Brevet FR3154247A1 — publié le 20250418

Circuit de protection (2) d’un dispositif électronique contre les surtensions, comportant deux bornes de connexion (21, 22) destinées à être reliées au dispositif électronique à protéger et comportant entre lesdites bornes de connexion : - une première branche comportant un interrupteur commandé (25) comportant une borne de commande (250), - une deuxième branche comportant au moins une diode Zener (26, 27), la deuxième branche étant reliée à la borne de commande (250) de l’interrupteur commandé (25), - une troisième branche comportant deux bornes d’entrée (23, 24) destinées à être reliées à un circuit de test (3), la troisième branche étant également reliée à la borne de commande (250) de l’interrupteur commandé (25), le circuit de test étant apte à commander la fermeture de l’interrupteur commandé via la borne de commande. Figure pour l’abrégé : figure 2 PROTECTION DE SYSTEME ELECTRONIQUE CONTRE LES SURTENSIONS La présente invention concerne la protection de système électronique contre les surtensions. Elle concerne plus particulièrement un circuit de protection contre les surtensions, par exemple en cas d’impact de foudre, qui peut être substitué à une diode de suppression de tension transitoire dite diode TVS (d’après l’anglais « Transient Voltage Suppression »). Le circuit de protection contre les surtensions peut être appliqué à de nombreux types de systèmes électroniques, notamment en environnement aéronautique, ou encore dans d’autres domaines techniques variés tels que par exemple : automobile, défense, médical, nucléaire. État de l’art antérieur Le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers Etats. En particulier, une norme ambitieuse s’applique à la fois aux nouveaux types d’avions mais aussi ceux actuellement en circulation nécessitant de devoir mettre en œuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactant toutes les phases de conception et de développement, pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des impacts environnementaux modérés. Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations de moteurs d’avion, l’allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés, le développement de l’emploi des technologies électriques pour assurer la propulsion, et enfin les biocarburants aéronautiques. Dans ce cadre, la tendance est à une augmentation des niveaux de tension électrique dans les réseaux avion. Il est connu d’utiliser une diode TVS (d’après la terminologie anglo-saxonne « Transient Voltage Suppression ») pour protéger un système électronique contre les surtensions. Dans des conditions de fonctionnement normales, la diode TVS présente une impédance élevée pour le circuit protégé, mais lorsque la tension de fonctionnement sûre du circuit protégé est dépassée, la diode TVS fonctionne en mode « avalanche », acheminant le courant transitoire jusqu'à la terre ou une masse électrique avec une faible impédance. Une diode TVS absorbe le courant excédentaire lors d'une surtension pour écrêter la tension et dissipe l'énergie. Les diodes TVS présentent des avantages, tels que bon niveau de protection, durée de vie importante, temps de réponse très faible. Cependant, il existe des situations dans lesquelles les diodes TVS ne sont pas accessibles après montage dans le système électronique. Par exemple, dans le contexte de la protection contre la foudre d’un équipement tel qu’un module de commande de secours, dit BCM d’après l’anglais « Backup Control Module », d’un système de commande de vol d’un aéronef, il n’est pas possible de tester les diodes TVS une fois intégrées au module de commande de secours sans devoir les démonter et par conséquent les remplacer. En effet, dans ce contexte, on utilise des diodes TVS présentant une tension limite élevée, par exemple de l’ordre de 90 V. Or l’architecture électrique est à masse flottante et de plus mono-carte. Il n’y a pas de point d’accès pour effectuer facilement un test. Il n’est pas possible d’atteindre la tension limite de la diode TVS sans rendre la zone déconnectable. Il y a donc un risque d’endommager les composants connexes dont les niveaux d’alimentation sont inférieurs à la tension limite. L’invention vise à résoudre les problèmes de la technique antérieure en fournissant un circuit de protection d’un dispositif électronique contre les surtensions, comportant deux bornes de connexion destinées à être reliées au dispositif électronique à protéger et comportant