Brevet FR3113795A1 — publié le 20220304

Dispositif d’inversion d’état, système de sortie et appareil électronique associés Ce dispositif (40) comprend : - une première borne d’alimentation (42) et une deuxième borne d’alimentation (44), la première borne ayant un potentiel électrique supérieur au potentiel électrique de la deuxième borne, - une première borne d’entrée (50) et une deuxième borne d’entrée (52) destinées à être connectées à la sortie de sécurité (20), - une première borne de sortie (54) et une deuxième borne de sortie (56) entre lesquelles est fourni un signal de sortie logique inverse du signal logique fourni par la sortie de sécurité (20), la première borne de sortie (54) étant reliée électriquement à la première borne d’alimentation (42) et la deuxième borne de sortie (56) étant reliée électriquement à la deuxième borne d’entrée (52), et - une résistance (60) connectée entre la deuxième borne de sortie (56) et la deuxième borne d’alimentation (44). Figure pour l'abrégé : Figure 1 Dispositif d’inversion d’état, système de sortie et appareil électronique associés La présente invention concerne un dispositif d’inversion d’état d’une sortie de sécurité d’un appareil électronique. L’invention concerne également un système de sortie comprenant un tel dispositif et un appareil électronique pour véhicule, notamment ferroviaire, comprenant un tel système. L’invention s’applique au domaine des transports, en particulier des transports ferroviaires. Il est parfois nécessaire, pour des appareils électroniques de véhicule ferroviaire comportant des sorties de sécurité, d’inverser l’état d’une telle sortie de sécurité. Une telle sortie de sécurité permet de relayer un signal logique. Cela permet notamment de piloter des charges, telles qu’une lampe indiquant une défaillance de la sortie de sécurité, de façon sécurisée. Suivant cet exemple, en cas de défaillance de la sortie de sécurité, celle-ci est dans un état ouvert. Il est alors nécessaire d’inverser cet état afin d’allumer la lampe pour indiquer dans ce cas au conducteur une défaillance de l’appareil électronique. Pour cela, on connait des dispositifs comportant un relais piloté par induction via une bobine, le relais étant fermé lorsque la bobine n’est pas alimentée en courant, et ouvert lorsque la bobine est alimentée en courant. En connectant en série la sortie de sécurité avec la bobine, et la charge pilotée avec le contact du relais, un tel dispositif permet de piloter la charge avec un état inverse à celui de la sortie de sécurité. Cependant, l’utilisation d’un relais rend le dispositif compliqué et coûteux. Le but de l’invention est de proposer un dispositif d’inversion d’état d’une sortie de sécurité d’un appareil électronique plus simple et moins coûteux. A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif d’inversion d’état d’une sortie de sécurité d’un appareil électronique, la sortie de sécurité étant configurée pour fournir un signal logique, le dispositif comprenant une première borne d’alimentation et une deuxième borne d’alimentation, la première borne d’alimentation ayant un potentiel électrique supérieur au potentiel électrique de la deuxième borne d’alimentation. Le dispositif comprend également une première borne d’entrée et une deuxième borne d’entrée destinées à être connectées à la sortie de sécurité, la première borne d’entrée étant reliée électriquement à la première borne d’alimentation. Le dispositif comprend également une première borne de sortie et une deuxième borne de sortie entre lesquelles est fourni un signal de sortie logique inverse du signal logique fourni par la sortie de sécurité, la première borne de sortie étant reliée électriquement à la première borne d’alimentation et la deuxième borne de sortie étant reliée électriquement à la deuxième borne d’entrée, et une résistance connectée entre la deuxième borne de sortie et la deuxième borne d’alimentation. Suivant d’autres aspects avantageux, le dispositif comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la sortie de sécurité comprend un pouvoir de coupure I max , et la valeur de la résistance est supérieure à une résistance minimale définie par la formule suivante : , où U est la