EP3568894A1 - Dispositif de protection d'un équipement électrique - Google Patents

Dispositif de protection d'un équipement électrique

Info

Publication number
EP3568894A1
EP3568894A1 EP18700216.7A EP18700216A EP3568894A1 EP 3568894 A1 EP3568894 A1 EP 3568894A1 EP 18700216 A EP18700216 A EP 18700216A EP 3568894 A1 EP3568894 A1 EP 3568894A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
branch
current
transistor
conduction
limiting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18700216.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Dominique Tournier
Maxime BERTHOU
Gonzalo PICUN
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.)
Caly Tech
Caly Technologies
Original Assignee
Caly Tech
Caly Technologies
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Caly Tech, Caly Technologies filed Critical Caly Tech
Publication of EP3568894A1 publication Critical patent/EP3568894A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • H02H9/041—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using a short-circuiting device

Definitions

  • the present invention relates to the field of protection circuits for electrical equipment, and in particular DC power supply and / or distribution systems.
  • an overcurrent can be caused by a short-circuit, a surge or a lightning
  • - Overcurrent can also occur during the start-up phase or when connecting electrical equipment to the network.
  • protection devices are known to reduce the effects of these current overloads, and in particular the risks of deterioration of electrical equipment.
  • Such protection devices may be used, for example, upstream of a storage capacitor connected in parallel with an electrical equipment item to be protected.
  • a first solution to reduce the risk of deterioration of electrical equipment is to electrically connect a series of limiting resistance of the equipment to be protected. This limiting resistor is useful for limiting the strong current draw at the start of the equipment to be protected, and more precisely during the pre-charging of the storage capacitor.
  • the operating principle of such an assembly is as follows.
  • the electrical switch 13 is connected to the limiting branch 1 1 so that the electric current from the power source 14 flows through the limiting branch 1 January.
  • the passage of the current through the resistor 17 makes it possible to limit the strong current draw at the start of the equipment to be protected 15.
  • the storage capacitor 16 is charged.
  • the electrical switch 13 switches the flow of the current of the limiting branch 1 1 to the conduction branch 12. This limits the losses energy related to the use of limiting resistance 17.
  • a disadvantage of the assembly illustrated in FIG. 1 is that it does not make it possible to keep the electronic equipment 15 under tension when the electric switch 13 is switched.
  • another disadvantage of the protective devices The above mentioned utilities using a limiting resistor 17 are that they do not allow charging of the constant current storage capacitor 16, the limiting resistor 17 combined with the storage capacitor 16 constituting an RC circuit. This induces an accelerated aging of the storage capacitor. Moreover, this does not make it possible to predict the value of a fault current in the event of abnormal operation, which can vary according to the equivalent resistance of the circuit (taking into account the possible resistances of the components upstream and downstream of the circuit). protection device), this uncertainty on the fault current may induce one of the risks on the protection of the electronic equipment downstream of the protection device.
  • An object of the present invention is to provide a protection device of an electrical equipment to overcome at least one of the aforementioned drawbacks.
  • the invention proposes a protection device for electrical equipment including:
  • the protective device comprises:
  • a first current limiting branch including a current source for producing (i.e. maintaining) a constant electric current for a given voltage range
  • a control unit for switching the operating mode of the device between:
  • the impedance of the conduction branch being less than or equal to 10% of the impedance of the limiting branch in the second mode of operation.
  • control unit can be electrically connected to the conduction branch to control the activation and deactivation of said conduction branch so as to switch the device between the first and second modes of operation, the limitation branch being not controlled by the steering unit;
  • the current source may comprise a transistor, such as a JFET transistor or a MOSFET transistor:
  • the current source may comprise a two-terminal current limiting semiconductor element such as a current limiting diode, for example made of silicon, or of silicon carbide, or of any other semiconductor material; the current limiting branch may furthermore comprise an electrical resistance mounted in series with the current source;
  • the conduction branch may comprise a switch controlled as a transistor, such as a JFET transistor, a MOSFET transistor (or a bipolar transistor):
  • the drain (or the collector) of the transistor being connected to the input terminal, where the source (or emitter) of the transistor is connected to the output terminal,
  • the gate (or the base) of the transistor being connected to the control unit; - the steering unit may include:
  • control unit may comprise a self-polarization circuit for delaying the activation of the conduction branch
  • control unit comprises a control circuit for generating a signal for blocking the conduction branch when the voltage and / or the intensity at the output of the protection device is greater than a threshold value;
  • the limiting and conduction branches can be integrated into a monolithic component such as a JFET transistor or a MOSFET transistor.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a device of the prior art for protecting a load
  • FIG. 2 is a block diagram of a load protection device according to the present invention
  • FIG. 3 is a block diagram of a first variant embodiment of the load protection device of the present invention
  • FIG. 4 is a block diagram of a second variant embodiment of the load protection device of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram of a third variant embodiment of the load protection device of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph illustrating current curves as a function of the voltage across a current limiting branch, including:
  • FIG. 7 is a graph illustrating current curves as a function of the voltage at the terminals of the protection device in FIG.
  • the device for protecting an electric charge comprises an input terminal 31 intended to be electrically connected in series with an electric power supply source, and an output terminal 32 intended to be connected. electrically to an electrical charge to be protected 23. Between the input 31 and output 32 terminals, the device comprises two branches each having a respective function:
  • the device also comprises a control unit 24 to allow the passage of the current:
  • the limiting branch 21 is always electrically conductive, so that the load 23 to be protected is always powered, even during the transition between the first and second modes of operation.
  • the conduction branch 22 is electrically conductive only in the second mode of operation.
  • the first mode of operation is advantageously activated when an anomaly - such as a current or voltage overload - is detected.
  • control unit 24 only controls the activation and deactivation of the conduction branch 22, the limitation branch 21 not being controlled by the control unit 24. This simplifies the mounting of the load protection device.
  • the device illustrated in FIG. 2 effectively protects the load 23 of an electric circuit by limiting the current flowing through it when a malfunction is detected.
  • control unit 24 controls the deactivation of the conduction branch 22 to induce the passage of the electric current (generated upstream of the input terminal) to through the limitation branch 21.
  • the protection device illustrated in Figure 2 reduces the risk of degradation of the electrical components located downstream of the output terminal. 2.
  • the current limiting branch 21 makes it possible to limit the current flowing in the load 23 to a target intensity value when the second mode of operation of the device is activated. This target value is provided sufficient to ensure the proper functioning of the load 23.
  • the limiting branch 21 comprises one (or more) source (s) of current - in particular unidirectional (s) - to allow the passage of the current from the input terminal 31 to the output terminal 32.
  • current source one (or more) electrical component (s) arranged (s) to produce a constant electric current for a given voltage range.
  • the dynamic variation of the impedance of the current source corresponds - in the case of a current source consisting of a JFET transistor normally passing (called "Normally-on") - to the passage of a linear conduction mode to a mode of conduction in saturation mode. This occurs when the voltage across the current source transistor becomes greater than a saturation voltage Vsat of said transistor. In saturation mode the impedance varies dynamically with the voltage so that the current is kept constant. The operation is then analogous to that of a current source that produces and maintains a constant current regardless of the voltage at its terminals.
  • the fact that the limiting branch 21 comprises a current source makes it possible to charge a storage capacitor 26 (connected in parallel with the load 23 to be protected) with a constant current.
  • the current source comprises a transistor, such as a JFET transistor or a MOSFET transistor.
  • the drain of the transistor is electrically connected to the input terminal 31 of the device, while the gate and the source of the transistor are electrically connected to the output terminal 32 of the device.
  • the use of a JFET or MOSFET transistor has the advantage of facilitating the implementation of the device.
  • the current source may consist of a silicon carbide current limiting diode.
  • the use of a current limiting diode makes it possible to dispense with the presence of a control electronics.
  • the fact that the diode is silicon carbide provides a component capable of withstanding high energy levels, of the order of 0.1 J to 50J.
  • the limiting branch 21 may comprise one (or more) resistive element (s) heat dissipation (s) mounted (s) in series with the (the) source (s) current. This makes it possible to dissipate a greater electrical power by Joule effect in the event of a current overload between the power supply source 25 and the load 23.
  • Conduction branch 22 ensures the flow of electric current in steady state. It preferably has a low impedance to limit voltage drops across the load 23.
  • the impedance of the conduction branch 22 may be less than 1 ohm, preferably less than 0.1 ohm, and even more preferably lower at 0.01 ohms.
  • the conduction branch 22 may comprise a switch controllable by the control unit 24.
  • This switch may be of any type known to those skilled in the art.
  • the switch is for example a mechanical switch or a hybrid switch.
  • the switch of the conduction branch 22 must be able to move from a closed state to an open state very quickly after the detection of an anomaly (overcurrent and / or overvoltage). This is why the switch of the conduction branch 22 is preferably a static switch. This has the advantage of switching very quickly between a closed state and an open state (switching time less than or equal to one hundred microseconds). Another advantage of using a static switch is that it can withstand high voltages and currents.
