FR2515890A1 - PROTECTION DEVICE FOR THE CONTROL TRANSISTOR OF AN ELECTRIC MOTOR, ASSEMBLY CONSISTING OF SUCH A DEVICE AND ITS ASSOCIATED MOTOR AND USE IN A MOTOR VEHICLE - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE PROTECTION DU TRANSISTOR DE COMMANDE D'UN MO
TEUR ELECTRIQUE, ENSEMBLE CONSTITUE PAR UN TEL DISPOSITIF ET
SON MOTEUR ASSOCIE ET UTILISATION DANS UN VEHICULE AUTOMOBILE.PROTECTION DEVICE OF THE MO CONTROL CONTROL TRANSISTOR
ELECTRIC KILLER, ASSEMBLY CONSISTING OF SUCH A DEVICE AND
ITS ASSOCIATED ENGINE AND USE IN A MOTOR VEHICLE.
La présente invention a trait à un dispositif de protection du transistor de puissance, qui est couramment utilisé pour faire varier la tension d'alimentation d'un moteur électrique de petite puissance. Ce dispositif est tout particulièrement utilisable pour les moto-ventilateurs tels que les moto-ventilateurs de climatisation de véhicules automobiles, par exemple. The present invention relates to a device for protecting the power transistor, which is commonly used to vary the supply voltage of a small power electric motor. This device is very particularly usable for motor-driven fans such as motor-driven air-conditioning fans of motor vehicles, for example.
On sait que, pour faire varier la vitesse de rotation d'un moteur électrique de petite puissance à courant continu, on peut utiliser un transistor de puissance disposé en série avec le moteur, la tension de base de ce transistor étant ré glee par l'utilisateur au moyen d'un potentiomètre. Dans un tel cas, on a constaté que si le moteur électrique restait bloqué au moment où l'on établit son alimentation, le transistor de puissance était fréquemment détérioré.En effet, lorsque le moteur est bloqué, par exemple par suite d'un givrage, le courant, qui le traverse quand on établit l'alimentation, est beaucoup plus élevé qu'en fonctionnement normal, car ce courant est égal à V/R, où V désigne la tension aux bornes et
R la résistance du bobinage, alors qu'il est égal à (V-E)/R lorsque le moteur tourne, E représentant la force contreélectromotrice. Or, il arrive fréquemment que le moteur reste bloqué, par exemple lorsque l'on effectue le démarrage sous une faible tension (par exemple 2 à 3 volts) correspondant à une position du potentiomètre de réglage associé à une faible vitesse de rotation.Dans ce cas, le courant, qui traverse le transistor de puissance, est important ; le transistor s'échauffe par effet Joule et n'arrive pas à dissiper la puissance calorifique ; l'élévation exagérée de la température des onctions de transistor entraine alors sa destruction d'où la mise en panne du système auquel est associé le moteur.It is known that, to vary the speed of rotation of a small direct current electric motor, it is possible to use a power transistor arranged in series with the motor, the base voltage of this transistor being regulated by the user by means of a potentiometer. In such a case, it has been found that if the electric motor remains blocked at the time when it establishes its power supply, the power transistor was frequently damaged. Indeed, when the motor is blocked, for example as a result of icing , the current, which flows through it when the power supply is established, is much higher than in normal operation, because this current is equal to V / R, where V designates the voltage across the terminals and
R the winding resistance, while it is equal to (VE) / R when the motor is running, E representing the counterelectromotive force. However, it often happens that the motor remains blocked, for example when starting at a low voltage (for example 2 to 3 volts) corresponding to a position of the adjustment potentiometer associated with a low speed of rotation. case, the current, which crosses the power transistor, is important; the transistor heats up by Joule effect and does not manage to dissipate the calorific power; the exaggerated rise in the temperature of the transistor unctions then causes its destruction, hence the breakdown of the system with which the motor is associated.