tension d’alimentation fournie entre la première borne d’alimentation et la deuxième borne d’alimentation et m est une marge. - la marge est supérieure à 10%, de préférence supérieure à 15%. - il comprend une diode connectée entre la deuxième borne d’entrée et la deuxième borne de sortie. L’invention a également pour objet un système de sortie d’un appareil électronique comprenant une sortie de sécurité configurée pour fournir un signal logique, un dispositif d’inversion d’état de la sortie de sécurité, le dispositif étant tel que défini précédemment, une charge pilotée comprenant une tension de pilotage inférieure à la tension d’alimentation fournie entre la première borne d’alimentation et la deuxième borne d’alimentation du dispositif d’inversion d’état, la première borne d’entrée et la deuxième borne d’entrée du dispositif d’inversion d’état étant connectées à la sortie de sécurité, et la première borne de sortie et la deuxième borne de sortie du dispositif d’inversion d’état étant connectées à la charge pilotée. Suivant d’autres aspects avantageux, le système comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la valeur de la résistance du dispositif d’inversion d’état est inférieure à une résistance maximale pour laquelle la chute de tension de la résistance est égale à la différence entre la tension d’alimentation et la tension de pilotage. - la charge pilotée comprend une lampe, notamment une lampe à diodes électroluminescentes polarisées. L’invention a également pour objet un appareil électronique pour véhicule, notamment ferroviaire, comprenant un système de sortie tel que décrit précédemment. D’autres aspects et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence à la figure 1 correspondant à une représentation schématique d’un système de sortie selon l’invention comprenant notamment un dispositif d’inversion d’état. La figure 1 représente un système de sortie 10 pour un appareil électronique. L’appareil électronique est, par exemple, un équipement électronique d’un véhicule, tel qu’un véhicule ferroviaire. L’appareil électronique est, par exemple, une charge de véhicule ferroviaire, tel qu’un système de climatisation ou un élément du système de traction ou du système de freinage du véhicule. Le système de sortie 10 comporte une sortie de sécurité 20, une charge pilotée 30 et un dispositif d’inversion d’état 40 de la sortie de sécurité 20. La sortie de sécurité 20 est configurée pour fournir un signal logique. Par exemple, la sortie de sécurité 20 comprend au moins un transistor, tel qu’un transistor à effet de champ à structure métal-oxyde-semiconducteur appelée MOS. Selon cet exemple, le signal logique fourni par la sortie de sécurité 20 est en état fermé lorsque le transistor est passant et en état ouvert le transistor est bloqué. De préférence, la sortie de sécurité 20 est apte à fournir le signal logique suivant les exigences du niveau d'intégrité de sécurité de la norme SIL2 (en anglais Safety Integrity Level ). Selon l’exemple décrit, la sortie de sécurité 20 comprend un pouvoir de coupure I max . On appelle pouvoir de coupure l’intensité maximale relayée par la sortie de sécurité 20. La charge pilotée 30 comprend, selon l’exemple de la figure 1, une lampe, telle qu’une lampe à diodes électroluminescentes polarisées. En variante non représentée, la charge pilotée 30 comprend tout type d’indicateur lumineux. La charge pilotée 30 comprend une tension de pilotage inférieure à la tension d’alimentation fournie entre deux bornes d’alimentation du dispositif d’inversion d’état 40 décrit en détail par la suite. La tension de pilotage correspond à une tension de fonctionnement normale de la charge pilotée 30. Le dispositif d’inversion d’état 40 est configuré pour fournir à la charge pilotée 30 un signal de sortie logique dont l’état est inverse à celui de la sortie logique fournie par la sortie de sécurité 20. Le dispositif d’inversion d’état 40 comprend une première borne d’alimentation 42 et une deuxième borne d’alimentation 44, une première borne d’entrée 50 et une deuxième borne d’entrée 52 connectées à la sortie de sécurité 20, une première borne de sortie 54 et une deuxième borne de sortie 56 connectée à la charge