  • the switch of the conduction branch consists of a transistor, such as a JFET transistor or a MOSFET transistor (or a bipolar transistor):
  • the drain (or collector) of the transistor being connected to the input terminal, the source (or emitter) of the transistor being connected to the output terminal, - the gate (or the base) of the transistor being connected to the 'Control unit.
  • the control unit 24 makes it possible to control the activation and deactivation of the conduction branch 22.
  • control unit 24 makes it possible to open or close the conduction branch 22 so that the current flowing in the protection device passes through:
  • the impedance of the conduction branch 22 is chosen to be less than or equal to 10% of the impedance of the limiting branch 21 in the second mode of operation.
  • the passage of the current through the conduction branch 22 is thus favored in the second mode of operation. This makes it possible to limit the losses by Joule effect when the second mode of operation of the protection device is activated.
  • the control unit 24 comprises a detection circuit 242 for a voltage variation at the output of the load protection device.
  • the control unit may comprise a circuit for detecting a variation in current at the output of the protection device. This (or these) circuit (s) of detection makes it possible to identify an anomaly (overvoltage and / or overcurrent) likely to damage the load 23.
  • a control circuit 243 of the control unit 24 transmits a blocking signal on the gate of the controllable switch of the conduction branch 22.
  • This blocking signal induces the opening of the controllable switch so as to deactivate the conduction branch 22.
  • the current then flows exclusively through the current limiting branch 21.
  • the control circuit 243 When the voltage variation detected by the detection circuit 242 becomes lower than the threshold voltage, the control circuit 243 no longer emits a blocking signal. The controllable switch returns to a conducting state so as to activate the conduction branch 22. The current then flows both through the limiting branch 21 and the conduction branch 22.
  • control unit 24 may comprise a self-biasing circuit 241 between the detection circuit 242 and the gate of the controllable switch.
  • the self-biasing circuit 241 delays the reactivation of the controllable switch. More precisely, the self-biasing circuit 241 makes it possible to delay the closing of the controllable switch by a non-zero delay corresponding to the discharge time of a capacitor C1 of the self-biasing circuit 241. This makes it possible to limit the risks of degradation of the load, in particular in the case of impulse-type current overloads.
  • the storage capacitor 26 causes a strong current draw. This induces the appearance of a current overload in the electrical circuit.
  • Detection circuit 242 detects a voltage change at the output terminals of the charge protection device. When this voltage variation becomes greater than the threshold voltage defined by the Zener diode D4, the control circuit 243 transmits a blocking signal to the gate of the controllable switch of the conduction branch 22.
  • the blocking signal passes through the self-biasing circuit 241.
  • the capacitor C1 of the self-biasing circuit 241 loads. Simultaneously with the charging of the capacitor C1, the application of the blocking signal to the gate induces the opening of the controllable switch: the conduction branch 22 is deactivated.
  • the charge protection device then operates according to its first mode of operation: the entire current from the electric power supply source 25 is transmitted to the load 23 via the limiting branch 21 so that the current received by the load 23 is limited to the target intensity value to protect the load 23.
  • the storage capacitor 26 is charged, a steady state of the electrical circuit is established.
  • the voltage variation at the output of the protection device decreases, the detection circuit 242 detecting this decrease.
  • the blocking signal is interrupted.
  • the capacitor C1 of the self-biasing circuit 241 discharges towards the gate of the controllable switch so as to keep the latter in a locked state for a few moments. This makes it possible to delay the closing of the controllable switch.
  • the gate of the controllable switch is no longer powered.
  • the controllable switch then goes from a blocked state (ie open) to a on state (ie closed).
  • the conduction branch 22 is reactivated.
  • the charge protection device then operates according to its second mode of operation: the current coming from the electric power supply source 25 is transmitted to the load 23 via the limiting branch 21 on the one hand and the conduction branch 22 on the other hand.
  • the detection circuit 242 detects an output voltage variation greater than the threshold voltage defined by the Zener diode D4.
  • the control circuit 243 transmits to the gate of the controllable switch a blocking signal through the self-biasing circuit 241. This blocking signal opens the controllable switch to deactivate the conduction branch 22.
  • the first mode of operation is implemented.
  • the control unit 24 controls the reactivation of the conduction branch 22 as described above. 5.
  • the limiting 21 and conduction branches 22 may be integrated in a monolithic unitary component made of silicon or silicon carbide (or another semiconductor material, preferably with a wide bandgap) such that a JFET transistor or a MOSFET transistor or a bipolar transistor. This limits the space occupied by the second branch, and therefore the size of the protective device.
  • FIGS. 4 and 5 two exemplary embodiments of a monolithic component incorporating the limiting 21 and conduction branches 22 on the same substrate are illustrated.
  • the monolithic component has a JFET type structure. It comprises a substrate 61 common to the limiting 21 and conduction branches 22.
  • the rear face of the N-type doped substrate 61 comprises a lower N-doped lower layer 62 covered with a metal layer 63 forming the drain.
  • the front face of the substrate 61 comprises P-doped buried regions 64 on which is disposed an N-type top layer 70 forming a lateral channel of the limiting and conduction branches 22.
  • On this upper layer 70 are arranged upper regions 68 of type P. These regions partially overlap the upper layer 70
  • first and second metal electrodes 65a, 65b are disposed above the upper regions 68 and the upper layer 70. These first and second electrodes 65a, 65b form a control gate of the branch 22 and define the characteristics of the limiting branch 21.
  • the monolithic component comprises a first separation trench for defining the limiting 21 and conduction branches 22. This first trench extends through the upper layer 70 of the component to the buried regions 64 to allow their connection.
  • the first separation trench extends to a depth at least equal to that of the upper layer 70.
  • a layer of electrically insulating material 66 covers the first metal electrode 65a forming a grid of the branch 21, while no layer of electrically insulating material covers the second electrode 65b forming a gate.
  • a source metal layer 67 covers the entire surface of the monolithic component. So :
  • the first electrode 65a forming a gate is electrically isolated from the source metal layer 67: this first stack of layers of the monolithic component constitutes the conduction branch whose gate (first electrode) is intended to be electrically connected to the transmission unit; control 24, while the drain 63 and the source 67 are intended to be respectively connected to the input terminal 31 and the output terminal 32 of the load protection device;
  • this second stack of layers of the monolithic component constitutes the current limiting branch 21 whose gate 65b and the source 67 are intended to be connected to the output terminal 32 of the load protection device, while the drain 63 is intended to be connected to the input terminal 31 of the device.
  • the peculiarity of the monolithic structure component JFET illustrated in FIG. 4 is that the conduction branch 22 is activated unless an electric voltage is applied to the gate electrode (known under the standard name "NORMALLY ON"). the limitation branch is permanently activated.
  • the monolithic component illustrated in FIG. 5 differs from the component illustrated in FIG. 4 in that its structure is of the MOSFET type.
  • the peculiarity of the monolithic structure component MOSFET illustrated in FIG. 5 is that the conduction branch 22 is deactivated unless an electric voltage is applied to the gate electrode, the limiting branch being permanently activated.
  • It comprises a substrate 73 common to the limiting 21 and conduction branches 22.
  • the rear face of the N-type doped substrate 73 comprises a lower N-doped lower layer 72 covered with a metal layer 71 forming a drain.
  • the substrate 73 comprises first P-doped buried regions 74 at its upper face.
  • the front face of the substrate 73 is covered by an upper layer 82 of N.
  • the upper layer 82 of the conduction branch 22 comprises:
  • the monolithic component comprises a first MOSFET trench extending through the upper layer 82 to the substrate 73. It also includes a fourth P-type buried region 83 in the bottom of the trench, the fourth buried region 83 and the first buried regions 74 defining N-type channels in the substrate 73.
  • the monolithic component comprises a second separation trench for defining the limiting branches 21 and conduction 22. This second trench extends through a second central zone 76 of the component to the first buried regions 74 to allow their connection.
  • the second separation trench extends to a depth at least equal to that of the upper layer 82.
  • First and second thin oxide layers 78a and 78b defining the gate oxide of the MOSFETs partially cover the upper face of the first buried regions 74, the second zones 76, the fourth buried regions 83 and the upper layer 82.
  • the component comprises a first metal electrode 79 forming the control gate of the branch 22 on the first layer 78a.
  • a layer of electrically insulating material 80 covers the first metal electrode 79 forming a grid of the branch 21. While no layer of electrically insulating material covers the second layer 78b forming the gate of the MOSFET limitation branch.
  • Metal layers 77 contact the first buried regions 74 and the second zones 76 of the limiting and conduction branches 21, 22.
  • a source metal layer 81 covers the entire surface of the monolithic component. So :
  • this first stack of layers of the monolithic component constitutes the conduction branch whose gate (first electrode) is intended to be electrically connected to the control 24, while the drain 71 and the source 81 are intended to be respectively connected to the input terminal 31 and the output terminal 32 of the load protection device;
  • this second stack of layers of the monolithic component constitutes the current limiting branch 21 whose source 81 are intended to be connected to the terminal output 32 of the load protection device, while the drain 71 is intended to be connected to the input terminal 31 of the device.
  • the circuit described above is suitable for use in a DC or AC power grid. It protects electrical equipment from overloads of current likely to appear in the electrical network in the event of a start-up phase of the equipment to be protected, pre-charging of a storage capacitor or lightning shock. It can be used as a current regulator function, delivering a constant current to any AC or DC load, or to detect and limit any inrush current on the AC or DC network in case of overvoltage.

