EP1886393A2 - Dispositif de protection contre les surtensions et circuit electronique comportant un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de protection contre les surtensions et circuit electronique comportant un tel dispositif

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Publication number
EP1886393A2
EP1886393A2 EP06764696A EP06764696A EP1886393A2 EP 1886393 A2 EP1886393 A2 EP 1886393A2 EP 06764696 A EP06764696 A EP 06764696A EP 06764696 A EP06764696 A EP 06764696A EP 1886393 A2 EP1886393 A2 EP 1886393A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
limiting
series
electronic
voltage
inputs
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06764696A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sébastien CARCOUET
Philippe Baudesson
Didier Leonard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Electric Industries SAS filed Critical Schneider Electric Industries SAS
Publication of EP1886393A2 publication Critical patent/EP1886393A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/042—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage comprising means to limit the absorbed power or indicate damaged over-voltage protection device
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/025—Current limitation using field effect transistors

Definitions

  • the invention relates to an overvoltage protection device comprising at least one input intended to be connected to a power supply network, at least one output intended to be connected to an electrical circuit to be protected, and connected overvoltage limiting means. between the inputs and the outputs to protect said electrical circuit against overvoltages that can be applied to the inputs.
  • the invention also relates to an electronic circuit comprising such a protection device.
  • the known overvoltage protection devices generally comprise components connected in parallel on lines to be protected in order to limit voltage pulses by absorbing a disturbance current.
  • such components are varistors or gas dischargers that can absorb a very large amount of electrical energy.
  • FIG. 1 shows an electronic circuit 1 comprising a protection device of the state of the art described in the patent application FR2795567.
  • a first protection device 10 has inputs 11 intended to be connected to an electrical distribution network, and outputs 12 for connection to downstream electronic circuits.
  • the circuits are a rectifier 13, a voltage regulator 14 and a converter 15.
  • a second surge protection device 17 is arranged downstream of the rectifier to improve the voltage protection.
  • the devices 10 and 17 comprise series resistors connected in series on the lines and varistors connected in parallel downstream of the resistors 18.
  • the resistors 18 protect the varistors by limiting the power absorbed.
  • the object of the invention is to provide a protection device that avoids the drawbacks of devices of the state of the art by providing effective protection and reduced energy dissipation, as well as an electronic circuit comprising such a protection device.
  • the overvoltage limiting means comprise:
  • bidirectional series electronic limiting means comprising at least two inputs / outputs, connected in series with at least one of said inputs, and leading to a low voltage drop when a circulating current is less than a current limiting value, and limiting said circulating current by increasing a voltage drop between said inputs / outputs, and
  • the electronic serial limiting means comprise two series-connected field effect transistors having their reference electrodes connected to a central part, their output electrodes being connected between said inputs / outputs, and their control electrodes being connected to said central portion, said current limiting value being defined by a control voltage threshold between the control electrodes and the respective reference electrodes and internal resistors of the transistors.
  • the series limitation electronic means comprise at their central portion limiting resistance resistors connected in series with said reference electrodes, said current limiting value being also defined with values of said adjustment resistors.
  • the series limiting electronic means comprise diodes for protecting the junctions of said field effect series limiting transistors connected in parallel with said limiting adjustment resistors.
  • the series limiting electronic means have a series limiting voltage defined by an avalanche voltage or a breakdown voltage between the output electrodes and the respective reference electrodes of said series limiting transistors.
  • the series-limiting electronic means comprise first avalanche-type diodes connected between the reference electrodes and the output electrodes of each transistor to allow the direct circulation of the circulating current in one direction and to limit a voltage on the transistors to a current. avalanche voltage in an opposite direction, said avalanche voltage of said first avalanche type diodes being less than a breakdown voltage of said transistors, said series limiting voltage being defined by avalanche voltages of said first avalanche diodes.
  • the overvoltage limiting means comprise at least two series-connected electronic limitation means connected in series.
  • the overvoltage limiting means comprise at least electronic series limiting means connected in series with each of the inputs.
  • the electronic means of limitation series limit to a limiting voltage greater than 1000 volts.
  • the electronic series limiting means comprise transistors supporting a voltage greater than or equal to a limiting voltage greater than 1000 volts.
  • the series-limiting electronic means comprise field-effect transistors having an on-state series resistance of less than 10 ohms.
  • the series limiting electronic means comprise silicon carbide field effect transistors.
  • the parallel limitation of electronic means comprise at least one diode in avalanche effect connected at the output of series limiting electronic means.
  • An electronic circuit comprising inputs for connection to an electrical distribution network, and an electrical circuit to be protected according to the invention comprises at least one overvoltage protection device as defined above comprising surge limiting means connected between said connection inputs to an electrical distribution network and said electrical circuit for protecting it against overvoltages that can be applied to the inputs.
