est dans le bon sens et il est ouvert lorsque la polarité de la batterie est inversée. Comme présenté aux figures 2 à 5, et selon l’ensemble des modes de réalisation de l’invention, le dispositif de protection 3 comprend une première résistance R1, une seconde résistance R2 et un transistor Q1, ledit transistor Q1 comprenant une base, un collecteur et un émetteur. La seconde résistance R2 permet de contrôler la vitesse d’ouverture du transistor MOSFET M1 et la première résistance R1 permet de protéger la jonction base émetteur du transistor Q1 de surcharge de tension Vds du transistor MOSFET M1 de protection contre les inversions de polarité. Le transistor MOSFET M1 de protection contre les inversions de polarité est de type N. Il est dimensionné pour laisser passer le courant nécessaire au bon fonctionnement de l’élément électromagnétique 200. Le transistor Q1 est du type transistor bipolaire NPN. Le dispositif de protection 3 du transistor MOSFET M1 détecte une tension anormale aux bornes du transistor MOSFET M1 de canal N soit quand la tension de pilotage du transistor MOSFET M1 décroît en dessous d’un seuil nominal de 0,6V et variant de 0,2V et 1V en fonction de la température et du transistor bipolaire Q1 utilisé, ou bien lorsqu’un courant inverse traverse le transistor MOSFET M1, ou encore les deux à la fois. Si une telle tension anormale aux bornes du MOSFET M1 est détectée, le dispositif court-circuite la tension Vgs du transistor MOSFET M1 par une ouverture rapide mais contrôlée dudit transistor MOSFET M1 grâce à la seconde résistance R2. En surveillant à la fois la tension et le courant, par l’intermédiaire du dispositif de protection 3 de la présente invention, on protège le MOSFET M1 de surcharge pouvant occasionner sa destruction. Les variations de tension aux bornes du transistor MOSFET M1 sont la résultante de sa résistance interne. Sa résistance interne croît avec la température ainsi qu’avec la décroissance de sa tension de commande, ce qui fait que le dispositif réagira plus tôt avec l’augmentation de la température. De plus, le seuil de détection aussi décroît avec la température ce qui nous garantit un non emballement du système. Le transistor Q1 est un transistor bipolaire qui sert à détecter une tension positive Vds entre le drain et la source du transistor MOSFET M1. Cette tension met en conduction le transistor bipolaire Q1 dès que la tension Vbe entre la base et l’émetteur du transistor bipolaire Q1 franchit un seuil de tension qui permet le passage d’un courant Ib dans la base du transistor bipolaire Q1. Cette tension est la résultante du produit mathématique d’un courant circulant du drain vers la source du transistor MOSFET M1 Id multiplié par la valeur de la résistance à l’état passant RDSon du transistor MOSFET M1. Le RDSon du MOSFET croît rapidement quand la tension de pilotage de sa grille diminue en dessous d’un certain seuil. La tension entre le drain et la source du transistor MOSFET M1 augmente donc aussi quand la tension entre sa grille et sa source Vgs diminue. Le courant dans la base du transistor bipolaire Q1 est amplifié par son coefficient d’amplification Hfe ou β tirant un courant du collecteur Ic du transistor bipolaire Q1 vers son émetteur venant diminuer la tension de grille du transistor MOSFET M1 de protection contre les inversions de polarité ce qui provoquera une trés rapide augmentation de la résistance drain-source RDSon du transistor MOSFET M1 jusqu'à la complète ouverture du transistor MOSFET M1. Dès que le dispositif de protection 3 commence à ouvrir le transistor MOSFET M1, sa tension Vds augmentera automatiquement la tension Vbe du transistor Q1 en accélérant le processus décrit précédemment ce qui verrouille le transistor MOSFET M1 en position ouvert. La première résistance R1 du dispositif de protection 3 est positionnée entre la base du transistor bipolaire Q1 et le drain du transistor MOSFET M1. Cette première résistance R1 permet d’assurer la détection du Vds et la protection de la jonction base émetteur du transistor bipolaire Q1 de surcharge de tension Vds du transistor MOSFET M1. La seconde résistance R2 du dispositif de protection 3 est positionnée entre le collecteur du transistor bipolaire Q1 et la grille du transistor MOSFET M1. Cette seconde résistance R2 permet de contrôler l’ouverture du transistor MOSFET M1. Le collecteur du transistor bipolaire Q1 est connecté à la grille du transistor MOSFET M1 via la seconde résistance R2, l’émetteur dudit transistor bipolaire Q1 étant raccordé à la source du transistor MOSFET M1 et la base dudit transistor bipolaire Q1 étant reliée au drain du transistor MOSFET M1 via la première résistance R1. Ce transistor bipolaire Q1 a pour fonction d’ouvrir