pilotée 30, et une résistance 60. La première borne d’alimentation 42 comprend un potentiel électrique supérieur au potentiel électrique de la deuxième borne d’alimentation 44. Selon l’exemple décrit, la première borne d’alimentation 42 comprend un potentiel électrique égal à 110 Volts et la deuxième borne d’alimentation 44 est reliée à une masse électrique de l’appareil électronique et/ou du véhicule. La première borne d’entrée 52 est reliée électriquement à la première borne d’alimentation 42. Le signal de sortie logique est fourni entre la première borne de sortie 54 et la deuxième borne de sortie 56. La première borne de sortie 54 est reliée électriquement à la première borne d’alimentation 42 et la deuxième borne de sortie 56 est reliée électriquement à la deuxième borne d’entrée 52. La résistance 60 est connectée entre la deuxième borne de sortie 56 et la deuxième borne d’alimentation 44. La valeur de la résistance 60 est choisie de façon à éviter un court-circuit de la sortie de sécurité 20 lorsqu’elle est dans un état fermé et que le courant circule entre la première borne d’alimentation 42 et la deuxième borne d’alimentation 44 à travers la sortie de sécurité 20. Plus particulièrement, la valeur de la résistance 60 est supérieure à une résistance minimale R min définie par la formule suivante : [Math 1] , où U est la tension d’alimentation fournie entre la première borne d’alimentation 42 et la deuxième borne d’alimentation 44 et m est une marge. La marge m est définie suivant le type de sortie de sécurité 20. Selon l’exemple décrit, la marge m est supérieure à 10%, de préférence supérieure à 15%. En outre, la valeur de la résistance 60 est choisie de façon à ce que la résistance 60 assure une chute de tension nécessaire de la charge pilotée 30 pour son alimentation entre la première borne d’alimentation 42 et la deuxième borne d’alimentation 44 lorsque la sortie de sécurité 20 est dans un état ouvert et que le courant circule entre la première borne d’alimentation 42 et la deuxième borne d’alimentation 44 à travers la charge pilotée 30. Plus particulièrement, la valeur de la résistance 60 est inférieure à une résistance maximale R max pour laquelle la chute de tension de la résistance 60 est égale à la différence entre la tension d’alimentation et la tension de pilotage de la charge pilotée 30. En résumé, la valeur de la résistance 60 est comprise entre la résistance minimale R min et la résistance maximale R max . En complément facultatif, le dispositif d’inversion d’état 40 comprend une diode 70 connectée entre la deuxième borne d’entrée 52 et la deuxième borne de sortie 56. L’anode de la diode 70 est connectée à la deuxième borne d’entrée 52 et la cathode de la diode 70 est connectée à la deuxième borne de sortie 56. La diode 70 ainsi connectée permet d’éviter un retour de courant dans la sortie de sécurité 20, notamment lorsque la charge pilotée 30 comprend une lampe à diodes électroluminescentes polarisées. Le fonctionnement du dispositif d’inversion d’état 40 est décrit dans ce qui suit en fonction de l’état de la sortie de sécurité 20. Lorsque la sortie de sécurité 20 est dans un état ouvert, le courant ne circule pas entre la première borne d’entrée 50 et la deuxième borne d’entrée 52. Le courant circule alors depuis la première borne d’alimentation 42 vers la deuxième borne d’alimentation 44 à travers la charge pilotée 30 et la résistance 60, la valeur de la résistance 60 étant inférieure à la résistance maximale R max afin d’assurer l’alimentation suffisante de la charge pilotée 30. Le dispositif d’inversion d’état 40 fournit alors entre la première borne de sortie 54 et la deuxième borne de sortie 56 un signal de sortie logique dont l’état est passant. Lorsque la sortie de sécurité 20 est dans un état fermé, la résistance interne de la sortie de sécurité 20 étant très faible devant celle de la charge pilotée 30, la sortie de sécurité 20 court-circuite la charge pilotée 30, le courant circulant alors entre la première borne alimentation 42 vers la deuxième borne d’alimentation 44 à travers la sortie de sécurité 20 et la résistance 60. Dans ce cas, le courant ne circule pas entre la première borne de sortie 54 et la