  • the electrical circuit to be protected is an electronic power supply circuit comprising a rectifier, a filter capacitor, and a converter connected downstream of the electronic serial limiting means and in parallel with the electronic means of parallel limitation. protection device.
  • FIG. 1 represents a diagram of a protection device of the state of the art in an electronic circuit
  • FIG. 2 represents a diagram of a protection device according to one embodiment of the invention protecting an electronic circuit
  • FIG. 3 represents an operating curve of a protection device according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 4 represents an electronic circuit with a protection device according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 5 represents a variant of an electronic circuit according to one embodiment of FIG. 4;
  • FIGS. 6 and 7 show circuits with three-phase protection devices according to embodiments of the invention.
  • FIGS. 8, 9, 10, 11 and 12 represent variants of devices according to embodiments of the invention.
  • FIGS 13 and 14 illustrate operating curves of devices according to embodiments of the invention.
  • FIG. 2 shows a protection device 20 against overvoltages. It comprises an input 21 intended to be connected to a power supply network, an output 22 intended to be connected to an electrical circuit 23 to be protected, a current limiter supporting an overvoltage 25 connected between the input 21 and the output to protect said electrical circuit against overvoltages that can be applied to the input.
  • the current limiter 25 comprises a bidirectional electronic circuit 26 in current and in series limiting voltage comprising at least two inputs / outputs 27, connected in series with the input 21, and leading to a low voltage drop when a current of circulation. is less than a current limiting value IHm, and limiting said current of circulation by increasing a voltage drop between said inputs / outputs.
  • the bidirectional electronic series limiting circuit 26 comprises two series-connected field effect transistors 30 and 31 having their reference electrodes or sources connected to a central portion 33, their output electrodes or drains connected between said inputs / outputs 27, and their control electrodes or gates connected to said central portion, said current limiting value Ilim being defined by a control voltage threshold between the control electrodes and the respective reference electrodes and internal resistances of the transistors.
  • the electronic circuit 26 comprises, in the central part 33, limiting adjustment resistors 34 connected in series with said reference electrodes, said current limiting value Ilim being also defined with values of said adjustment resistors 34.
  • diodes 35 for protecting the junctions of said field effect limiting transistors 30 and 31 are connected in parallel with said current limiting resistor 34.
  • the resistance values are very low of the order of a few ohms.
  • the reference voltage of a transistor is of the order of 0.5 volts corresponding to a junction forward voltage which is small compared to a mains voltage.
  • the electronic circuit 26 comprises, in the central part 33, first avalanche-type diodes 36 connected between the reference electrodes and the output electrodes of each transistor 30 and 31 so as to allow the direct circulation of the flow in one direction and limit a series limiting voltage VHm on the transistor to an avalanche voltage in an opposite direction.
  • Said avalanche voltage of said first avalanche type diodes is preferably less than a breakdown voltage of said transistors 30 and 31, and said series limiting voltage Vlim is defined by avalanche voltages of said first avalanche diodes.
  • the electronic circuit 23 comprises a rectifier, a filtering capacitor 38 connected downstream of the rectifier and a converter 15.
  • an electric circuit 23 to be protected may be an electronic supply circuit comprising a rectifier 13, a filtering capacitor 38, and a converter 15 connected downstream of the series-limiting electronic means and in parallel with the electronic means of parallel limitation of the protection device.
  • Figure 3 shows an operating curve of a bidirectional electronic limiting circuit 26.
  • Current limiting values Ilim are positive and negative as are voltage limiting Vlim values.
  • a normal operating voltage VN is very low as long as the current is below a limiting value.
  • the voltage drop VN during normal operation is very low.
  • the circuit 26 operates rapidly in current limiting and the voltage between its inputs / outputs increases to oppose the passage of the disturbance current.
  • the circuit 26 functions as a dynamic stopper preventing the disturbance from crossing. It absorbs itself little disturbance electrical energy.
  • the circuit 26 does not require a resistor or other parallel polarization component.
  • FIG. 4 shows an electronic circuit with a protection device 20 with a limiter 25 comprising bi-directional electronic limiting circuits 26 series arranged in series on each supply line.
  • the device of protection also comprises a parallel limiting electronic circuit 40 connected downstream of the two bidirectional electronic circuits 26 of series limitation.
  • the circuit 40 limits a protection output voltage by allowing a disturbance current flow limited by the series limiting electronic circuits.
  • the circuit 40 makes it possible to create a flow of current even if the downstream electronic circuit consumes little or is absent.
  • the circuit 40 is connected downstream of the rectifier 13.
  • said parallel limiting means 40, 41 protect said electronic circuit by directly deriving an excess perturbation current.
  • a bidirectional electronic limiting circuit 26 is placed in series on the phase line and the neutral line of the supply network.