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de protection d'un équipement électrique (23) comportant : - une première branche (21) de limitation de courant incluant une source de courant, - une deuxième branche (22) de conduction montée en parallèle de la branche de limitation (21), l'impédance de la branche de conduction (22) étant inférieure ou égale à 10% de l'impédance de la branche de limitation (21), - une unité de pilotage (3) pour faire basculer le mode de fonctionnement du dispositif entre : ⋅ un premier mode de fonctionnement dans lequel le courant électrique circule à travers la branche de limitation (21) sans circuler dans la branche de conduction (22), et ⋅ un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le courant électrique circule à travers les branches de limitation et de conduction (21, 22).

Description

DISPOSITIF DE PROTECTION D'UN EQUIPEMENT ELECTRIQUE
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine des circuits de protection d'équipements électriques, et notamment de systèmes d'alimentation et/ou de distribution d'énergie électrique de type à courant continu ou alternatif.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Dans les applications électriques (à courant continu ou alternatif), une surcharge de courant peut provoquer une surtension, endommageant les équipements électriques.
Les surcharges de courant, et plus généralement les surintensités peuvent avoir plusieurs origines :
- une surintensité peut être causée par un court-circuit, une surtension ou une foudre,
- une surintensité peut également se produire pendant la phase de démarrage ou lors de la connexion d'équipements électriques au réseau.
On connaît différents types de dispositifs de protection pour réduire les effets de ces surcharges de courant, et notamment les risques de détérioration des équipements électriques. De tels dispositifs de protection peuvent être utilisés par exemple en amont d'un condensateur de stockage monté en parallèle d'un équipement électrique à protéger.
1. Résistance de limitation Une première solution pour réduire les risques de détérioration des équipements électriques consiste à connecter électriquement une résistance de limitation en série de l'équipement à protéger. Cette résistance de limitation est utile pour limiter le fort appel de courant au démarrage de l'équipement à protéger, et plus précisément lors de la pré-charge du condensateur de stockage.
Toutefois, un inconvénient de cette solution est qu'une fois la phase de démarrage terminée, cette résistance de limitation (qui n'a plus d'utilité) chauffe et a tendance à dissiper beaucoup d'énergie.
2. Résistance de limitation à commutateur Pour remédier à cet inconvénient, on a déjà proposé le montage illustré à la figure 1 , dans lequel la résistance de limitation 17 est positionnée sur une branche de limitation
1 1 électriquement connectée en parallèle d'une branche de conduction 12 - telle qu'un fil électrique. Un montage similaire est notamment décrit dans le document EP 2 653 950. Dans ce cas, le basculement entre la branche de limitation 1 1 et la branche de conduction
12 est contrôlé par un commutateur électrique 13.
Le principe de fonctionnement d'un tel montage est le suivant. Au démarrage, le commutateur électrique 13 est relié à la branche de limitation 1 1 de sorte que le courant électrique issu de la source d'alimentation 14 circule à travers la branche de limitation 1 1 . Le passage du courant à travers la résistance 17 permet limiter le fort appel de courant au démarrage de l'équipement à protéger 15. Le condensateur de stockage 16 se charge. Après un temps donné (pouvant varier entre quelques millisecondes et quelques secondes en fonction de l'application), le commutateur électrique 13 bascule la circulation du courant de la branche de limitation 1 1 vers la branche de conduction 12. Ceci permet de limiter les pertes énergétiques liées à l'utilisation de la résistance de limitation 17.
Toutefois, un inconvénient du montage illustré à la figure 1 est qu'il ne permet pas de maintenir l'équipement électronique 15 sous tension lors du basculement du commutateur électrique 13. Outre les problèmes décrits ci-dessus, un autre inconvénient des dispositifs de protection précités utilisant une résistance de limitation 17 est qu'ils ne permettent pas de charger le condensateur de stockage 16 à courant constant, la résistance de limitation 17 combinée au condensateur de stockage 16 constituant un circuit RC. Ceci induit un vieillissement accéléré du condensateur de stockage. En outre, ceci ne permet pas de prédire la valeur d'un courant de défaut en cas de fonctionnement anormal, celui-ci pouvant varier en fonction de la résistance équivalente du circuit (tenant compte des résistances éventuelles des composants en amont et en aval du dispositif de protection), cette incertitude sur le courant de défaut pouvant induire une des risques sur la protection des équipements électroniques en aval du dispositif de protection.
Un but de la présente invention est de proposer un dispositif de protection d'un équipement électrique permettant de pallier au moins l'un des inconvénients précités.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention propose un dispositif de protection d'un équipement électrique incluant :
- une borne d'entrée destinée à être raccordée électriquement à une source d'alimentation en énergie électrique,
- une borne de sortie destinée à être raccordée électriquement à l'équipement électrique, remarquable en ce que le dispositif de protection comprend :
- une première branche de limitation de courant incluant une source de courant pour produire (i.e. maintenir) un courant électrique constant pour une plage de tension donnée,
- une deuxième branche de conduction montée en parallèle de la branche de limitation,
- une unité de pilotage pour faire basculer le mode de fonctionnement du dispositif entre :
o un premier mode de fonctionnement dans lequel le courant électrique issu de la source d'alimentation en énergie électrique circule à travers la branche de limitation sans circuler dans la branche de conduction, et o un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le courant électrique issu de la source d'alimentation en énergie électrique circule à travers les branches de limitation et de conduction l'impédance de la branche de conduction étant inférieure ou égale à 10% de l'impédance de la branche de limitation dans le deuxième mode de fonctionnement.
Des aspects préférés mais non limitatifs du système selon l'invention sont les suivants :
- l'unité de pilotage peut être connectée électriquement à la branche de conduction pour contrôler l'activation et la désactivation de ladite branche de conduction de sorte à faire basculer le dispositif entre les premier et deuxième mode de fonctionnement, la branche de limitation n'étant pas contrôlée par l'unité de pilotage ;
- la source de courant peut comprendre un transistor, tel qu'un transistor JFET ou un transistor MOSFET :
o le drain du transistor étant connecté à la borne d'entrée, et
o la grille et la source du transistor étant connectées à la borne de sortie ;
- la source de courant peut comprendre un élément semi-conducteur de limitation de courant à deux bornes tel qu'une diode de limitation de courant, par exemple en silicium, ou en carbure de silicium, ou en tout autre matériaux semiconducteur ; - la branche de limitation de courant peut comprendre en outre une résistance électrique montée en série avec la source de courant ;
- la branche de conduction peut comprendre un interrupteur commandé comme un transistor, tel qu'un transistor JFET, un transistor MOSFET (ou un transistor bipolaire) :