entre lesdites bornes de connexion : - une première branche comportant un interrupteur commandé comportant une borne de commande, - une deuxième branche comportant au moins une diode Zener, la deuxième branche étant reliée à la borne de commande de l’interrupteur commandé, - une troisième branche comportant deux bornes d’entrée destinées à être reliées à un circuit de test, la troisième branche étant également reliée à la borne de commande de l’interrupteur commandé, le circuit de test étant apte à commander la fermeture de l’interrupteur commandé via la borne de commande. L’invention propose une solution de protection contre les surtensions alternative à l’utilisation de diodes TVS via la mise en œuvre de composants ayant des propriétés de protection similaires à une diode TVS tout en pouvant être testés directement sur carte sans risque d’endommager les composants connexes. Il est possible de tester la fonction de protection contre les surtensions aussi bien en fabrication qu’en réparation sans démontage des composants. Ainsi, l’invention propose une solution de protection contre les surtensions, qui est équivalente à une diode TVS et qui peut être contrôlée durant toute la vie opérationnelle de l’équipement. Cette solution est d’utilisation très avantageuse pour la protection d’un équipement électrique d’aéronef, dans un contexte d’architecture flottante et mono-carte, tel qu’un module de commande de secours dit BCM. Selon une caractéristique préférée, l’interrupteur commandé est bidirectionnel. Selon une caractéristique préférée, l’interrupteur commandé comporte un élément choisi parmi un TRIAC, un MOSFET ou un IGBT. Selon une caractéristique préférée, la deuxième branche comporte deux diodes Zener reliées en tête-bêche. Selon une caractéristique préférée, le circuit de test est intégré au circuit de protection. Selon une caractéristique préférée, le circuit de test comporte une partie primaire apte à recevoir un premier courant de commande et une partie secondaire isolée galvaniquement de la partie primaire, la partie secondaire étant reliée entre les bornes d’entrée de la troisième branche et fournissant un second courant de commande apte à commander la fermeture de l’interrupteur commandé lorsque la partie primaire reçoit le premier courant de commande. L’invention concerne aussi un dispositif électronique comportant au moins un circuit de protection contre les surtensions tel que précédemment présenté. L’invention concerne aussi un aéronef comportant au moins un dispositif électronique tel que précédemment présenté. Le dispositif électronique et l’aéronef présentent des avantages analogues à ceux précédemment présentés. D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation préféré donné à titre d’exemple non limitatif, décrit en référence aux figures dans lesquelles : FIG. 1 illustre un dispositif électronique à protéger contre les surtensions, équipé d’un circuit de protection, selon un mode de réalisation de l‘invention, FIG. 2 illustre un circuit de protection et un circuit de test, selon un mode de réalisation de l‘invention. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d’une figure à l’autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n’étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. E xposé d étaillé d e m odes d e r éalisation p articuliers Selon un mode de réalisation préféré représenté à la FIG. 1 , un dispositif électronique à protéger contre les surtensions comprend un module 1 de commande de secours d’un système de commande de vol d’un aéronef. Il s’agit en particulier de protéger le module 1 contre la foudre. A cette fin, un circuit 2 de protection contre les surtensions comporte deux bornes de connexion 21 et 22 destinées à être reliées à deux bornes 11 et 12 du module 1. Pour la compréhension de l’invention, on a représenté un circuit de protection 2 distinct du module 1, cependant, en pratique, le circuit de protection 2 est généralement intégré au module 1. Le circuit de protection 2 protège contre les surtensions la partie électronique interne au module 1 qui est reliée aux bornes 11 et 12. Le circuit de protection 2 comporte également deux bornes d’entrée 23 et 24 destinées à être reliées à deux bornes 31 et 32 d’un circuit de test 3. Le circuit de test 3 comporte deux bornes d’entrée de test 33 et 34. Selon une première variante, le circuit de test 3 est intégré au circuit de protection 2. Dans ce cas, seules les bornes d’entrée de test 