FR2516317A1 - 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
MOTEUR ELECTRIQUE, ENSEMBLE CONSTITUE PAR UN TEL DISPOSITIF
ET SON MOTEUR ASSOCIE ET UTILISATION DANS UN VEHICULE AUTO
MOBILE.PROTECTION DEVICE FOR THE CONTROL TRANSISTOR OF A
ELECTRIC MOTOR, ASSEMBLY CONSISTING OF SUCH A DEVICE
AND ITS ASSOCIATED ENGINE AND USE IN A MOTOR VEHICLE
MOBILE.
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 des 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 réglée 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 contre-électromotrice. We know that to vary the speed of rotation of a small power DC electric motor, we can use a power transistor arranged in series with the motor, the base voltage of this transistor being adjusted by the user to using 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 flowing 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 engine is running, E representing the counter-electromotive force.
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 associée 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 jonctions de transistor entraine alors sa destruction d'où la mise en panne du système auquel est associé le moteur.However, it frequently happens that the motor remains blocked, for example when starting under a low voltage (for example 2 to 3 volts) corresponding to a position of the adjustment potentiometer associated with a low speed of rotation. In this case, the current flowing through 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 junctions then causes its destruction, hence the breakdown of the system with which the motor is associated.
I1 peut également arriver que, par suite de la présence de surtensions, le courant adressé au moteur et traversant le transistor devient trop important et entraîne la destruction du transistor. It can also happen that, as a result of the presence of overvoltages, the current sent to the motor and passing through the transistor becomes too large and leads to the destruction of the transistor.
La présente invention a pour but de proposer un dispositif susceptible de protéger le transistor de puissance d'un tel moteur afin d'éviter qu'il ne soit traversé par un courant trop important. On peut ainsi éviter de surdimensionner le transistor de puissance et en réduire le coat tout en assurant une protection pratiquement totale de ce dernier. The object of the present invention is to propose a device capable of protecting the power transistor of such a motor in order to prevent it from being crossed by an excessive current. It is thus possible to avoid oversizing the power transistor and to reduce its coat while ensuring practically total protection of the latter.
Selon l'invention, on définit un potentiel minimal
Vmin tel que, quelle que soit la position de réglage de la tension aux bornes du moteur, par exemple au moyen du potentiomètre, cette tension Vmin soit au moins toujours disponible aux bornes du moteur. Simultanément, on définit une tension maximale Vmax telle que même en cas de surtention, la tension disponible aux bornes du moteur ne soit jamais supérieure à Vmax.According to the invention, a minimum potential is defined
Vmin such that, whatever the position for adjusting the voltage at the terminals of the motor, for example by means of the potentiometer, this voltage Vmin is at least always available at the terminals of the motor. Simultaneously, a maximum voltage Vmax is defined such that even in the event of overvoltage, the voltage available at the terminals of the motor is never greater than Vmax.
En conséquence, en choisissant convenablement la valeur de Vmin, on est certain qué la tension aux bornes du moteur sera toujours suffisante pour provoquer un démarrage du moteur et, par conséquent, pour éviter le passage d'une intensité permanente trop importante au démarrage dans le transistor de puissance, alors qu'en cas de surtension, la ten- sion disponible aux bornes du moteur se trouvera limitée à
Vmax et l'intensité qui traverse le transistor de puissance se trouvera donc limitée.Consequently, by choosing the value of Vmin appropriately, it is certain that the voltage at the terminals of the motor will always be sufficient to cause a starting of the motor and, consequently, to avoid the passage of a too high permanent current at starting in the power transistor, while in the event of an overvoltage, the voltage available at the motor terminals will be limited to
Vmax and the intensity which crosses the power transistor will therefore be limited.
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 qutil comporte des moyens sensibles à une tension de commande Vc pour faire varier la tension disponible aux bornes du moteur Vm dans le même sens que ladite tension Vc, et maintenir la tension Vm entre deux valeurs préétablies Vmin et Vmax. The present invention therefore has as an object 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. basic set by the user of the motor, characterized in that it includes means sensitive to a control voltage Vc for varying the voltage available at the terminals of the motor Vm in the same direction as said voltage Vc, and maintaining the voltage Vm between two preset values Vmin and Vmax.