  • the circuits 26 are then two in number to support the simple overvoltage of the supply voltage. Differences in the static characteristics of the transistors of the two bidirectional electronic series limiting circuits 26 make the current thresholds Ilim for each circuit 26 different or different.
  • the voltage rise of the single network voltage can be done gradually over all or in cascade on each limiter. This means that the current in the mesh undergoing network overvoltage is also always limited by one of the two circuits 26.
  • the first limiter circuit which initially had to support all the network overvoltage, goes into avalanche, the other circuit limiter takes over by supporting in turn the network overvoltage residual under reduced current.
  • Figures 6 and 7 show circuits powered by three-phase.
  • the limiter 25 comprises three series limiting electronic circuits 26.
  • the parallel limiting circuit 40 is connected at the output of the limiter 25 and comprises three second diodes
  • a filter 42 against high-frequency disturbances in duct mode is disposed downstream of the limiter
  • the limiter 25 protects the voltage components of the filter in particular capacitors connected in parallel on the lines.
  • a bidirectional electronic series limiting circuit 26 is arranged in series on each supply line. The circuits 26 are then two in number to support the overvoltage composed of three-phase supply lines. According to the static behavior of the limiters, in case of overvoltage, the rise in voltage of the network voltage is progressively done on the whole or in cascade on each limiter. This means that the current in the mesh undergoing network overvoltage is also always limited by one of the two circuits 26.
  • FIG. 8 shows diagrams of different device limiters according to embodiments of the invention.
  • said current limiting value Ilim is defined by a control voltage threshold between the control electrodes and the respective reference electrodes and the internal resistances of the transistors
  • a series limiting voltage Vlim is defined. by an avalanche voltage between the output electrodes and the respective reference electrodes of said series limiting transistors.
  • said current limiting value Ilim is defined as in FIG. 8, and a series limiting voltage Vlim is defined by avalanche voltages of first avalanche diodes 36. These diodes also protect the series limiting transistors a voltage breakdown between their output electrodes and their reference electrodes.
  • said current limiting value Ilim is defined by a control voltage threshold between the control electrodes and the respective reference electrodes, the internal resistances of the transistors and the limiting resistor resistors connected to one another. series with said reference electrodes, and a series limiting voltage Vlim is defined as in the circuit of FIG. 8.
  • said current limiting value Ilim is defined by a control voltage threshold between the control electrodes and the respective reference electrodes, the internal resistances of the transistors and the connected limiting resistor resistors 34. series with said reference electrodes, and a voltage of series limitation VHm is defined by avalanche voltages of first avalanche diodes 36.
  • two bidirectional series limiting electronic circuits 26 are arranged in series on each supply line. The circuits 26 are then four in number for the two power lines. If the current thresholds Ilim for each circuit 26 are different, in case of overvoltage, the rise in voltage is progressively on the whole or in cascade on each limiter according to the characteristics of the transistors.
  • Figures 13 and 14 show the voltage limitation performed by devices according to embodiments of the invention when applying a disturbing pulse.
  • a mains voltage V1 and a voltage V2 protected downstream of a limiter 25 are at about the same value since the voltage drop is very low. Then, when a disturbance overvoltage VlP is present, the output voltage V2 is limited and the voltage difference is limited and contained by the circuits 26 of a limiter 25.
  • the bidirectional electronic limiting circuits 26 series limit to a limiting voltage greater than 1000 volts.
  • this limiting voltage is greater than 2500 volts or preferably greater than 3300 volts.
  • the series connection of the transistors of the circuits 26 makes it possible to increase the limiting voltage.
  • the transistors used in the circuits 26 withstand voltages equal to or greater than the limiting voltages Vlim respectively greater than 1000, 2500 or 3300 volts.
  • the electronic means 26 of series limitation comprise field effect transistors having an on-state series resistance of less than 10 ohms.
  • these field effect transistors are of the silicon carbide type allowing reduced component sizes for high operating voltages and low on-resistance.
  • the electronic parallel limiting means comprise at least one avalanche diode 41 connected at the output of the electronic limiting means series. These avalanche diodes make it possible to derive a disturbance current directly upstream of the circuit to be protected.
  • the transistors 30 or 31 are preferably junction field effect transistors on the gate for a negative conduction control voltage and a reverse on state.
  • other types of transistors or power semiconductors can be used by adapting the schemes to their functional characteristics.

Abstract

Le dispositif de protection contre des surtensions comporte au moins une entrée (21) destinée à être connectée à un réseau d'alimentation électrique, au moins une sortie (22) destinée à être connectée à un circuit électrique à protéger, des moyens (10, 25) de limitation de surtension connectés entre les entrées et les sorties pour protéger ledit circuit électrique contre des surtensions pouvant être appliquées sur les entrées. Les moyens de limitation de surtension comportent des moyens (26) électroniques de limitation série bidirectionnels comportant au moins deux entrées/sorties (27), connectés en série avec au moins une desdites entrées (21), et conduisant en basse chute de tension (VN) lorsqu'un courant de circulation est inférieur à une valeur de limitation de courant (Ilm), et limitant ledit courant de circulation en augmentant une chute de tension entre lesdites entrées/sorties (27).