o le drain (ou le collecteur) du transistor étant connecté à la borne d'entrée, o la source (ou l'émetteur) du transistor étant connectée à la borne de sortie,
o la grille (ou la base) du transistor étant connectée à l'unité de pilotage ; - l'unité de pilotage peut comprendre :
o un circuit de détection d'une variation de tension en sortie du dispositif de protection d'équipement électrique, et/ou
o un circuit de détection d'une variation de courant en sortie du dispositif de protection d'équipement électrique ;
- l'unité de pilotage peut comprendre un circuit d'autopolarisation pour temporiser l'activation de la branche de conduction ;
- l'unité de pilotage comprend un circuit de commande pour générer un signal de blocage de la branche de conduction lorsque la tension et/ou l'intensité en sortie du dispositif de protection est supérieure à une valeur seuil ;
- les branches de limitation et de conduction peuvent être intégrées dans un composant monolithique tel qu'un transistor JFET ou un transistor MOSFET.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages et caractéristiques du système selon l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d'exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, à partir des dessins annexés sur lesquels :
- La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de l'art antérieur pour la protection d'une charge,
- La figure 2 est un schéma de principe d'un dispositif de protection de charge selon la présente invention, - La figure 3 est un schéma de principe d'une première variante de réalisation du dispositif de protection de charge la présente invention,
- La figure 4 est un schéma de principe d'une deuxième variante de réalisation du dispositif de protection de charge la présente invention,
- La figure 5 est un schéma de principe d'une troisième variante de réalisation du dispositif de protection de charge la présente invention
- La figure 6 est un graphique illustrant des courbes de courant en fonction de la tension aux bornes d'une branche de limitation de courant incluant :
o une résistance d'une part (courbe 80), et
o une source de courant d'autre part (courbe 81 ),
- La figure 7 est un graphique illustrant des courbes de courant en fonction de la tension aux bornes du dispositif de protection dans
o un premier mode de fonctionnement où le courant circule à travers une branche de limitation (courbe 82),
o un deuxième mode de fonctionnement où le courant circule simultanément au travers d'une branche de limitation et d'une branche de conduction (courbe 83).
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
On va maintenant décrire différents exemples de dispositif de protection de charge selon la présente invention en référence aux figures 2 à 5. Dans ces différentes figures, les éléments équivalents sont désignés par la même référence numérique. 1. Généralités concernant le dispositif de protection
En référence à la figure 2, le dispositif de protection d'une charge électrique comprend une borne d'entrée 31 destinée à être raccordée électriquement en série à une source d'alimentation en énergie électrique, et une borne de sortie 32 destinée à être raccordée électriquement à une charge électrique à protéger 23. Entre les bornes d'entrée 31 et de sortie 32, le dispositif comprend deux branches ayant chacune une fonction respective :
- Une première branche 21 - dite « branche de limitation de courant » - permettant de limiter le courant circulant au travers de la charge 23 lorsqu'une anomalie de fonctionnement - telle qu'un défaut électrique (par exemple un court-circuit) - est détectée,
- Une deuxième branche 22 - dite « branche de conduction » - ayant une faible impédance pour limiter la chute de tension aux bornes de la charge 23 lorsque le courant électrique issu de la source d'alimentation en énergie électrique 25 traverse ladite branche de conduction 22.
Le dispositif comprend également une unité de pilotage 24 pour permettre le passage du courant :
- soit au travers de la branche de limitation 21 uniquement selon un premier mode de fonctionnement
- soit au travers des branches de limitation et de conduction 21 , 22 simultanément selon un deuxième mode de fonctionnement.
Ainsi, et quel que soit le mode de fonctionnement du dispositif, la branche de limitation 21 est toujours conductrice électriquement, de sorte que la charge 23 à protéger est toujours alimentée, même lors de la transition entre les premier et deuxième modes de fonctionnement. La branche de conduction 22 n'est quant à elle conductrice électriquement que dans le deuxième mode de fonctionnement. Le premier mode de fonctionnement est avantageusement activé lorsqu'une anomalie - telle qu'une surcharge de courant ou de tension électrique - est détectée.
Dans la variante de réalisation illustrée à la figure 2, l'unité de pilotage 24 contrôle uniquement l'activation et la désactivation de la branche de conduction 22, la branche de limitation 21 n'étant pas contrôlée par l'unité de pilotage 24. Ceci permet de simplifier le montage du dispositif de protection de charge. Le dispositif illustré à la figure 2 permet de protéger efficacement la charge 23 d'un circuit électrique en limitant le courant le traversant lorsqu'une anomalie de fonctionnement est détectée.
En effet lorsqu'une anomalie (surintensité et/ou surtension) est détectée, l'unité de pilotage 24 contrôle la désactivation de la branche de conduction 22 pour induire le passage du courant électrique (généré en amont de la borne d'entrée) à travers la branche de limitation 21 .
En limitant le courant circulant dans la charge 23 lorsqu'une anomalie est détectée, le dispositif de protection illustré à la figure 2 permet de réduire les risques de dégradation des composants électriques situés en aval de la borne de sortie. 2. Branche de limitation de courant
La branche de limitation de courant 21 permet de limiter le courant circulant dans la charge 23 à une valeur d'intensité cible lorsque le deuxième mode de fonctionnement du dispositif est activé. Cette valeur cible est prévue suffisante pour assurer le bon fonctionnement de la charge 23.
Avantageusement, la branche de limitation 21 comprend une (ou plusieurs) source(s) de courant - en particulier unidirectionnelle(s) - pour permettre le passage du courant depuis la borne d'entrée 31 vers la borne de sortie 32. On entend, dans le cadre de la présente invention, par « source de courant », un (ou plusieurs) composant(s) électrique(s) agencé(s) de sorte à produire un courant électrique constant pour une plage de tension donnée.
Plus précisément et comme illustré à la figure 6 ar la courbe 81 , lorsque la tension V aux bornes de la branche de limitation 21 est comprise dans une plage de tension donnée (en particulier lorsque la tension V est supérieure à « +VLIM », ou lorsque la tension V est inférieure à « -VLIM »), la source de courant maintient l'intensité I du courant à une valeur constante (en particulier une valeur constante égale à « +ILIM » lorsque V≥+VLIM, OU égale à « -ILIM » lorsque V≤-VLIM) en faisant varier son impédance de manière dynamique. La variation dynamique de l'impédance de la source de courant correspond - dans le cas d'une source de courant consistant en un transistor de type JFET normalement passant (dit « Normally-on ») - au passage d'un mode de conduction linéaire à un mode de conduction en régime de saturation. Ceci se produit lorsque la tension aux bornes du transistor formant source de courant devient supérieure à une tension de saturation Vsat dudit transistor. En régime de saturation l'impédance varie de façon dynamique avec la tension de sorte que le courant est maintenu constant. Le fonctionnement est alors analogue à celui d'une source de courant qui produit et maintient un courant constant quelle que soit la tension à ses bornes. Le fait que la branche de limitation 21 comprenne une source de courant permet de charger un condensateur de stockage 26 (monté en parallèle de la charge 23 à protéger) avec un courant constant. Ceci n'est pas possible dans le cas d'une branche de limitation incluant une résistance, comme illustré à la figure 6 par la courbe 80. En effet si la branche de limitation comprend une résistance, alors le courant I aux bornes de la branche de limitation varie linéairement en fonction de la tension V appliquée à ses bornes, de sorte qu'un condensateur de stockage disposé en sortie de la branche de limitation n'est pas chargé à courant constant.