De préférence, lesdits moyens sont également sensibles aux variations brusques de tension pour amortir les va riations de tension Vm aux bornes du moteur. Preferably, said means are also sensitive to sudden variations in voltage to dampen the voltage variations Vm at the terminals of the motor.
L'étage différentiel à transistors, ou l'amplificateur, permet, lorsque la tension de commande Vc entraine une variation de la tension correspondante détectée par lui, d'agir, de préférence par une chaine usuelle de pilotage, sur la base du transistor de puissance, provoquant ainsi une réponse dans le même sens de la tension Vm aux bornes du moteur. The differential transistor stage, or the amplifier, allows, when the control voltage Vc causes a variation of the corresponding voltage detected by it, to act, preferably by a usual control chain, on the basis of the transistor. power, thus causing a response in the same direction of the voltage Vm at the terminals of the motor.
De façon avantageuse, lesdits moyens, conçus pour réaliser un asservissement de la tension Vm, disponible aux bornes du moteur, à la tension de commande Vc, comportent des moyens de comparaison de tension tels que par exemple un étage différentiel à transistors ou un amplificateur opérationnel. Advantageously, said means, designed to control the voltage Vm, available at the terminals of the motor, at the control voltage Vc, include voltage comparison means such as for example a differential transistor stage or an operational amplifier .
Le maintien d'une valeur Vm = Vmax en cas de surtension est avantageusement assuré par une diode Zener qui limite la tension disponible pour la commande alors que le maintien de la tension minimale Vm " Vmin est déterminé par un. Maintaining a value Vm = Vmax in the event of an overvoltage is advantageously ensured by a Zener diode which limits the voltage available for control while maintaining the minimum voltage Vm "Vmin is determined by one.
montage maintenant une tension minimale sur la base du transistor de puissance.mounting now a minimum voltage on the base of the power transistor.
Conformément à l'invention, les moyens sensibles à la variation de la tension aux bornes du moteur comportent au moins un circuit capacitif ou un filtre permettant l'amortissement des variations de tension et supprimant donc les variations brutales. According to the invention, the means sensitive to the variation of the voltage at the terminals of the motor comprise at least one capacitive circuit or a filter allowing the damping of the voltage variations and therefore eliminating the sudden variations.
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 d'un ventilateur par exemple d'un ventilateur de climatiseur de véhicule automobile. The invention also relates to the use of an assembly as defined above for driving a fan, for example a motor vehicle air conditioner fan.
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, we will now describe, by way of purely illustrative and non-limiting example, an embodiment shown in the accompanying drawing.
Sur ce dessin
- la figure 1 représente schématiquement un dispositif de protection selon l'invention utilisant un étage différentiel à transistors
- la figure 2 représente schématiquement, un dispositif de protection selon l'invention utilisant un amplificateur opérationnel.On this drawing
- Figure 1 schematically shows a protection device according to the invention using a differential transistor stage
- Figure 2 shows schematically, a protection device according to the invention using an operational amplifier.
En se référant à la figure l, on voit que le moteur 1, du type à courant continu, est monté en série entre la masse et la batterie 2, par exemple d'un véhicule automobile, délivrant une tension Vbat, en série avec un interrupteur 3 par exemple actionné par une clé de contact de véhicule et un circuit de transistor Darlington 4 comprenant un montage classique avec le transistor de puissance T2, le transistorpilote T et la diode de protection D. Referring to FIG. 1, it can be seen that the motor 1, of the direct current type, is mounted in series between the mass and the battery 2, for example of a motor vehicle, delivering a voltage Vbat, in series with a switch 3 for example actuated by a vehicle ignition key and a Darlington transistor circuit 4 comprising a conventional assembly with the power transistor T2, the driver transistor T and the protection diode D.
Le circuit de commande de la vitesse du moteur comporte le potentiomètre Pc et la résistance Rl, associés à un diviseur composé de deux résistances R, R' identiques. The motor speed control circuit includes the potentiometer Pc and the resistor Rl, associated with a divider made up of two identical resistors R, R '.