Description

DISPOSITIF DE PROTECTION CONTRE LES SURTENSIONS ET CIRCUIT ELECTRONIQUE COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne un dispositif de protection contre des surtensions comportant au moins une entrée destinée à être connectée à un réseau d'alimentation électrique, au moins une sortie destinée à être connectée à un circuit électrique à protéger, des moyens de limitation de surtension connectés entre les entrées et les sorties pour protéger ledit circuit électrique contre des surtensions pouvant être appliquées sur les entrées.
L'invention concerne aussi circuit un électronique comportant un tel dispositif de protection.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Les dispositifs de protection contre les surtensions connus comportent généralement des composants connectés en parallèle sur des lignes à protéger pour limiter des impulsions de tension en absorbant un courant de perturbation. Par exemple, de tels composants sont des varistances ou des éclateurs à gaz pouvant absorber une quantité très élevée d'énergie électrique.
Les composants doivent aussi être protégés en limitation de courant pour pouvoir passer les tests de validation sans être détruits. Ainsi de manière connue, des résistances de limitation de courant dans des varistances sont connectées en série sur des lignes d'alimentation de circuits électroniques.
Le schéma de la figure 1 montre un circuit électronique 1 comportant un dispositif de protection de l'état de la technique décrit dans la demande de brevet FR2795567. Sur ce schéma, un premier dispositif de protection 10 a des entrées 11 destinées à être connectées à un réseau de distribution électrique, et des sorties 12 destinées à être connectées à des circuits électroniques en aval. Dans ce cas, les circuits sont un redresseur 13, un régulateur de tension 14 et un convertisseur 15. Sur ce schéma particulier, un second dispositif de protection contre les surtensions 17 est disposé en aval du redresseur pour améliorer la protection en tension. De manière connue, les dispositifs 10 et 17 comportent des résistances série connectées en série sur les lignes et des varistances connectées en parallèle en aval de résistances 18. Les résistances 18 protègent les varistances en limitant la puissance absorbée.
Les dispositifs de l'état de la technique absorbent l'énergie de perturbation dans des résistances et des varistances pour protéger les circuits électroniques. Ils sont, par conséquent, volumineux et très coûteux par rapport aux circuits électriques qu'ils protègent. De plus, les résistances série ont des valeurs, pouvant être relativement élevées et imposent une chute de tension en fonctionnement normal pouvant être aussi très élevée. Ainsi, en fonctionnement normal, le courant circulant dans les résistances série crée une dissipation de puissance qui chauffe les résistances de protection. Si les valeurs des résistances sont diminuées la protection des varistances n'est plus efficace.
EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention a pour but un dispositif de protection évitant les inconvénients des dispositifs de l'état de la technique en proposant une protection efficace et une dissipation d'énergie réduite, ainsi qu'un circuit électronique comportant un tel dispositif de protection.
Dans un dispositif selon l'invention, les moyens de limitation de surtension comportent :
- des moyens électroniques de limitation série bidirectionnels comportant au moins deux entrées/sorties, connectés en série avec au moins une desdites entrées, et conduisant en basse chute de tension lorsqu'un courant de circulation est inférieur à une valeur de limitation de courant, et limitant ledit courant de circulation en augmentant une chute de tension entre lesdites entrées/sorties, et
- des moyens électroniques de limitation parallèle connectés en aval desdits moyens électroniques de limitation série pour limiter en tension de protection au moins une sortie en permettant une circulation de courant de perturbation limité par lesdits moyens électroniques de limitation série, lesdits des moyens électroniques de limitation parallèle protégeant ledit circuit électronique en dérivant un courant de perturbation.
De préférence, les moyens électroniques de limitation série comportent deux transistors à effet de champ connectés en série ayant leurs électrodes de référence connectées vers une partie centrale, leurs électrodes de sorties étant connectées entre lesdites entrées/sorties, et leurs électrodes de commande étant connectées à ladite partie centrale, ladite valeur de limitation de courant étant définie par un seuil de tension de commande entre les électrodes de commande et les électrodes de références respectives et des résistances internes des transistors.
Avantageusement, les moyens électroniques de limitation série comportent en leur partie centrale des résistances d'ajustement de la limitation connectées en série avec lesdites électrodes de référence, ladite valeur de limitation de courant étant définie aussi avec des valeurs desdites résistances d'ajustement.
Avantageusement, les moyens électroniques de limitation série comportent des diodes de protection des jonctions desdits transistors de limitation série à effet de champ connectées en parallèle sur lesdites résistances d'ajustement de la limitation.