33 et 34 sont directement accessibles pour réaliser un test du circuit de protection. Selon une autre variante, le circuit de test 3 n’est pas intégré au circuit de protection 2 et doit être connecté à celui-ci pour effectuer un test. Dans ce cas, les bornes d’entrée 23 et 24 du circuit de protection 2 sont accessibles et les bornes 31 et 32 du circuit de test doivent être reliées aux bornes d’entrée 23 et 24 du circuit de protection 2. Les bornes de test 33 et 34 sont là aussi accessibles pour réaliser un test du circuit de protection. Pour simplifier l’exposé, on a représenté un seul circuit de protection 2 équipant le module 1. Bien entendu, un même dispositif électronique 1 à protéger peut être équipé de plusieurs circuits de protection 2. La FIG. 2 représente un mode de réalisation de circuit de protection 2 et de circuit de test 3. Le circuit de protection 2 comporte, entre les deux bornes de connexion 21 et 22 destinées à être reliées au dispositif électronique à protéger 1, une première branche comportant un interrupteur commandé 25. Il s’agit par exemple d’un TRIAC qui comporte deux bornes, généralement appelées anodes, reliées aux bornes de connexion 21 et 22. L’interrupteur commandé peut également comprendre un autre type de composant par exemple de type transistor, tel qu’un MOSFET ou un IGBT. Dans le présent exemple, le TRIAC comporte aussi une gâchette, ou borne, de commande 250. Comme on le verra, le TRIAC permet de court-circuiter les bornes de connexion 21 et 22 en cas de surtension entre ces bornes dans le but de protéger le dispositif 1. La tension vue par le dispositif 1 entre ses bornes 11 et 12 reliées aux bornes de connexion 21 et 22 est limitée à une valeur prédéfinie acceptable. L’interrupteur commandé est préférentiellement un composant bidirectionnel, tel que le TRIAC ici. En variante, un interrupteur commandé monodirectionnel peut être utilisé. Le circuit de protection 2 comporte aussi, entre les deux bornes de connexion 21 et 22 destinées à être reliées au dispositif électronique à protéger, une deuxième branche comportant au moins une diode Zener, de préférence deux diodes Zener 26 et 27 reliées en tête-bêche, les deux diodes Zener étant également reliées à la gâchette de commande 250 du TRIAC 25. Les diodes Zener 26 et 27 présentent une tension d’avalanche prédéterminée qui est choisie en fonction du niveau de tension que peut supporter le module à protéger 1. L’utilisation de deux diodes Zener 26 et 27 permet d’obtenir une tension d’avalanche bidirectionnelle. Les diodes Zener 26 et 27 permettent d’obtenir une tension similaire à la tension limite d’une diode TVS. Les diodes Zener 26 et 27 sont aussi reliées en série avec une résistance 28. La résistance 28 est reliée entre d’une part un point milieu entre la diode Zener 26 et la gâchette de commande 250 du TRIAC 25 et d’autre part la borne de connexion 22. Dans le cas d’un interrupteur commandé monodirectionnel, une unique diode Zener serait suffisante. Le circuit de protection 2 comporte encore une troisième branche en parallèle des diodes Zener, la troisième branche comportant les bornes d’entrée 23 et 24 destinées à être reliées aux bornes 31 et 32 du circuit de test 3. Le circuit de test 3 permet de commander la fermeture du TRIAC 25 pour le tester. La troisième branche est également reliée à la gâchette de commande 250 du TRIAC 25. Comme précisé plus haut, le circuit de test 3 est intégré au circuit de protection 2 ou est un circuit indépendant connectable au circuit de protection 2. Dans les deux cas, le circuit de test 3 comporte une partie primaire apte à recevoir un premier courant de commande sur les bornes d’entrée de test 33 et 34. Le circuit de test 3 comporte aussi une partie secondaire isolée galvaniquement de la partie primaire. La partie secondaire comporte un transistor 35 qui est relié en sortie entre les bornes 31 et 32. Le premier courant de commande dans la partie primaire génère un second courant de commande dans la partie secondaire de manière à commander la fermeture du TRIAC 25. Un exemple de procédé de fonctionnement de circuit de protection est le suivant. Le procédé de fonctionnement est par exemple mis en œuvre par le circuit de protection 2. Le circuit de protection 2 protège le module 1 contre les surtensions. On distingue trois situations : absence de surtension, présence de surtension et test du circuit de protection 2. En l’absence de surtension entre les bornes 11 et 12 du module 