Pc ainsi que le diviseur R, R' sont alimentés à partir de la tension de la batterie 2 par l'intermédiaire d'une résistance
R7. La borne commune des résistances R, R' est reliée par une résistance R2 à la sortie du potentiomètre ainsi qu'à une capacité C1 dont le r8le est d'amortir les variations du potentiel appliqué au moteur. La borne commune à la capacité, à R2 et Rl, est reliée à la ligne de potentiel V par une diode Dl, destinée à permettre la décharge rapide de C1, et à la base d'un transistor T3 formant, avec le transistor T4 et le transistor T5, un étage différentiel à transistors désigné dans son ensemble par 5. Les transistors T3, T4 dont les émetteurs sont reliés à la masse par la résistance R6 ont leurs bases reliées l'une à la borne commune précitée, l'autre à la sortie du circuit Darlington 4 par l'intermédiaire d'une résistance R3. Le transistor T3 est relié à la base de T5 dont le collecteur est relié à une ligne de tension V, c'est-à-dire à la sortie de la résistance R7. Le transistor
Te est également relié à cette ligne de tension. L'émetteur de T5 est a dressé, par l'intermédiaire de la résistance R8 à la base d'un transistor Tl, Par ailleurs, une diode de
Zener de régulation Dz est reliée à la ligne de tension à la sortie de R7.Pc as well as the divider R, R 'are supplied from the voltage of the battery 2 via a resistor
R7. The common terminal of the resistors R, R 'is connected by a resistor R2 to the output of the potentiometer as well as to a capacitor C1 whose role is to dampen the variations of the potential applied to the motor. The common terminal to the capacitance, at R2 and Rl, is connected to the potential line V by a diode Dl, intended to allow the rapid discharge of C1, and at the base of a transistor T3 forming, with the transistor T4 and the transistor T5, a differential stage with transistors designated as a whole by 5. The transistors T3, T4 whose emitters are connected to ground by the resistor R6 have their bases connected one to the aforementioned common terminal, the other to the output of the Darlington 4 circuit via a resistor R3. The transistor T3 is connected to the base of T5 whose collector is connected to a voltage line V, that is to say to the output of the resistor R7. The transistor
Te is also connected to this line of tension. The transmitter of T5 is erected, via the resistor R8 at the base of a transistor Tl, Furthermore, a diode of
Regulation zener Dz is connected to the voltage line at the output of R7.
Le transistor T5 pilote donc le transistor T1 dont le collecteur est relié par l'intermédiaire de la résistance Rg à la base de T avec, en dérivation, une diode D2 servant à la préservation contre les inversions de tension. Enfin, une résistance R4 est disposée entre la masse et la résistance R3
Le fonctionnement est le suivant
L'étage différentiel à transistors 5 est sensible d'une part, à la tension de réglage Vc déterminée par le po tentiomètre Pc, d'autre part, à la tension Vm d'alimentation du moteur 1 grâce au choix judicieux des valeurs des résistances R3 et R4. Il pilote, en réponse à ces informations, la chaîne de transistors T1 et T et, par conséquent, le circuit
Darlington qui détermine l'intensité qui est autorisée à alimenter le moteur 1.L'asservissement réalisé est tel que les tensions V+, V- adressées respectivement aux bases des transistors T3 et T4 de l'étage 5 sont identiques. Dès que la tension V+ sur la base de T3 dépasse V- sur la base de T4, les transistors T1 et T2 se mettent à conduire davantage, de sorte que la tension aux bornes du moteur Vm croit faisant croître V- jusqu'à ce que V+ V-. En choisissant Pc, R et R' faibles devant R1 et R2, les tensions V et Vc à la sortie du potentiomètre Pc peuvent être considérXes comme des sources de tensions parfaites.En choisissant alors convenablement les valeurs Vmin et Vmax du potentiel Vm voulues lorsque
Vc - O et lorsque Vc t +V, c'est-à-dire les deux positions extrêmes du potentiomètre, et compte-tenu du fait que la diode Dz limite la valeur maximale de V et donc de Vc, on déter mine les valeurs des résistances R1, h , R3 et R4 pour que si Vc - O, on ait Vm égal à la valeur minimum Vmin, et quand
Vc - + V on ait Vm égal à la valeur maximale de Vmax.The transistor T5 therefore drives the transistor T1, the collector of which is connected via the resistor Rg to the base of T with, as a bypass, a diode D2 serving to protect against voltage inversions. Finally, a resistor R4 is placed between the ground and the resistor R3