De préférence, les moyens électroniques de limitation série ont une tension de limitation série définie par une tension d'avalanche ou une tension de claquage entre les électrodes de sortie et les électrodes de référence respectives desdits transistors de limitation série.
Avantageusement, les moyens électroniques de limitation série comportent des premières diodes de type avalanche connectées entre les électrodes de références et les électrodes de sortie de chaque transistor pour permettre la circulation directe du courant de circulation dans un sens et limiter une tension sur les transistors à une tension d'avalanche dans un sens opposé, ladite tension d'avalanche desdites premières diodes de type avalanche étant inférieure à une tension de claquage desdits transistors, ladite tension de limitation série étant définie par des tensions d'avalanche desdites premières diodes avalanche. Pour augmenter la tension de protection, les moyens de limitation de surtension comportent au moins deux moyens électroniques de limitation série connectés en série.
De préférence, les moyens de limitation de surtension comportent au moins des moyens électroniques de limitation série connectés en série avec chaque des entrées.
Avantageusement, les moyens électroniques de limitation série limitent à une tension limitation supérieure à 1000 volts.
Avantageusement, les moyens électroniques de limitation série comportent des transistors supportant une tension supérieure ou égale à une tension de limitation supérieure à 1000 volts.
Avantageusement, les moyens électroniques de limitation série comportent des transistors à effet de champ ayant une résistance série à l'état passant inférieure à 10 ohms.
Avantageusement, les moyens électroniques de limitation série comportent des transistors à effet de champ en carbure de silicium.
' Avantageusement, les moyens électroniques de limitation parallèle comportent au moins une diode à effet avalanche connectée en sortie des moyens électroniques de limitation série.
Un circuit électronique comportant des entrées de connexion à un réseau de distribution électrique, et un circuit électrique à protéger selon l'invention comporte au moins un dispositif de protection contre des surtensions tel que défini ci-dessus comportant des moyens de limitation de surtension connectés entre lesdites entrées de connexion à un réseau de distribution électrique et ledit circuit électrique pour le protéger contre des surtensions pouvant être appliquées sur les entrées. Dans un mode de réalisation préférentiel, le circuit électrique à protéger est un circuit d'alimentation électronique comportant un redresseur, un condensateur de filtrage, et un convertisseur connectés en aval des moyens électroniques de limitation série et en parallèle avec les moyens électroniques de limitation parallèle du dispositif de protection.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente un schéma d'un dispositif de protection de l'état de la technique dans un circuit électronique;
- la figure 2 représente un schéma d'un dispositif de protection selon un mode de réalisation de l'invention protégeant un circuit électronique ;
- la figure 3 représente une courbe de fonctionnement d'un dispositif de protection selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 4 représente un circuit électronique avec un dispositif de protection selon second un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 représente une variante d'un circuit électronique selon un mode de réalisation de la figure 4 ;
- les figures 6 et 7 représentent des circuits avec des dispositifs de protection triphasés selon des modes de réalisation de l'invention ;
- les figures 8, 9, 10, 11 et 12 représentent des variantes de dispositifs selon des modes de réalisation de l'invention ;
- les figures 13 et 14 illustrent des courbes de fonctionnent de dispositifs selon des modes de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION PREFERES
Le schéma de la figure 2 montre un dispositif de protection 20 contre des surtensions. Il comporte une entrée 21 destinées à être connectées à un réseau d'alimentation électrique, une sortie 22 destinées à être connectée à un circuit 23 électrique à protéger, un limiteur de courant supportant une surtension 25 connectés entre l'entrée 21 et la sortie pour protéger ledit circuit électrique contre des surtensions pouvant être appliquées sur l'entrée.
Le limiteur de courant 25 comporte un circuit électronique 26 bidirectionnel en courant et en tension de limitation série comportant au moins deux entrées/sorties 27, connectés en série avec l'entrée 21, et conduisant en basse chute de tension lorsqu'un courant de circulation est inférieur à une valeur de limitation de courant IHm, et limitant ledit courant de circulation en augmentant une chute de tension entre lesdites entrées/sorties.
Dans ce mode de réalisation, le circuit électronique 26 bidirectionnel de limitation série comporte deux transistors 30 et 31 à effet de champ connectés en série ayant leurs électrodes de référence ou sources connectées vers une partie centrale 33, leurs électrodes de sorties ou drains connectés entre lesdites entrées/sorties 27, et leurs électrodes de commande ou grilles connectées à ladite partie centrale, ladite valeur de limitation de courant Ilim étant définie par un seuil de tension de commande entre les électrodes de commande et les électrodes de références respectives et des résistances internes des transistors.