La présente invention a pour but de proposer un dispositif susceptible de protéger le transistor en détectant le blocage du moteur quelle que satt la tension aux bornes de celui ci. Selon l'invention, on définit un seuil de courant compris entre le courant de fonctionnement normal du moteur et celui qui traverse le moteur, lorsque le rotor est bloqué, et on compare le courant, qui traverse le moteur, au seuil susmentionné. Si le coursant traversant le moteur est inférieur audit seuil, il est clair que le rotor du moteur n'est pas bloqué et, par conséquent, le courant d'alimentation peut traverser sans inconvénient le transistor de puissance.Par contre, si le courant, qui traverse le moteur, est supérieur au seuil prédéfini, on met en court-circuit le transistor, de sorte que lton assure l'alimentation du moteur à la tension maximum fournie par la batterie du véhicule. Dans un tel cas, le couple exerçé sur le moteur est normalement suffisant pour assurer son déblocage, de sorte que le courant, qui traverse le moteur, redevient inférieur au seuil pré dé fini, ce qui supprime la mise en court-circuit du transistor de puissance. The object of the present invention is to propose a device capable of protecting the transistor by detecting the blocking of the motor whatever the voltage across the terminals thereof. According to the invention, a current threshold is defined between the normal operating current of the motor and that which passes through the motor, when the rotor is blocked, and the current, which passes through the motor, is compared with the above-mentioned threshold. If the current flowing through the motor is less than said threshold, it is clear that the rotor of the motor is not blocked and, consequently, the supply current can pass without inconvenience the power transistor. On the other hand, if the current, which passes through the motor, is greater than the predefined threshold, the transistor is short-circuited, so that the power is supplied to the motor at the maximum voltage supplied by the vehicle battery. In such a case, the torque exerted on the motor is normally sufficient to ensure its release, so that the current, which flows through the motor, becomes again below the preset threshold, which eliminates the short-circuiting of the transistor. power.
S'il advenait que le moteur reste bloqué malgré son alimenta- tion à pleine tension, la protection de l'ensemble serait néanmoins assurée au moyen d'un fusible disposé en série avec le moteur.If the motor remains blocked despite being supplied at full voltage, the protection of the assembly would nevertheless be ensured by means of a fuse placed in series with the motor.
La présente invention a,en conséquence, pour objet un dispositif de protection d'un transistor de puissance utilisé pour constituer le variateur de vitesse d'un moteur électrique, ledit transistor étant disposé en série sur l'alimentation du moteur et ayant sa tension de base réglée par l'utilisateur du moteur, caractérisé par le fait qu'un comparateur compare le courant I traversant le moteur à un seuil de courant 10 et que ledit comparateur commande la mise en courtcircuit du transistor, quand I est supérieur à TO. The present invention therefore relates to a device for protecting a power transistor used to constitute the variable speed drive of an electric motor, said transistor being arranged in series on the power supply of the motor and having its voltage base set by the motor user, characterized by the fact that a comparator compares the current I passing through the motor to a current threshold 10 and that said comparator controls the short-circuiting of the transistor, when I is greater than TO.
Dans un mode préféré de réalisation, le comparateur a ses bornes d'entrée alimentées par les tensions aux bornes de deux résistances fixes traversées respectivement par I et 1o le comparateur commande un relais qui, en court-circuitant le transistor, assure l'alimentation directe du moteur à sa tension maximum ; la borne positive du moteur est reliée par le transistor de puissance à la borne positive d'une batterie, qui fournit l'énergie au moteur, alors que sa borne négative est reliée à la masse (borne négative de la batterie) par une résistance-shunt et à la borne négative du comparateur, la borne positive dudit comparateur étant alimentée par le point central d'un pont diviseur branché entre la masse et le tran sistor de puissance, en parallèle par rapport au moteur et à sa résistance-shunt ; le relais assure par sa fermeture une liaison directe entre la borne positive de la batterie et la sortie du transistor de puissance ; le comparateur est réalisé au moyen d'un étage comportant une paire de transistors reliés par leur base et recevant sur leurs émetteurs les tensions à comparer et d'un deuxième étage comportant une paire de transistors reliés par leurs émetteurs, dont les bases sont connectées aux collecteurs des transistors du premier étage, ce deuxième étage commandant la base d'un transistor de sortie disposé en série sur 19alimentation du relais; la voie d'alimentation directe du moteur à sa tenson maxmum est équipée d'un fusible. In a preferred embodiment, the comparator has its input terminals supplied by the voltages at the terminals of two fixed resistors crossed respectively by I and 1o the comparator controls a relay which, by short-circuiting the transistor, ensures the direct supply the motor at its maximum voltage; the positive terminal of the motor is connected by the power transistor to the positive terminal of a battery, which supplies energy to the motor, while its negative terminal is connected to ground (negative terminal of the battery) by a resistance- shunt and to the negative terminal of the comparator, the positive terminal of said comparator being supplied by the central point of a divider bridge connected between earth and the power transistor, in parallel with the motor and its shunt resistor; the relay ensures by its closure a direct link between the positive terminal of the battery and the output of the power transistor; the comparator is produced by means of a stage comprising a pair of transistors connected by their base and receiving on their transmitters the voltages to be compared and by a second stage comprising a pair of transistors connected by their transmitters, the bases of which are connected to collectors of the transistors of the first stage, this second stage controlling the base of an output transistor arranged in series on the supply of the relay; the direct supply path from the motor to its maxmum voltage is fitted with a fuse.