Dans la variante de réalisation illustrée à la figure 3, la source de courant comprend un transistor, tel qu'un transistor JFET ou un transistor MOSFET. Le drain du transistor est relié électriquement à la borne d'entrée 31 du dispositif, tandis que la grille et la source du transistor sont reliées électriquement à la borne de sortie 32 du dispositif. L'utilisation d'un transistor JFET ou MOSFET présente l'avantage de faciliter la mise en œuvre du dispositif. En variante, la source de courant peut consister en une diode de limitation de courant en carbure de silicium. L'utilisation d'une diode de limitation de courant permet de s'affranchir de la présence d'une électronique de commande. En outre, le fait que la diode soit en Carbure de Silicium permet de disposer d'un composant apte à supporter des niveaux d'énergie élevés, de l'ordre de 0.1 J à 50J.
Avantageusement, la branche de limitation 21 peut comprendre un (ou plusieurs) élément(s) résistif(s) de dissipation thermique monté(s) en série avec la (les) source(s) de courant. Ceci permet de dissiper une puissance électrique plus importante par effet Joule en cas de surcharge de courant entre la source en alimentation électrique 25 et la charge 23.
3. Branche de conduction La branche de conduction 22 permet d'assurer la circulation du courant électrique en régime permanent. Elle présente de préférence une faible impédance pour limiter les chutes de tension aux bornes de la charge 23. Par exemple, l'impédance de la branche de conduction 22 peut être inférieure à 1 ohm, préférentiellement inférieure à 0.1 ohm, et encore plus préférentiellement inférieure à 0.01 ohms.
La branche de conduction 22 peut comprendre un interrupteur commandable par l'unité de pilotage 24. Cet interrupteur peut être de tout type connu de l'homme du métier. Notamment, l'interrupteur est par exemple un interrupteur mécanique ou un interrupteur hybride.
Toutefois l'interrupteur de la branche de conduction 22 doit pouvoir passer d'un état fermé à un état ouvert très rapidement après la détection d'une anomalie (surintensité et/ou surtension). C'est pourquoi l'interrupteur de la branche de conduction 22 est de préférence un interrupteur statique. Celui-ci présente l'avantage de commuter très rapidement entre un état fermé et un état ouvert (temps de commutation inférieur ou égal à la centaine de microsecondes). Un autre avantage de l'utilisation d'un interrupteur statique est qu'il peut supporter de fortes tensions et de forts courants. Dans la variante de réalisation illustrée à la figure 3, l'interrupteur de la branche de conduction consiste en un transistor, tel qu'un transistor JFET ou un transistor MOSFET (ou un transistor bipolaire):
le drain (ou le collecteur) du transistor étant connecté à la borne d'entrée, la source (ou l'émetteur) du transistor étant connectée à la borne de sortie, - la grille (ou la base) du transistor étant connectée à l'unité de pilotage.
4. Unité de pilotage
L'unité de pilotage 24 permet de commander l'activation et la désactivation de la branche de conduction 22.
Plus précisément, l'unité de pilotage 24 permet d'ouvrir ou de fermer la branche de conduction 22 de sorte que le courant circulant dans le dispositif de protection traverse :
- soit la branche de limitation uniquement selon un premier mode de fonctionnement représenté par la courbe 82 de la figure 7,
- soit les branches de limitation et de conduction conjointement selon un deuxième mode de fonctionnement représenté par la courbe 83 de la figure 7.
De préférence, l'impédance de la branche de conduction 22 est choisie inférieure ou égale à 10% de l'impédance de la branche de limitation 21 dans le deuxième mode de fonctionnement. Le passage du courant à travers la branche de conduction 22 est ainsi favorisé dans le deuxième mode de fonctionnement. Ceci permet de limiter les pertes par effet Joule lorsque le deuxième mode de fonctionnement du dispositif de protection est activé. Dans la variante de réalisation illustrée à la figure 3, l'unité de pilotage 24 comprend un circuit de détection 242 d'une variation de tension en sortie du dispositif de protection de charge. En variante ou en combinaison, l'unité de pilotage peut comprendre un circuit de détection d'une variation de courant en sortie du dispositif de protection. Ce (ou ces) circuit(s) de détection permet(tent) d'identifier une anomalie (surtension et/ou surintensité) susceptible d'endommager la charge 23.
Lorsqu'une variation de tension détectée par le circuit de détection 242 dépasse une tension seuil définie par un composant avalanche D4 tel qu'une diode Zener, un circuit de commande 243 de l'unité de pilotage 24 transmet un signal de blocage sur la grille de l'interrupteur commandable de la branche de conduction 22.
Ce signal de blocage induit l'ouverture de l'interrupteur commandable de sorte à désactiver la branche de conduction 22. Le courant circule alors exclusivement à travers la branche de limitation de courant 21 .
Lorsque la variation de tension détectée par le circuit de détection 242 devient inférieure à la tension seuil, le circuit de commande 243 n'émet plus de signal de blocage. L'interrupteur commandable revient dans un état passant de sorte à activer la branche de conduction 22. Le courant circule alors à la fois à travers la branche de limitation 21 et la branche de conduction 22.
Avantageusement, l'unité de pilotage 24 peut comprendre un circuit d'autopolarisation 241 entre le circuit de détection 242 et la grille de l'interrupteur commandable. Le circuit d'autopolarisation 241 permet de temporiser la réactivation de l'interrupteur commandable. Plus précisément, le circuit d'autopolarisation 241 permet de retarder la fermeture de l'interrupteur commandable d'un délai non nul correspondant au temps de décharge d'un condensateur C1 du circuit d'autopolarisation 241 . Ceci permet de limiter les risques de dégradation de la charge, notamment dans le cas de surcharges de courant de type impulsionnelles. On va maintenant décrire le principe de fonctionnement de l'unité de pilotage 24 illustré à la figure 3 dans le cas d'un montage électrique incluant un condensateur de stockage 26 tel qu'illustré à la figure 2. Dans ce cas, une surcharge de courant peut être provoquée lors de la pré-charge du condensateur de stockage.
Au démarrage de l'équipement électrique 23 à protéger, le condensateur de stockage 26 provoque un fort appel de courant. Ceci induit l'apparition d'une surcharge de courant dans le circuit électrique. Le circuit de détection 242 détecte une variation de tension aux bornes de sortie du dispositif de protection de charge. Lorsque cette variation de tension devient supérieure à la tension seuil définie par la diode Zener D4, le circuit de commande 243 transmet un signal de blocage à la grille de l'interrupteur commandable de la branche de conduction 22.