Avantageusement, le circuit électronique 26 comporte dans la partie centrale 33 des résistances 34 d'ajustement de la limitation connectées en série avec lesdites électrodes de référence, ladite valeur de limitation de courant Ilim étant définie aussi avec des valeurs desdites résistances d'ajustement 34. De préférence des diodes 35 de protection des jonctions desdits transistors 30 et 31 de limitation série à effet de champ sont connectées en parallèle sur lesdites résistances 34 d'ajustement de la limitation en courant. Les valeurs de résistances sont très basses de l'ordre de quelques ohms. La tension de référence d'un transistor est de l'ordre 0,5 volts correspondant à une tension directe de jonction qui est faible par rapport à une tension de réseau.
Sur le schéma de la figure 2, le circuit électronique 26 comporte dans la partie centrale 33 des premières diodes 36 de type avalanche connectées entre les électrodes de références et les électrodes de sortie de chaque transistor 30 et 31 pour permettre la circulation directe du courant de circulation dans un sens et limiter une tension de limitation série VHm sur le transistor à une tension d'avalanche dans un sens opposé. Ladite tension d'avalanche desdites premières diodes de type avalanche est de préférence inférieure à une tension de claquage desdits transistors 30 et 31, et ladite tension de limitation série Vlim est définie par des tensions d'avalanche desdites premières diodes avalanche.
Sur la figure 2, le circuit électronique 23 comporte un redresseur, un condensateur de filtrage 38 connecté en aval du redresseur et un convertisseur 15. Ainsi, un tel circuit électrique 23 à protéger peut être un circuit d'alimentation électronique comportant un redresseur 13, un condensateur de filtrage 38, et un convertisseur 15 connectés en aval des moyens électroniques de limitation série et en parallèle avec les moyens électroniques de limitation parallèle du dispositif de protection.
La figure 3 montre une courbe de fonctionnement d'un circuit électronique 26 bidirectionnel de limitation série. Des valeurs de limitation de courant Ilim sont en positif et en négatif ainsi que les valeurs Vlim de limitation de tension. Une tension VN de fonctionnement normal est très basse tant que le courant est inférieur à une valeur de limitation.
Avec un dispositif de protection selon un mode de réalisation de l'invention, la chute de tension VN en fonctionnement normal est très basse. Ainsi le fonctionnement du circuit électronique n'est pas perturbé et la puissance dissipée est aussi très basse. Lorsqu'une perturbation en surtension est présente, le circuit 26 fonctionne rapidement en limitation de courant et la tension entre ses entrées/sorties augmente pour s'opposer au passage du courant de perturbation. Par exemple, le circuit 26 fonctionne comme un bouchon dynamique empêchant la perturbation de traverser. Il absorbe lui-même peu d'énergie électrique de perturbation. De plus, avec un schéma en limiteur de courant, le circuit 26 ne nécessite pas de résistance ou autre composant de polarisation parallèle.
La figure 4 montre un circuit électronique avec un dispositif de protection 20 avec un limiteur 25 comportant des circuits électroniques 26 bidirectionnels de limitation série disposés en série sur chaque ligne d'alimentation. Sur cette figure, le dispositif de protection comporte aussi un circuit électronique de limitation parallèle 40 connecté en aval des deux circuits électroniques 26 bidirectionnels de limitation série. Le circuit 40 limite en tension de protection une sortie en permettant une circulation de courant de perturbation limité par les circuits électroniques de limitation série. Ainsi, le circuit 40 permet de créer une circulation de courant même si le circuit électronique aval consomme peu ou est absent. Sur la figure 5, le circuit 40 est connecté en aval redresseur 13. Ainsi, lesdits des moyens 40, 41 électroniques de limitation parallèle protègent ledit circuit électronique en dérivant directement un courant de perturbation excédentaire.
Sur les figures 4 et 5, un circuit électronique 26 bidirectionnel de limitation série est disposé en série sur la ligne phase et la ligne neutre du réseau d'alimentation. Les circuits 26 sont alors au nombre de deux pour supporter la surtension simple de la tension d'alimentation. Des différences dans les caractéristiques statiques des transistors des deux circuits électroniques 26 bidirectionnels de limitation série font que les seuils de courant Ilim pour chaque circuit 26 peuvent être ou ne pas être différents. Ainsi, selon le comportement statique des limiteurs, en cas de surtension, la montée en tension de la tension simple réseau peut se faire progressivement sur l'ensemble ou en cascade sur chaque limiteur. Cela signifie que le courant dans la maille qui subit la surtension réseau est également toujours limité par un des deux circuits 26. Ainsi, lorsque le premier circuit limiteur, qui avait initialement à supporter toute la surtension réseau, entre en avalanche, l'autre circuit limiteur prend le relais en supportant à son tour le résidu de surtension réseau sous courant réduit.