le circuit de puissance 2 en forçant la tension de pilotage de la grille du transistor MOSFET M1 à 0V afin de protéger le transistor MOSFET M1 de toutes surcharges. Une troisième résistance R4 est positionnée entre la grille du transistor MOSFET M1 de protection contre les inversions de polarité, via la seconde résistance R2 et la sortie F du circuit de contrôle 4 qui pilote le transistor MOSFET M1 de protection contre les inversions de polarité. La troisième résistance R4 sert à piloter le transistor MOSFET M1 de protection contre les inversions de polarité, via la seconde résistance R2 et à limiter le courant de pilotage du circuit de contrôle 4 quand le transistor Q1 est conducteur jusqu’à une tension de 0V entre la grille et la source du transistor MOSFET M1 qui aura pour effet d’ouvrir le transistor MOSFET M1. Pour l’ensemble des modes de réalisation de l’invention, le transistor bipolaire Q1 est de type NPN ayant un gain β ou encore HFE compris entre 1 et 100000, préférentiellement 250. Le transistor bipolaire Q1 a un courant de collecteur IC compris entre 1mA et 100A, préférentiellement 500mA. La première résistance R1 a une valeur comprise entre 1Ω et 1MΩ, préférentiellement 1KΩ. La seconde résistance R2 a une valeur comprise entre 1Ω et 5MΩ, préférentiellement 15KΩ. Le transistor MOSFET M1 de protection contre les inversions de polarité a une RDSon comprise entre 0.5mΩ et 100Ω. La quatrième résistance R3 a une valeur comprise entre 1KΩ et 500KΩ, préférentiellement 47KΩ. La troisième résistance R4 a une valeur comprise entre 1Ω et 100KΩ, préférentiellement 2,2KΩ. L’élément électromagnétique 200 est un moteur DC à balais ou sans balais de type « Brushless » ou tout autre type de charge pouvant générer une tension supérieure à la tension de la batterie d’alimentation V1. La batterie V1 délivre une tension comprise entre 0V et 100V, préférentiellement une tension nominale de 12V pouvant varier de 0 à 16V et en cas d’inversion de polarité respectivement de 0V à -100V et préférentiellement de 0V à -16V. Comme représenté en et selon un premier mode de réalisation, le drain du transistor MOSFET M1 est connecté à la borne négative de la batterie V1, la source du transistor MOSFET M1 est connectée à la borne négative du circuit de puissance 2, une quatrième résistance R3 est connectée à la borne négative du circuit de puissance 2 et à la grille du transistor MOSFET M1. La quatrième résistance R3 sert à fixer un potentiel de 0V entre la grille et la source du transistor MOSFET M1 de protection contre les inversions de polarité quand il n’est pas sollicité et dans ce cas le transistor MOSFET M1 sera verrouillé en position ouvert. Comme représenté en et selon un second mode de réalisation, : le drain du transistor MOSFET M1 est relié à la borne positive du circuit de puissance 2, la source du transistor MOSFET M1 est reliée à la borne positive de la batterie V1, une quatrième résistance R3 est connectée, via la seconde résistance R2 à la grille du transistor MOSFET M1 et à la borne positive de la batterie V1. Comme représenté en et selon un troisième mode de réalisation, : le drain du transistor MOSFET M1 est connecté à la borne négative de la batterie V1, la source du transistor MOSFET M1 est connectée à la borne négative du circuit de puissance 2, une quatrième résistance R3 est placée entre la grille et la source du transistor MOSFET M1. Comme représenté en et selon un quatrième mode de réalisation, le transistor MOSFET M1 de protection contre les inversions de polarité a son drain relié à la borne positive du circuit de puissance 2 et sa source reliée à la borne positive de la batterie V1, ainsi qu’une quatrième résistance R3 positionnée entre la grille et la source du transistor MOSFET M1 de protection contre les inversions de polarité. L’invention a encore pour objet un groupe moto-ventilateur 5 pour véhicule automobile, ledit groupe moto-ventilateur 5 comprenant : un ventilateur 6 entraîné en rotation par un moteur électrique; et un dispositif électronique de commande 100 pour piloter le moteur électrique, équipé dudit dispositif de protection 3 du MOSFET M1 de protection contre les inversions de polarité. L’invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations exclusivement décrits et illustrés, et s’applique également à tous moyens ou configurations, équivalents et à toute combinaison de tels moyens ou configurations. Dispositif électronique de commande (100) d’un élément électromagnétique (200), le dispositif électronique (100) comprenant : une batterie d’alimentation (V1), un circuit de contrôle (4), un circuit de puissance (2) pilotant l’élément électromagnétique (200) et un transistor MOSFET (M1) de protection contre les inversions