deuxième borne de sortie 56. Le dispositif d’inversion d’état 40 fournit alors entre la première borne de sortie 54 et la deuxième borne de sortie 56 un signal de sortie logique dont l’état est bloqué. On comprend alors que le dispositif d’inversion d’état 40 permet de fournir entre la première borne de sortie 54 et la deuxième borne de sortie 56 un signal de sortie logique dont l’état est inverse au signal logique fourni par la sortie de sécurité 20. En outre, le choix de la valeur de la résistance 60 entre la résistance minimale R min et la résistance maximale R max permet d’éviter de court-circuiter la sortie de sécurité 20, tout en permettant d’assurer l’alimentation avec une tension suffisante de la charge pilotée 30. Ainsi, un tel dispositif d’inversion d’état 40 permet de s’affranchir de l’utilisation d’un relais pour inverser l’état de la sortie de sécurité 20, ce qui le rend plus simple et moins coûteux. Dispositif (40) d’inversion d’état d’une sortie de sécurité (20) d’un appareil électronique, la sortie de sécurité (20) étant configurée pour fournir un signal logique, le dispositif (40) comprenant : - une première borne d’alimentation (42) et une deuxième borne d’alimentation (44), la première borne d’alimentation (42) ayant un potentiel électrique supérieur au potentiel électrique de la deuxième borne d’alimentation (44), - une première borne d’entrée (50) et une deuxième borne d’entrée (52) destinées à être connectées à la sortie de sécurité (20), la première borne d’entrée (50) étant reliée électriquement à la première borne d’alimentation (42), - une première borne de sortie (54) et une deuxième borne de sortie (56) entre lesquelles est fourni un signal de sortie logique inverse du signal logique fourni par la sortie de sécurité (20), la première borne de sortie (54) étant reliée électriquement à la première borne d’alimentation (42) et la deuxième borne de sortie (56) étant reliée électriquement à la deuxième borne d’entrée (52), et - une résistance (60) connectée entre la deuxième borne de sortie (56) et la deuxième borne d’alimentation (44). Dispositif (40) selon la revendication 1, dans lequel la sortie de sécurité (20) comprend un pouvoir de coupure I max , et la valeur de la résistance (60) est supérieure à une résistance minimale définie par la formule suivante : , où U est la tension d’alimentation fournie entre la première borne d’alimentation (42) et la deuxième borne d’alimentation (44) et m est une marge. Dispositif (40) selon la revendication 2, dans lequel la marge est supérieure à 10%, de préférence supérieure à 15%. Dispositif (40) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, en outre, une diode (70) connectée entre la deuxième borne d’entrée (52) et la deuxième borne de sortie (56). Système de sortie (10) d’un appareil électronique comprenant : - une sortie de sécurité (20) configurée pour fournir un signal logique, - un dispositif d’inversion d’état (40) de la sortie de sécurité (20), le dispositif (40) étant selon l’une quelconque des revendications précédentes, - une charge pilotée (30) comprenant une tension de pilotage inférieure à la tension d’alimentation fournie entre la première borne d’alimentation (42) et la deuxième borne d’alimentation (44) du dispositif d’inversion d’état (40), la première borne d’entrée (50) et la deuxième borne d’entrée (52) du dispositif d’inversion d’état (40) étant connectées à la sortie de sécurité (20), et la première borne de sortie (54) et la deuxième borne de sortie (56) du dispositif d’inversion d’état (40) étant connectées à la charge pilotée (30). Système (10) selon la revendication 5, dans lequel la valeur de la résistance (60) du dispositif d’inversion d’état (40) est inférieure à une résistance maximale pour laquelle la chute de tension de la résistance (60) est égale à la différence entre la tension d’alimentation et la tension de pilotage. Système selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la charge pilotée (30) comprend une lampe, notamment une lampe à diodes électroluminescentes polarisées. Appareil électronique pour véhicule, notamment ferroviaire, comprenant un système de sortie (10) selon l’une quelconque des revendications 5 à 7.