Le signal de blocage traverse le circuit d'autopolarisation 241. Le condensateur C1 du circuit d'autopolarisation 241 se charge. Simultanément à la charge du condensateur C1 , l'application du signal de blocage à la grille induit l'ouverture de l'interrupteur commandable : la branche de conduction 22 est désactivée.
Le dispositif de protection de charge fonctionne alors selon son premier mode de fonctionnement : la totalité du courant issu de la source d'alimentation en énergie électrique 25 est transmis à la charge 23 par l'intermédiaire de la branche de limitation 21 de sorte que le courant reçu par la charge 23 est limité à la valeur d'intensité cible pour protéger la charge 23. Lorsque le condensateur de stockage 26 est chargé, un régime permanent du circuit électrique s'établit. La variation de tension en sortie du dispositif de protection diminue, le circuit de détection 242 détectant cette baisse. Lorsque la différence de tension en sortie devient inférieure à la tension seuil définie par le composant avalanche D4, le signal de blocage s'interrompt. Le condensateur C1 du circuit d'autopolarisation 241 se décharge vers la grille de l'interrupteur commandable de sorte à maintenir celui-ci dans un état bloqué quelques instants. Ceci permet de temporiser la fermeture de l'interrupteur commandable. Lorsque le condensateur C1 est déchargé, la grille de l'interrupteur commandable n'est plus alimentée. L'interrupteur commandable passe alors d'un état bloqué (i.e. ouvert) à un état passant (i.e. fermé).
La branche de conduction 22 est réactivée. Le dispositif de protection de charge fonctionne alors selon son deuxième mode de fonctionnement : le courant issu de la source d'alimentation en énergie électrique 25 est transmis à la charge 23 par l'intermédiaire de la branche de limitation 21 d'une part et de la branche de conduction 22 d'autre part.
En cas de surcharge de courant en régime permanent (par exemple si un choc de foudre frappe le circuit électrique), le circuit de détection 242 détecte une variation de tension en sortie supérieure à la tension seuil définie par la diode Zener D4. Le circuit de commande 243 transmet à la grille de l'interrupteur commandable un signal de blocage à travers le circuit d'autopolarisation 241 . Ce signal de blocage ouvre l'interrupteur commandable pour désactiver la branche de conduction 22.
Le premier mode de fonctionnement est mis en œuvre. Lorsque la tension en sortie du dispositif de protection redevient inférieure à la tension seuil, l'unité de pilotage 24 commande la réactivation de la branche de conduction 22 comme décrit ci-dessus. 5. Composant monolithique
Dans une variante de réalisation, les branches de limitation 21 et de conduction 22 peuvent être intégrées dans un composant unitaire monolithique en silicium ou en carbure de silicium (ou un autre matériau semi-conducteur, de préférence à large bande interdite) tel qu'un transistor JFET ou un transistor MOSFET ou un transistor bipolaire. Ceci permet de limiter l'espace occupé par la deuxième branche, et donc l'encombrement du dispositif de protection.
En référence aux figures 4 et 5, on a illustré deux exemples de réalisation d'un composant monolithique intégrant les branches de limitation 21 et de conduction 22 sur un même substrat.
En référence à la figure 4, le composant monolithique présente une structure de type JFET. Il comprend un substrat 61 commun aux branches de limitation 21 et de conduction 22. La face arrière du substrat 61 dopé de type N comprend une couche inférieure 62 plus fortement dopée N recouverte d'une couche métallique 63 formant le drain. La face avant du substrat 61 comprend des régions enterrées 64 dopées P sur lesquelles est disposée une couche supérieure 70 de type N formant un canal latéral des branches de limitation 21 et de conduction 22. Sur cette couche supérieure 70 sont agencées des régions supérieures 68 de type P. Ces régions recouvrent partiellement la couche supérieure 70
Au-dessus des régions supérieures 68 et de la couche supérieure 70, des premières et deuxièmes électrodes métalliques 65a, 65b sont disposées. Ces premières et deuxièmes électrodes 65a, 65b forment une grille de commande de la branche 22 et définissent les caractéristiques de la branche 21 de limitation.
Le composant monolithique comprend une première tranchée de séparation pour définir les branches de limitation 21 et de conduction 22. Cette première tranchée s'étend au travers de la couche supérieure 70 du composant jusqu'aux régions enterrées 64 pour permettre leur raccordement.
Plus précisément, la première tranchée de séparation s'étend sur une profondeur au moins égale à celle de la couche supérieure 70. Une couche de matériau isolant électriquement 66 recouvre la première électrode métallique 65a formant grille de la branche 21 , tandis qu'aucune couche de matériau isolant électriquement ne recouvre la deuxième électrode 65b formant grille. Une couche métallique 67 formant source recouvre l'ensemble de la surface du composant monolithique. Ainsi :
- la première électrode 65a formant grille est isolée électriquement de la couche métallique 67 formant source : ce premier empilement de couches du composant monolithique constitue la branche de conduction 22 dont la grille (première électrode) est destinée à être raccordée électriquement à l'unité de pilotage 24, tandis que le drain 63 et la source 67 sont destinés à être connectés respectivement à la borne d'entrée 31 et la borne de sortie 32 du dispositif de protection de charge ;
- la deuxième électrode 65b formant grille est en contact électrique avec la couche métallique 67 formant source : ce deuxième empilement de couches du composant monolithique constitue la branche de limitation de courant 21 dont la grille 65b et la source 67 sont destinées à être connectées à la borne de sortie 32 du dispositif de protection de charge, tandis que le drain 63 est destiné à être connecté à la borne d'entrée 31 du dispositif.
La particularité du composant monolithique de structure JFET illustré à la figure 4 est que la branche de conduction 22 est activée sauf si une tension électrique est appliquée sur l'électrode de grille (connu sous l'expression anglo-saxonne « NORMALLY ON »), la branche de limitation étant activée en permanence.
Le composant monolithique illustré à la figure 5 diffère du composant illustré à la figure 4 en ce que sa structure est de type MOSFET. La particularité du composant monolithique de structure MOSFET illustré à la figure 5 est que la branche de conduction 22 est désactivée sauf si une tension électrique est appliquée sur l'électrode de grille, la branche de limitation étant activée en permanence. Il comprend un substrat 73 commun aux branches de limitation 21 et de conduction 22. La face arrière du substrat 73 dopé de type N comprend une couche inférieure 72 plus fortement dopée N recouverte d'une couche métallique 71 formant drain. Le substrat 73 comprend des premières régions enterrées 74 dopées P au niveau de sa face supérieure. La face avant du substrat 73 est recouverte par une couche supérieure 82 de type N.
La couche supérieure 82 de la branche de conduction 22 comprend :
- des deuxièmes régions enterrées en profondeur 75 plus faiblement dopée P, et
- des troisièmes régions enterrées superficiellement 76 de type N fortement dopées.