de polarité, caractérisé en ce que le dispositif électronique (100) comprend un dispositif de protection (3) dudit transistor MOSFET (M1), ledit transistor MOSFET (M1) comprenant un drain, une grille et une source. Dispositif électronique de commande (100) d’un élément électromagnétique (200) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de protection (3) comprend une première résistance (R1), une seconde résistance (R2) et un transistor (Q1), ledit transistor (Q1) comprenant une base, un collecteur et un émetteur. Dispositif électronique de commande (100) d’un élément électromagnétique (200) selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le transistor MOSFET (M1) de protection contre les inversions de polarité est de type N. Dispositif électronique de commande (100) d’un élément électromagnétique (200) selon l’une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que le transistor (Q1) est du type transistor bipolaire NPN. Dispositif électronique de commande (100) d’un élément électromagnétique (200) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que la première résistance (R1) du dispositif de protection (3) est positionnée entre la base du transistor bipolaire (Q1) et le drain du transistor MOSFET (M1). Dispositif électronique de commande (100) d’un élément électromagnétique (200) selon l’une quelconque des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que la seconde résistance (R2) du dispositif de protection (3) est positionnée entre le collecteur du transistor bipolaire (Q1) et la grille du transistor MOSFET (M1). Dispositif électronique de commande (100) d’un élément électromagnétique (200) selon l’une quelconque des revendications 2 à 6 caractérisé en ce que : le collecteur du transistor bipolaire (Q1) est connecté à la grille du transistor MOSFET (M1) via la seconde résistance (R2), l’émetteur dudit transistor bipolaire (Q1) est raccordé à la source du transistor MOSFET (M1) et la base dudit transistor bipolaire (Q1) est reliée au drain du transistor MOSFET (M1) via la première résistance (R1). Dispositif électronique de commande (100) d’un élément électromagnétique (200) selon l’une quelconque des revendications 2 à 7 caractérisé en ce qu’une troisième résistance (R4) est connectée via la seconde résistance (R2) à la grille du transistor MOSFET (M1) et à la sortie (F) du circuit de contrôle (4). Dispositif électronique de commande (100) d’un élément électromagnétique (200) selon l’une quelconque des revendications 2 à 8 caractérisé en ce que : le drain du transistor MOSFET (M1) est connecté à la borne négative de la batterie (V1), la source du transistor MOSFET (M1) est connectée à la borne négative du circuit de puissance (2), une quatrième résistance (R3) est connectée à la borne négative du circuit de puissance (2) et à la grille du transistor MOSFET (M1). Dispositif électronique de commande (100) d’un élément électromagnétique (200) selon l’une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que : le drain du transistor MOSFET (M1) est relié à la borne positive du circuit de puissance (2), la source du transistor MOSFET (M1) est reliée à la borne positive de la batterie (V1), une quatrième résistance (R3) est connectée, via la seconde résistance (R2) à la grille du transistor MOSFET (M1) et à la borne positive de la batterie (V1). Dispositif électronique de commande (100) d’un élément électromagnétique (200) selon l’une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que : le drain du transistor MOSFET (M1) est connecté à la borne négative de la batterie (V1), la source du transistor MOSFET (M1) est connectée à la borne négative du circuit de puissance (2), une quatrième résistance (R3) est placée entre la grille et la source du transistor MOSFET (M1). Dispositif électronique de commande (100) d’un élément électromagnétique (200) selon l’une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que : le drain du transistor MOSFET (M1) est relié à la borne positive du circuit de puissance (2), la source du transistor MOSFET (M1) est reliée à la borne positive de la batterie (V1), une quatrième résistance (R3) est positionnée entre la grille et la source du transistor MOSFET (M1). Elément électromagnétique (200) commandé par un dispositif électronique de commande (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Groupe moto-ventilateur (5) pour véhicule automobile, ledit groupe moto-ventilateur (5) comprenant : un ventilateur (6) entraîné en rotation par un moteur électrique; et un dispositif électronique de commande (100) d’un élément électromagnétique (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, ledit dispositif électronique de commande (100) étant configuré pour piloter le moteur électrique.