Les figures 6 et 7 montrent des circuits alimentés en triphasé. Ainsi, le limiteur 25 comporte trois circuits électroniques de limitation série 26. Sur la figure 6, le circuit 40 de limitation parallèle est connecté en sortie du limiteur 25 et comporte trois secondes diodes
41 bidirectionnelles en courant et en tension de type avalanche. Sur la figure 7, un filtre 42 contre des perturbations haute fréquence en mode conduit est disposé en aval du limiteur
25 et avant le pont redresseur. Dans cette disposition, le limiteur 25 protège en tension les composants du filtre en particulier des condensateurs connectés en parallèle sur les lignes. Sur les figures 6 et 7, un circuit électronique 26 bidirectionnel de limitation série est disposé en série sur chaque ligne d'alimentation. Les circuits 26 sont alors au nombre de deux pour supporter la surtension composée des lignes d'alimentation triphasée. Selon le comportement statique des limiteurs, en cas de surtension, la montée en tension de la tension composée réseau se fait progressivement sur l'ensemble ou en cascade sur chaque limiteur. Cela signifie que le courant dans la maille qui subit la surtension réseau est également toujours limité par un des deux circuits 26.
Les figures 8 à 12 montrent des schémas de différents limiteurs 25 de dispositifs selon des modes de réalisation de l'invention. Avantageusement, sur la figure 8, ladite valeur de limitation de courant Ilim est définie par un seuil de tension de commande entre les électrodes de commande et les électrodes de références respectives et des résistances internes des transistors, et une tension de limitation série Vlim est définie par une tension d'avalanche entre les électrodes de sortie et les électrodes de référence respectives desdits transistors de limitation série.
Sur la figure 9, ladite valeur de limitation de courant Ilim est définie comme sur la figure 8, et une tension de limitation série Vlim est définie par des tensions d'avalanche de premières diodes avalanche 36. Ces diodes protègent aussi les transistors de limitation série d'un claquage en tension entre leurs électrodes de sortie et leurs électrodes de référence.
Sur la figure 10, ladite valeur de limitation de courant Ilim est définie par un seuil de tension de commande entre les électrodes de commande et les électrodes de références respectives, des résistances internes des transistors et des résistances 34 d'ajustement de la limitation connectées en série avec lesdites électrodes de référence, et une tension de limitation série Vlim est définie comme dans le circuit de la figure 8.
Sur la figure 11, ladite valeur de limitation de courant Ilim est définie par un seuil de tension de commande entre les électrodes de commande et les électrodes de références respectives, des résistances internes des transistors et des résistances 34 d'ajustement de la limitation connectées en série avec lesdites électrodes de référence, et une tension de limitation série VHm est définie par des tensions d'avalanche de premières diodes avalanche 36.
Sur la figure 12, deux circuits électroniques 26 bidirectionnels de limitation série sont disposés en série sur chaque ligne d'alimentation. Les circuits 26 sont alors au nombre de quatre pour les deux lignes d'alimentation. Si les seuils de courant Ilim pour chaque circuit 26 sont différents, en cas de surtension, la montée en tension se fait progressivement sur l'ensemble ou en cascade sur chaque limiteur en fonction des caractéristiques des transistors.
Les figures 13 et 14 montrent la limitation de tension effectuée par des dispositifs selon des modes de réalisation de l'invention lors de l'application d'une impulsion perturbatrice. Une tension de réseau Vl et une tension V2 protégée en aval d'un limiteur 25 sont à environ la même valeur puisque la chute de tension est très basse. Puis, lorsqu'une surtension de perturbation VlP est présente la tension V2 de sortie est limitée et la différence de tension est limitée et contenue par les circuits 26 d'un limiteur 25.
De préférence, les circuits électroniques 26 bidirectionnels de limitation série limitent à une tension limitation supérieure à 1000 volts. Avantageusement, cette tension de limitation est supérieure 2500 volts ou de préférence supérieure à 3300 volts. La mise en série des transistors des circuits 26 permet d'augmenter la tension de limitation. Ainsi, les transistors utilisés dans les circuits 26 supportent des tensions égalent ou supérieures aux tensions de limitations Vlim respectivement supérieure à 1000, 2500 ou 3300 volts.
Avantageusement, les moyens électroniques 26 de limitation série comportent des transistors à effet de champ ayant une résistance série à l'état passant inférieure à 10 ohms. De préférence, ces transistors à effet de champ sont du type à carbure de silicium permettant d'avoir des tailles de composant réduites pour des tensions de fonctionnement élevées et des résistances à l'état passant faibles.
Avantageusement, les moyens électroniques de limitation parallèle comportent au moins une diode à effet avalanche 41 connectée en sortie des moyens électroniques de limitation série. Ces diodes à avalanche permettent de dériver un courant de perturbation directement en amont du circuit à protéger.