I1 est bien clair, compte-tenu des indicatinns ci-dessus don nées, qu que est fonction de la tension d'alimentation du moteur et qu'ainsi la protection est réaBide quelle que soit cette tension. It is quite clear, taking into account the above indications, that the function of the supply voltage of the motor is that and thus the protection is reactive regardless of this voltage.
La présente invention a également pour objet un ensemble constitué par un moteur électrique à courant continu et à vitesse variable et par son circuit d'alimentation associé, ledit circuit comportant un transistor de puissance, caractérisé par le fait que ledit transistor comporte un dispositif de protection tel que ci-dessus défini. The present invention also relates to an assembly constituted by an electric motor with direct current and variable speed and by its associated supply circuit, said circuit comprising a power transistor, characterized in that said transistor comprises a protection device as defined above.
L'invention concerne également l'utilisation d'un ensemble tel que ci-dessus défini pour l'entraînement du ventilateur d'un climatiseur de véhicule automobile. The invention also relates to the use of an assembly as defined above for driving the fan of an air conditioner of a motor vehicle.
Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé. To better understand the object of the invention, there will now be described by way of purely illustrative and nonlimiting example, an embodiment shown in the accompanying drawing.
Sur ce dessin
- la figure 1 représente schématiquement un dispositif de protection selon l'invention
- la figure 2 représente une réalisation du schéma de principe de la figure 1.On this drawing
- Figure 1 schematically shows a protection device according to the invention
- Figure 2 shows an embodiment of the block diagram of Figure 1.
En se référant à la figure 1, on voit que l'on a désigné par 1 un moteur électrique à courant continu, que l'on peut entraîner à vitesse variable au moyen d'un tran sistor de puissance 2, dont la tension de base est réglée par un potentiomètre 3 manoeuvré par l'utilisateur. Une résistance de polarisation-4 de la base a été disposée entre celle-ci et la masse. Le collecteur du transistor 2 est relié à la polarité positive de la batterie ; son émetteur est relié à la borne d'alimentation positive du moteur 1. La borne négative du moteur 1 (point B) est reliée à la masse au moyen d'une résistance-shunt 5. L'émetteur du transistor 2 est également relié à la masse par un pont diviseur comportant deux résistances en série 6 et 7 disposées de part et d'autre d'un point central A.Les points A et B susmentionnés sont reliés respectivement aux entrées positive et négative d'un comparateur 8, dont la sortie commande l'alimentation de la bobine 9 d'un relais ; le contact 10 du relais est susceptible d'établir une liaison directe entre la polarité positive de la batterie et la borne d'alimentation positive du moteur 1. La ligne d'alimentation, qui conduit à la polarité positive de la batterie, est équipée d'un fusible 11. Referring to FIG. 1, it can be seen that a direct current electric motor has been designated by 1, which can be driven at variable speed by means of a power transistor 2, the basic voltage of which is adjusted by a potentiometer 3 operated by the user. A polarization resistor-4 of the base has been placed between it and the ground. The collector of transistor 2 is connected to the positive polarity of the battery; its emitter is connected to the positive supply terminal of motor 1. The negative terminal of motor 1 (point B) is connected to ground by means of a shunt resistor 5. The emitter of transistor 2 is also connected to the earth by a divider bridge comprising two resistors in series 6 and 7 arranged on either side of a central point A. The points A and B mentioned above are connected respectively to the positive and negative inputs of a comparator 8, the output controls the supply of the coil 9 of a relay; contact 10 of the relay is capable of establishing a direct link between the positive polarity of the battery and the positive supply terminal of the motor 1. The supply line, which leads to the positive polarity of the battery, is equipped with '' a fuse 11.