Le composant monolithique comprend une première tranchée du MOSFET s'étendant à travers la couche supérieure 82 jusqu'au substrat 73. Il comprend également une quatrième région enterrée 83 de type P dans le fond de la tranchée, la quatrième région enterrée 83 et les premières régions enterrées 74 définissant des canaux de type N dans le substrat 73.
Le composant monolithique comprend une seconde tranchée de séparation pour définir les branches de limitation 21 et de conduction 22. Cette seconde tranchée s'étend au travers d'une deuxième zone 76 centrale du composant jusqu'aux premières régions enterrées 74 pour permettre leur raccordement.
Plus précisément, la seconde tranchée de séparation s'étend sur une profondeur au moins égale à celle de la couche supérieure 82.
Des première et deuxième couches d'oxyde fin 78a et 78b définissant l'oxyde de grille des MOSFETs recouvrent partiellement la face supérieure des premières régions enterrées 74, des deuxièmes zones 76, des quatrièmes régions enterrées 83 et de la couche supérieure 82. Le composant comprend une première électrode métallique 79 formant la grille de commande de la branche 22 sur la première couche 78a.
Une couche de matériau isolant électriquement 80 recouvre la première électrode métallique 79 formant grille de la branche 21 . Tandis qu'aucune couche de matériau isolant électriquement ne recouvre la deuxième couche 78b formant grille du MOSFET de la branche de limitation.
Des couches métalliques 77 contactent les premières régions enterrées 74 et les deuxièmes zones 76 des branches de limitation et de conduction 21 , 22.
Une couche métallique 81 formant source recouvre l'ensemble de la surface du composant monolithique. Ainsi :
- la première électrode 79 formant grille est isolée électriquement de la couche métallique 81 formant source : ce premier empilement de couches du composant monolithique constitue la branche de conduction 22 dont la grille (première électrode) est destinée à être raccordée électriquement à l'unité de pilotage 24, tandis que le drain 71 et la source 81 sont destinés à être connectés respectivement à la borne d'entrée 31 et la borne de sortie 32 du dispositif de protection de charge ;
- la couche 81 recouvre la zone 78b formant grille est en contact électrique avec la couche métallique 77 formant source : ce deuxième empilement de couches du composant monolithique constitue la branche de limitation de courant 21 dont la source 81 sont destinées à être connectées à la borne de sortie 32 du dispositif de protection de charge, tandis que le drain 71 est destiné à être connecté à la borne d'entrée 31 du dispositif.
6. Conclusions Le circuit décrit précédemment est adapté pour une utilisation dans un réseau électrique à courant continu ou alternatif. Il permet de protéger des équipements électriques des surcharges de courant susceptibles d'apparaître dans le réseau électrique en cas de phase de démarrage de l'équipement à protéger, pré-chargement d'un condensateur de stockage ou de choc de foudre. II peut être utilisé comme une fonction de régulateur de courant, délivrant un courant constant à n'importe quelle charge AC ou DC, ou pour détecter et limiter tout courant d'appel sur le réseau AC ou DC en cas ou surtension.
Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'invention décrite précédemment sans sortir matériellement des nouveaux enseignements et des avantages décrits ici.
Par conséquent, toutes les modifications de ce type sont destinées à être incorporées à l'intérieur de la portée des revendications jointes.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de protection d'un équipement électrique (23) incluant :
- une borne d'entrée (31 ) destinée à être raccordée électriquement à une source d'alimentation en énergie électrique (25),
- une borne de sortie (32) destinée à être raccordée électriquement à l'équipement électrique (23),
caractérisé en ce que le dispositif de protection comprend :
- une première branche (21 ) de limitation de courant incluant une source de courant pour produire un courant électrique constant pour une plage de tension donnée,
- une deuxième branche (22) de conduction montée en parallèle de la branche de limitation (21 ),
- une unité de pilotage (24) pour faire basculer le mode de fonctionnement du dispositif entre :
o un premier mode de fonctionnement dans lequel le courant électrique issu de la source d'alimentation en énergie électrique (25) circule à travers la branche de limitation (21 ) sans circuler dans la branche de conduction (22), et
o un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le courant électrique issu de la source d'alimentation en énergie électrique (25) circule à travers les branches de limitation et de conduction (21 , 22), l'impédance de la branche de conduction (22) étant inférieure ou égale à 10% de l'impédance de la branche de limitation (21 ) dans le deuxième mode de fonctionnement.
2. Dispositif de protection selon la revendication 1 , dans lequel l'unité de pilotage (24) est connectée électriquement à la branche de conduction (22) pour contrôler l'activation et la désactivation de ladite branche de conduction (22) de sorte à faire basculer le dispositif entre les premier et deuxième mode de fonctionnement, la branche de limitation (21 ) n'étant pas contrôlée par l'unité de pilotage (24).
Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel la source de courant comprend un transistor, tel qu'un transistor JFET ou un transistor MOSFET :
le drain du transistor étant connecté à la borne d'entrée (31 ), et
la grille et la source du transistor étant connectées à la borne de sortie (32).
Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel la source de courant comprend une diode de limitation de courant, par exemple en silicium, ou en carbure de silicium, ou en tout autre matériaux semiconducteur.
Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la branche de limitation de courant (21 ) comprend en outre une résistance électrique montée en série avec la source de courant.
Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la branche de conduction (22) comprend un transistor, tel qu'un transistor JFET ou un transistor MOSFET :
le drain du transistor étant connecté à la borne d'entrée (31 ),
la source du transistor étant connectée à la borne de sortie (32),
la grille du transistor étant connectée à l'unité de pilotage (24).
Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'unité de pilotage (24) comprend :
un circuit de détection (242) d'une variation de tension en sortie du dispositif de protection d'équipement électrique, et/ou
un circuit de détection d'une variation de courant en sortie du dispositif de protection d'équipement électrique.
8. Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'unité de pilotage (24) comprend un circuit d'autopolarisation (241 ) pour temporiser l'activation de la branche de conduction (22).
9. Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'unité de pilotage (24) comprend un circuit de commande (243) pour générer un signal de blocage de la branche de conduction (22) lorsque la tension et/ou l'intensité en sortie du dispositif de protection est supérieure à une valeur seuil.
10. Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les branches de limitation (21 ) et de conduction (22) sont intégrées dans un composant monolithique tel qu'un transistor JFET ou un transistor MOSFET.
EP18700216.7A 2017-01-11 2018-01-11 Dispositif de protection d'un équipement électrique Withdrawn EP3568894A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1750242A FR3061812B1 (fr) 2017-01-11 2017-01-11 Dispositif de protection d'un equipement electrique
PCT/EP2018/050607 WO2018130594A1 (fr) 2017-01-11 2018-01-11 Dispositif de protection d'un equipement electrique