Les transistors 30 ou 31 sont de préférence des transistors à effet de champ à jonction sur la grille permettant une tension négative de commande de conduction et un état passant en inverse. Cependant, d'autres types de transistors ou de semi-conducteurs de puissance peuvent être utilisés en adaptant les schémas à leurs caractéristiques fonctionnelles.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de protection contre des surtensions comportant au moins une entrée (21) destinée à être connectée à un réseau d'alimentation électrique, au moins une sortie (22) destinée à être connectée à un circuit électrique à protéger, des moyens (10, 25) de limitation de surtension connectés entre les entrées et les sorties pour protéger ledit circuit électrique contre des surtensions pouvant être appliquées sur les entrées, caractérisé en ce les moyens de limitation de surtension comportent : - des moyens (26) électroniques de limitation série bidirectionnels comportant au moins deux entrées/sorties (27), connectés en série avec au moins une desdites entrées (21), et conduisant en basse chute de tension (VN) lorsqu'un courant de circulation est inférieur à une valeur de limitation de courant (IKm), et limitant ledit courant de circulation en augmentant une chute de tension entre lesdites entrées/sorties (27), et - des moyens (40, 41) électroniques de limitation parallèle connectés en aval desdits moyens (26) électroniques de limitation série pour limiter en tension de protection au moins une sortie en permettant une circulation de courant de perturbation limité par lesdits moyens électroniques de limitation série, lesdits des moyens (40, 41) électroniques de limitation parallèle protégeant ledit circuit électronique en dérivant un courant de perturbation.
2. • Dispositif selon la revendications 1 caractérisé en ce que les moyens électroniques de limitation série comportent deux transistors (30, 31) à effet de champ connectés en série ayant leurs électrodes de référence connectées vers une partie centrale (33), leurs électrodes de sorties étant connectées entre lesdites entrées/sorties (27), et leurs électrodes de commande étant connectées à ladite partie centrale (33), ladite valeur de limitation de courant (Ilim) étant définie par un seuil de tension de commande entre les électrodes de commande et les électrodes de références respectives et des résistances internes des transistors.
3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens électroniques de limitation série comportent en leur partie centrale des résistances (34) d'ajustement de la limitation connectées en série avec lesdites électrodes de référence, ladite valeur de limitation de courant (Ilim) étant définie aussi avec des valeurs desdites résistances d'ajustement.
4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens électroniques de limitation série comportent des diodes (35) de protection des jonctions desdits transistors (30, 31) de limitation série à effet de champ connectées en parallèle sur lesdites résistances d'ajustement de la limitation.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que les moyens électroniques de limitation série ont une tension (Vlim) de limitation série définie par une tension d'avalanche ou une tension de claquage entre les électrodes de sortie et les électrodes de référence respectives desdits transistors (30, 31) de limitation série.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que les moyens électroniques de limitation série comportent des premières diodes (35, 36) de type avalanche connectées entre les électrodes de références et les électrodes de sortie de chaque transistor (30, 31) pour permettre la circulation directe du courant de circulation dans un sens et limiter une tension sur les transistors à une tension d'avalanche dans un sens opposé, ladite tension d'avalanche desdites premières diodes de type avalanche étant inférieure à une tension de claquage desdits transistors, ladite tension de limitation (Vlim) série étant définie par des tensions d'avalanche desdites premières diodes avalanche.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les moyens de limitation de surtension comportent au moins deux moyens électroniques de limitation série (26) connectés en série.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les moyens de limitation de surtension comportent au moins des moyens électroniques de limitation série (26) connectés en série avec chaque des entrées (21).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que les moyens électroniques de limitation série limitent à une tension limitation (Vlim) supérieure à 1000 volts.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que les moyens électroniques de limitation série comportent des transistors supportant une tension supérieure ou égale à une tension de limitation (Vlim) supérieure à 1000 volts.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que les moyens électroniques de limitation série comportent des transistors à effet de champ ayant une résistance série à l'état passant inférieure à 10 ohms.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que les moyens électroniques de limitation série comportent des transistors à effet de champ en carbure de silicium.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que les moyens électroniques de limitation parallèle comportent au moins une diode (41) à effet avalanche connectée en sortie des moyens électroniques de limitation série.
14. Circuit électronique, comportant des entrées de connexion à un réseau de distribution électrique, et un circuit électrique (23) à protéger caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de protection (20) contre des surtensions selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 comportant des moyens de limitation de surtension (25) connectés entre lesdites entrées de connexion à un réseau de distribution électrique et ledit circuit électrique pour le protéger contre des surtensions (VlP) pouvant être appliquées sur les entrées.
15. Circuit électronique selon la revendication 14 caractérisé en ce que le circuit électrique (23) à protéger est un circuit d'alimentation électronique comportant un redresseur (13), un condensateur de filtrage (38), et un convertisseur (15) connectés en aval des moyens électroniques de limitation série et en parallèle avec les moyens électroniques de limitation parallèle du dispositif de protection.
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