On établit l'alimentation de l'ensemble au moyen d'un interrupteur 12. Le contact 10 du relais est initialement en position ouverte. Si au moment de la mise soustension, le moteur 1 n'est pas bloqué, le courant qui traverse le moteur 1 reste limité et, par conséquent, le potentiel au point B reste, en raison du choix des valeurs des résistances 6 et 7, inférieur au potentiel au point A. Il en résulte que le comparateur 8 n'alimente pas le bobinage 9 du relais de sorte que le contact 10 reste ouvert. L'utilisateur en agissant sur le potentiomètre 3 fait varier l'alimentation du moteur 1 et, par conséquent, sa vitesse de rotation. The power supply for the assembly is established by means of a switch 12. The contact 10 of the relay is initially in the open position. If at the time of power-up, the motor 1 is not blocked, the current flowing through the motor 1 remains limited and, consequently, the potential at point B remains, due to the choice of the values of the resistors 6 and 7, lower than the potential at point A. As a result, the comparator 8 does not supply the winding 9 of the relay so that the contact 10 remains open. The user, by acting on the potentiometer 3, varies the power supply to the motor 1 and, consequently, its speed of rotation.
Au contraire; si au moment de la fermeture de l'interrupteur 12, le rotor du moteur 1 est bloqué, le courant, qui traverse le moteur, est très important puisqu'il n'y a pas de force contre-électromotrice et le potentiel au point B est, dès lors, supérieur au potentiel au point A. Le comparateur 8 commande l'alimentation du bobinage 9, qui assure la fermeture du contact 10. Le moteur 1 se trouve donc alimenté directement par la batterie, par l'intermédiaire du contact 10, le transistor 2 se trouvant court-circuité. On the contrary; if at the time of the closing of the switch 12, the rotor of the motor 1 is blocked, the current, which crosses the motor, is very important since there is no counter-electromotive force and the potential at point B is, therefore, greater than the potential at point A. The comparator 8 controls the supply of the winding 9, which ensures the closing of the contact 10. The motor 1 is therefore supplied directly by the battery, via the contact 10 , the transistor 2 being short-circuited.
Cette alimentation du moteur 1 à sa tension maximum est g6- néralement suffisante pour assurer le déblocage du rotor dans le cas contraire, l'importance du courant, qui traverse le moteur, est suffisante pour faire fondre assez rapidement le fusible 11, ce qui met l'installation hors-circuit avant qu'elle ait pu être détériorée. Si le rotor du moteur 1 se débloque, la force contre-électromotrice apparait et le courant, qui traverse le moteur, est, en conséquence, réduit.This supply of the motor 1 at its maximum voltage is generally sufficient to ensure the unlocking of the rotor in the contrary case, the importance of the current, which flows through the motor, is sufficient to melt the fuse 11 fairly quickly, which puts the installation off before it could have been damaged. If the rotor of motor 1 is released, the electromotive force appears and the current flowing through the motor is consequently reduced.
Le potentiel au point B redevient inférieur au potentiel au point A, de sorte que le comparateur 8 coupe l'alimentation du bobinage 9, ce qui entraine l'ouverture du contact 10.The potential at point B again becomes lower than the potential at point A, so that the comparator 8 cuts the supply to the winding 9, which causes the contact 10 to open.
Le transistor 2 est alors remis en circuit et l'utilisateur peut en agissant sur le potentiomètre 3 régler, comme il le désire, la vitesse de rotation du moteur 1.The transistor 2 is then switched back on and the user can, by acting on the potentiometer 3, adjust, as desired, the speed of rotation of the motor 1.
Sur la figure 2, on a représenté une réalisation pratique possible du circuit, dont le schéma est donné sur la figure 1. On retrouve, en conséquence, sur la figure 2 les composants 1 à 10, qui ont été décrits pour la figure 1, à cette différence près que le comparateur 8 est ici défini en détail par ses différents constituants dont les référen- ces commencent par le chiffre 8. Les points A et-B du schéma de la ftoe e 1 sont également positionnés sur la figure 2. In FIG. 2, a possible practical embodiment of the circuit has been shown, the diagram of which is given in FIG. 1. We therefore find, in FIG. 2, the components 1 to 10, which have been described for FIG. 1, except that the comparator 8 is here defined in detail by its various constituents, the references of which begin with the number 8. The points A and-B of the diagram of the ftoe e 1 are also positioned in FIG. 2.