1, c’est-à-dire en situation nominale, aucun courant ne traverse les diodes Zener 26 et 27, le circuit de test n’est pas utilisé et aucune tension n’est appliquée à la gâchette de commande 250 du TRIAC 25. En conséquence, le TRIAC 25 est ouvert. Le module 1 fonctionne sans que le circuit de protection 2 n’interagisse. En cas de surtension entre les bornes 11 et 12 du module 1, la tension devient supérieure à la tension d'avalanche des diodes Zener 26 et 27. Les diodes Zener laissent alors passer un courant qui est appliqué à la gâchette de commande 250 du TRIAC 25. En conséquence, le TRIAC 25 devient conducteur et absorbe le courant supplémentaire dû à la surtension. La tension entre les bornes 11 et 12 du module 1 est limitée à la tension d’avalanche des diodes Zener, ce qui protège le module 1. En cas de test du circuit de protection 2, un premier courant de commande est appliqué aux bornes d’entrée de test 33 et 34 de la partie primaire du circuit de test 3. Le premier courant de commande dans la partie primaire génère un second courant de commande dans la partie secondaire du circuit de test 3. Le second courant de commande est appliqué à la gâchette de commande 250 du TRIAC 25. En conséquence, le TRIAC 25 devient conducteur. Pour vérifier le bon fonctionnement du TRIAC 25, il faut vérifier que le TRIAC 25 devient conducteur suite à l’activation du circuit de test 3. Pour cela, il est possible de mesurer l’impédance ou la tension entre les bornes de connexion 21 et 22. Si la tenson mesurée est proche de zéro ou sil l’impédance est faible, alors le TRIAC 25 fonctionne normalement et le circuit de protection remplit sa fonction. Par ailleurs, les composants 26, 27 et 28 sont testables par des moyens de tests standard directement sur la carte (par exemple test in-situ ou test de type Takaya) sans risque de dégradation du reste des composants. Circuit de protection (2) d’un dispositif électronique (1) contre les surtensions, comportant deux bornes de connexion (21, 22) destinées à être reliées au dispositif électronique à protéger et comportant entre lesdites bornes de connexion : - une première branche comportant un interrupteur commandé (25) comportant une borne de commande (250), - une deuxième branche comportant au moins une diode Zener (26, 27), la deuxième branche étant reliée à la borne de commande (250) de l’interrupteur commandé (25), - une troisième branche comportant deux bornes d’entrée (23, 24) destinées à être reliées à un circuit de test (3), la troisième branche étant également reliée à la borne de commande (250) de l’interrupteur commandé (25), le circuit de test étant apte à commander la fermeture de l’interrupteur commandé via la borne de commande. Circuit de protection d’un dispositif électronique contre les surtensions selon la revendication 1, dans lequel l’interrupteur commandé (25) est bidirectionnel. Circuit de protection d’un dispositif électronique contre les surtensions selon la revendication 2, dans lequel l’interrupteur commandé (25) comporte un élément choisi parmi un TRIAC, un MOSFET ou un IGBT. Circuit de protection d’un dispositif électronique contre les surtensions selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la deuxième branche comporte deux diodes Zener (26, 27) reliées en tête-bêche. Circuit de protection d’un dispositif électronique contre les surtensions selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le circuit de test (3) est intégré au circuit de protection (2). Circuit de protection d’un dispositif électronique contre les surtensions selon la revendication 5, dans lequel le circuit de test (3) comporte une partie primaire apte à recevoir un premier courant de commande et une partie secondaire isolée galvaniquement de la partie primaire, la partie secondaire étant reliée entre les bornes d’entrée (23, 24) de la troisième branche et fournissant un second courant de commande apte à commander la fermeture de l’interrupteur commandé (25) lorsque la partie primaire reçoit le premier courant de commande. Dispositif électronique (1) comportant au moins un circuit de protection (2) contre les surtensions selon l’une quelconque des revendications 1 à 6. Dispositif électronique selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il forme au moins une partie d’un module de commande de secours d’un système de commande de vol d’un aéronef. Aéronef comportant au moins un dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications 7 ou 8.