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3568894A1 true EP3568894A1 (fr) 2019-11-20

Family

ID=58739074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP18700216.7A Withdrawn EP3568894A1 (fr) 2017-01-11 2018-01-11 Dispositif de protection d'un équipement électrique

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20200373754A1 (fr)
EP (1) EP3568894A1 (fr)
JP (1) JP2020505901A (fr)
KR (1) KR20190101418A (fr)
CN (1) CN110235327A (fr)
CA (1) CA3087843A1 (fr)
FR (1) FR3061812B1 (fr)
WO (1) WO2018130594A1 (fr)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110474310B (zh) * 2019-08-01 2021-05-18 联想(北京)有限公司 一种控制方法、第一电子设备及第二电子设备
FR3126074A1 (fr) * 2021-08-04 2023-02-10 Thales Dispositif et procédé de protection d'équipement électronique

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62126829A (ja) * 1985-11-27 1987-06-09 株式会社日立製作所 突入電流防止回路
JPH02246778A (ja) * 1989-03-17 1990-10-02 Mitsubishi Electric Corp インバータ装置の突入電流防止回路
JPH07322484A (ja) * 1994-05-20 1995-12-08 Toshiba Corp 電力変換装置
JP2000059988A (ja) * 1998-08-10 2000-02-25 Sanken Electric Co Ltd 突入電流防止回路
AT410867B (de) * 2001-04-06 2003-08-25 Siemens Ag Oesterreich Spannungsversorgung mit abschaltsicherung
TW200509496A (en) * 2003-08-21 2005-03-01 Fultec Pty Ltd Proprietary Integrated electronic disconnecting circuits, methods, and systems
US7738225B2 (en) * 2005-12-29 2010-06-15 Micrel, Incorporated Circuit and method for limiting power to a load
WO2010150488A1 (fr) * 2009-06-24 2010-12-29 パナソニック株式会社 Circuit de protection d'alimentation électrique et dispositif de commande de moteur le comprenant
JP5814841B2 (ja) * 2012-03-23 2015-11-17 株式会社日立産機システム 電力変換装置
US8683090B2 (en) * 2012-04-19 2014-03-25 Apple Inc. Methods, systems and apparatus for determining whether an accessory includes particular circuitry
US20140118876A1 (en) * 2012-10-26 2014-05-01 Unison Industries, Llc Circuit input protection device and method of assembling the same
CN103795051B (zh) * 2012-11-01 2017-12-15 海洋王（东莞）照明科技有限公司 一种过压保护电路及灯具
JP6366353B2 (ja) * 2014-05-13 2018-08-01 キヤノン株式会社 画像形成装置
CN105322522A (zh) * 2014-06-24 2016-02-10 中兴通讯股份有限公司 直流电源的浪涌电流抑制方法及电路
US9653913B2 (en) * 2015-02-17 2017-05-16 Littelfuse, Inc. Resistance change device providing overcurrent protection

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190101418A (ko) 2019-08-30
CN110235327A (zh) 2019-09-13
CA3087843A1 (fr) 2018-07-19
US20200373754A1 (en) 2020-11-26
WO2018130594A1 (fr) 2018-07-19
JP2020505901A (ja) 2020-02-20
FR3061812B1 (fr) 2022-06-10
FR3061812A1 (fr) 2018-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0579561B1 (fr) Circuit de protection d'un composant de puissance contre des surtensions directes
EP2279559B1 (fr) Système à relais statique comprenant deux transistors de type jfet en série
EP1950885A1 (fr) Dispositif de commande d'un interrupteur électronique de puissance et variateur comprenant un tel dispositif.
FR2955986A1 (fr) Dispositif de deviation de surcharges de courant ou de surtensions transitoires
FR2679082A1 (fr) Dispositif de commutation a semiconducteurs pouvant etre commande et comportant un systeme integre de limitation de courant et de coupure pour temperature excessive.
EP1792378A1 (fr) Dispositif de protection contre les surtensions a capacite de coupure du courant de fuite amelioree
FR2931594A1 (fr) Dispositif de protection d'un circuit electrique contre les surtensions
FR3004019A1 (fr) Composant de protection contre des surtensions
FR2864711A1 (fr) Dispositif de protection contre les surtensions avec eclateurs en parallele a declenchement simultane
FR3012696A1 (fr) Circuit de protection contre des surtensions
EP3070798B1 (fr) Dispositif de protection contre des surtensions
EP0664564B1 (fr) Circuit intégré incorporant une protection contre les décharges électrostatistiques
WO2018130594A1 (fr) Dispositif de protection d'un equipement electrique
EP2124326A1 (fr) Système d'alimentation électrique de type capacitif
EP0677907B1 (fr) Dispositif de protection contre les surintensités
FR2572600A1 (fr) Stabilisateur electronique de tension, utilisable en particulier dans l'automobile, avec protection contre les surtensions transitoires de polarite opposee a celle du generateur
EP0619637B1 (fr) Protection d'un alternateur triphasé automobile
EP3694068B1 (fr) Système de commutation statique et de limitation d'un courant continu
EP0466619A1 (fr) Dispostif de protection contre des surtensions
EP3297112B1 (fr) Limiteur de courant pour charge courant alternatif
EP1017103B1 (fr) Interrupteur de puissance à DI/DT contrôle
EP3523867B1 (fr) Circuit de decharge d'un système electrique haute tension
EP1158640A1 (fr) Dispositif de protection série pour une ligne de transmission de données ou d'énergie
WO2021180658A1 (fr) Dispositif d'interrupteur hybride et de commande
EP0977272A1 (fr) Générateur de courant constant

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20190716

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: TOURNIER, DOMINIQUE

Inventor name: BERTHOU, MAXIME

Inventor name: PICUN, GONZALO

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20211028

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20220308