Le comparateur 8 est constitué d'un premier étage comportant une paire de transistors 81a et 81b reliés par leur base. Si la tension en B est supérieure à la tension en A, le transistor 81b est bloqué et le transistor 81a conduit ; si la tension en B est inférieure à la tension en A, le transistor 81b est saturé et le transistor 81a est bloqué. Ce premier étage, qui peut travailler avec des tensions faibles, vient commander un deuxième étage comportant deux transistors 82a et 82b reliés par leurs émetteurs, ce deuxième étage donnant le gain nécessaire pour piloter le transistor de sortie 83. Les bases des transistors 81a et 81b sont polarisées par la résistance 13 et filtrées par le condensateur 14, pour éviter les parasites lors de la fermeture du contact 10 du relais.Pour des raisons de symétrie du comparateur, u..e résistance 15 a été ajoutée sur l'émetteur du transistor 81b, ladite résistance donnant une chute de tension compensant celle donnée par la résistance 7 du pont diviseur 6-7. La paire de transistors 82a, 82b constituant l'amplificateur différentiel est polarisée par une résistance 16 pour les émetteurs, et par des résistances 17, 18, 19 pour les collecteurs. Le polnt de jonction des résistances 18 et 19 commande la base du transistor de sortie 83, qui contrôle le courant dans le bobinage 9 du relais
Une diode 20 protège le transistor 83 lors des inversions de polarité.The comparator 8 consists of a first stage comprising a pair of transistors 81a and 81b connected by their base. If the voltage at B is greater than the voltage at A, the transistor 81b is blocked and the transistor 81a conducts; if the voltage at B is lower than the voltage at A, the transistor 81b is saturated and the transistor 81a is blocked. This first stage, which can work with low voltages, comes to control a second stage comprising two transistors 82a and 82b connected by their emitters, this second stage giving the gain necessary to drive the output transistor 83. The bases of the transistors 81a and 81b are polarized by the resistor 13 and filtered by the capacitor 14, to avoid interference when the contact 10 of the relay closes. For reasons of symmetry of the comparator, a resistor 15 has been added to the emitter of the transistor 81b, said resistor giving a voltage drop compensating for that given by resistor 7 of the divider bridge 6-7. The pair of transistors 82a, 82b constituting the differential amplifier is biased by a resistor 16 for the transmitters, and by resistors 17, 18, 19 for the collectors. The junction point of the resistors 18 and 19 controls the base of the output transistor 83, which controls the current in the winding 9 of the relay
A diode 20 protects the transistor 83 during reverse polarity.
Il convient de remarquer que les tensions de base des transistors 81a et 81b doivent être aussi identiques que possible ; on peut avantageusement réaliser les deux transistors sur une même pastille de silicium : on utilise, par exemple, un circuit intégré, qui peut en même temps constituer les transistors 82a et 82b. It should be noted that the base voltages of the transistors 81a and 81b must be as identical as possible; the two transistors can advantageously be produced on the same silicon wafer: an integrated circuit is used, for example, which can at the same time constitute the transistors 82a and 82b.
Dans le circuit, qui est défini par la figure 2, on a mis en place en amont du potentiomètre 3, une paire de transistors 21, 22, qui assurent la protection contre les surtensions positive. Si la tension d'alimentation est accidentellement trop élevée, le transistor 22 se sature et bloque le transistor 21, de sorte que le transistor de puissance 2 est bloqué, ce qui conduit à l'arrêt du moteur 1. In the circuit, which is defined by FIG. 2, a pair of transistors 21, 22 have been installed upstream of the potentiometer 3, which provide protection against positive overvoltages. If the supply voltage is accidentally too high, the transistor 22 saturates and blocks the transistor 21, so that the power transistor 2 is blocked, which leads to the stopping of the motor 1.
La réalisation représentée à la figure 2 associe, en outre, au potentiomètre 3 un contact de fin de course 23 qui, grace à la résistance 24 interposée entre le contact 23 et le point B, permet d'obtenir la pleine vitesse du moteur 1, quand le potentiomètre 3 est au minimum de sa valeur. The embodiment shown in FIG. 2 also associates with the potentiometer 3 an end of stroke contact 23 which, thanks to the resistor 24 interposed between the contact 23 and the point B, makes it possible to obtain the full speed of the motor 1, when potentiometer 3 is at least its value.
On constate que la réalisation de la figure 2 permet non seulement de protéger le transistor de puissance 2 dans le cas d'un blocage du moteur, mais également de le protéger du courant de démarrage du moteur, d'une inversion accidentelle de polarité d'alimentation et d'une surtension anormale de l'alimentation. It can be seen that the embodiment of FIG. 2 not only makes it possible to protect the power transistor 2 in the event of a blockage of the motor, but also to protect it from the starting current of the motor, from an accidental reversal of polarity of power supply and abnormal power surge.
Il est bien entendu que le mode de réalisation cidessus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. It is understood that the embodiment described above is in no way limiting and may give rise to any desirable modifications, without going beyond the ambit of the invention.
Claims (10)
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| FR2515890B1 FR2515890B1 (en) | 1985-04-19 |
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Family Applications (1)
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Also Published As
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|---|---|
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| ES8401687A1 (en) | 1983-12-01 |
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