The operation is as follows
The differential transistor stage 5 is sensitive on the one hand, to the adjustment voltage Vc determined by the potentiometer Pc, on the other hand, to the supply voltage Vm of the motor 1 thanks to the judicious choice of the values of the resistors R3 and R4. It controls, in response to this information, the chain of transistors T1 and T and, consequently, the circuit
Darlington which determines the intensity which is authorized to supply the motor 1. The control produced is such that the voltages V +, V- addressed respectively to the bases of the transistors T3 and T4 of stage 5 are identical. As soon as the voltage V + on the basis of T3 exceeds V- on the basis of T4, the transistors T1 and T2 start to conduct more, so that the voltage across the terminals of the motor Vm increases causing V- to increase until V + V-. By choosing Pc, R and R 'weak in front of R1 and R2, the voltages V and Vc at the output of the potentiometer Pc can be considered as sources of perfect voltages. By then choosing appropriately the values Vmin and Vmax of the potential Vm desired when
Vc - O and when Vc t + V, i.e. the two extreme positions of the potentiometer, and taking into account that the diode Dz limits the maximum value of V and therefore of Vc, we determine the values resistors R1, h, R3 and R4 so that if Vc - O, we have Vm equal to the minimum value Vmin, and when
Vc - + V we have Vm equal to the maximum value of Vmax.
Le choix de la valeur de la capacité Cl est tel que les variations rapides du potentiel Vm se trouvent absorbées,
D1 permettant la décharge rapide de la capacité. Une capacité
C2 permet d'assurer une stabilisation en fréquence et la diode Dz assure la régulation de la tension V et la protection de stage 5 contre les sur tensions positives, négatives et les inversions de batterie.The choice of the value of the capacitance Cl is such that the rapid variations of the potential Vm are absorbed,
D1 allowing rapid discharge of the capacity. A capacity
C2 ensures frequency stabilization and the diode Dz regulates the voltage V and the stage 5 protection against positive, negative voltages and battery inversions.
En se référant à la figure 2, on voit un montage dans lequel l'étage 5 est remplacé par un amplificateur A dont les entrées reçoivent respectivement les potentiels V+ et V- en provenance, d'une part, du potentiomètre et, d'autre part, du moteur. Le fonctionnement de l'amplificateur opérationnel A est similaire à celui de l'étage 5 et le système fonctionne donc de la même façon. Referring to FIG. 2, we can see an arrangement in which stage 5 is replaced by an amplifier A whose inputs receive the potentials V + and V- respectively from, on the one hand, the potentiometer and, on the other hand part, of the engine. The operation of the operational amplifier A is similar to that of stage 5 and the system therefore works in the same way.
On comprend donc qu'il soit ainsi possible d'assurer la protection du montage Darlington 4, la tension Vm aux bornes du moteur 1 étant toujours supérieure à Vmin qui est établie à une valeur suffisante pour assurer le démarrage du moteur dans toutes les conditions normalement prévisibles tandis que la tension de Vm est toujours inférieure à la valeur maximale Vmax > assurant la protection contre les surtensions possibles les oscillations trop brutales étant amorties par le sy8tème capacitif. It is therefore understood that it is thus possible to ensure the protection of the Darlington assembly 4, the voltage Vm at the terminals of the motor 1 being always greater than Vmin which is established at a value sufficient to ensure the starting of the motor under all conditions normally predictable while the voltage of Vm is always lower than the maximum value Vmax> ensuring protection against possible overvoltages too sudden oscillations being damped by the capacitive system.
Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et quton peut lui apporter diverses modifications sans pour cela s'éloigner ni de son cadre, ni de son esprit. Although the invention has been described with reference to a particular embodiment, it is understood that it is in no way limited thereto and that it can make various modifications to it without departing from its scope or of his mind.
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- 1982-11-08 ES ES517192A patent/ES517192A0/en active Granted
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |