FR2584245A1 - Appareil et procede pour la protection contre les transitoires de tension et, ou bien, d'intensite - Google Patents

Abstract

CE CIRCUIT 50 EST DESTINE A PROTEGER UN DISPOSITIF ELECTRIQUE 40, NOTAMMENT PLACE A DISTANCE. UNE DIODE ZENER D EST CONNECTEE EN PARALLELE AVEC LE DISPOSITIF 40, EN CREANT UNE TENSION CONSTANTE AUX BORNES DU DISPOSITIF A PROTEGER 40 POUR UN INTERVALLE D'INTENSITES. UN PIC D'INTENSITE OU DE TENSION FAIT CROITRE LA TENSION AUX BORNES D'UNE RESISTANCE R INTERCALEE ENTRE LES BORNES D'ENTREE ET DE SORTIE 20, 10; 30, 60 DU CIRCUIT DE PROTECTION 50. UNE AUGMENTATION DE LA TENSION AUX BORNES DE LA RESISTANCE R ENTRAINE UNE PLUS GRANDE CONDUCTION D'UN TRANSISTOR T CONNECTE ENTRE LES BORNES D'ENTREE 20, 10 ET UNE PLUS GRANDE CONDUCTION DANS UN TRANSISTOR T CONNECTE A LA DIODE ZENER D.

Description

Cette invention se rapporte d'une façon générale à la protection des

dispositifs électroniques contre Les conditions électriques transitoires et, plus particulièrement, à un appareil et à un procédé de protection d'appareils de télécommunications qui peuvent être situés, par exemple, dans des lieux éloignés. Le fait que ces appareils soient situés dans des lieux éloignés limite la somme des opérations d'entretien imprévues qui peuvent être réalisées

par l'opérateur.

Les dispositifs électroniques subissent fréquemment des pics transitoires de tension ou d'intensité qui peuvent être à l'origine de détériorations des éléments des circuits. Les dispositifs pour télécommunications sont particulièrement sujets à subir des conditions de surcharge en raison de la grande quantité d'appareils qui sont exposés aux conditions de l'environnement et qui peuvent en outre être endommagés par suite d'un fonctionnement sans contrôles, qui peut être imposé par l'installation de tels dispositifs ou appareils dans des régions isolées. Dans le passé, on a déjà utilisé des dispositifs à décharge dans un gaz pour protéger les dispositifs

électroniques. Les dispositifs à décharge dans un gaz sont caracté-

risés par une tension de rupture qui dépend du temps de montée des phénomènes transitoires. Ces dispositifs sont sujets à subir des effets de vieillissement et, lorsque ces dispositifs se détériorent, le résultat est un circuit ouvert qui laisse les circuits électroniques

sans protection.

Un autre dispositifs utilisé pour la protection des dispositifs électroniques contre les surcharges transitoires est le dispositif redresseur commandé au silicium (SCR). Toutefois, ces dispositifs ne peuvent être mis au repos que par une interruption du courant, caractéristique qui limite leur utilité dans les positions

éloignées.

Comme dispositifs de protection des circuits, on a déjà utilisé en outre les diodes Zener. Ces dispositifs opèrent de manière à bloquer les transitoires d'intensité de courant plut6t qu'à les supprimer. Cette technique de protection contre les

surcharges peut donner lieu à une dissipation d'énergie inacceptable.

Plus récemment, on a utilisé de délicats suppresseurs de transitoires à l'état solide pour éliminer de nombreux inconvénients des dispositifs décrits ci-dessus. Toutefois, ces dispositifs suppresseurs de transitoires récemment développés ne traitent pas efficacement les forts transitoires d'intensité lorsqu'ils sont produits par une source à basse impédance dans laquelle on n'atteint

pas la tension de rupture nécessaire.

Un but de la présente invention est donc de réaliser un appareil et un procédé perfectionnés pour la protection des circuits électroniques contre les transitoires d'intensité et de tension. Un autre but de la présente invention est de réaliser un dispositif et un procédé susceptibles de réaliser La protection de dispositifs électriques contre des conditions transitoires de

surcharge dans des positions éloignées.

Un autre but de la présente invention est de réaliser un dispositif et un procédé de protection des circuits, qui puissent être activés aussi bien par des transitoires de haute tension que

par des pics de forte intensité.

Un but plus particulier de la présente invention est de réaliser un dispositif et un procédé de protection des circuits, qui puissent être réalisés à l'aide de composants peu coûteux pour

fournir des seuils réglables de tension et d'intensité.

Un autre but particulier de la présente invention est de réaliser un dispositif et un procédé de protection contre les

surcharges transitoires, dans lesquels le dispositif devienne auto-

matiquement inactif lorsque la condition de surcharge d'intensité

ou de tension n'est plus présente.

Un autre but particulier de la présente invention est de réaliser un dispositif et un procédé de protection contre les surcharges transitoires, qui réalisent un court-circuit électrique en parallèle avec le circuit protégé à la suite de détériorations

des composants.

Un autre but particulier de la présente invention est de réaliser un circuit et un procédé pour la protection contre les conditions de surcharge d'intensité et de tension, qui soient

relativement exempts d'effets de vieillissement.

::: D:::

: 0 D:: Et; : : ::: | ::: ::: :: : ::; :: 0 :::: A

::: D 0

Y: f - 5 D:

7 0, X -

- f DS:: :;:0 : : f : 0, : X , E R. ::: :

S: 0 d'0-

:,:, :. A: : 0

f R D-;u,::.

f:D00: 0X,

: D;:::

7 0 25

: : 0: D0f, -, : V

0:, '':

00;; 30

g T. 0 : d-, :- t D::: 0 De;35 E : ... ::;

:S 0

:: f il X.: RV :. Les buts mentionnés ci-dessus ainsi que d'autres sont obtenus selon la présente invention au moyen d'une diode Zener connectée entre les bornes de sortie du dispositif de protection, d'une résistance intercalée entre les bornes d'entrée et de sortie du dispositif de protection, d'un réseau résistance/transistor intercalé entre la borne d'entrée et la borne commune du dispositif de protection et un deuxième réseau à transistor intercalé entre la borne de sortie et la borne commune du dispositif de protection. La

diode Zener fournit une polarisation pour le premier réseau à tran-

sistor pendant le fonctionnement normal. Pendant les conditions transitoires, l'augmentation de tension aux bornes de la résistance provoque le passage d'une intensité plus forte dans le premier réseau

à transistor et modifie la polarisation du deuxième réseau à tran-

sistor, en provoquant le passage d'une intensité augmentée dans le deuxième réseau à transistor. L'intensité augmentée dans le premier et dans le deuxième réseau à transistor dévie efficacement l'intensité qui, autrement, devrait être stabilisée par la diode Zener. En remplaçant la diode Zener par une autre diode Zener ayant une tension de fonctionnement différente et en remplaçant la résistance, on peut

régler la tension de seuil du circuit de protection.

Selon un aspect, l'invention a pour objet un dispositif de protection d'un circuit électrique contre les transitoires de surcharge de tension et d'intensité. Le dispositif de protection comprend des moyens à tension constante connectés aux bornes du

circuit pour maintenir une tension constante pour une gamme d'inten-

sités qui traversent le circuit. Le circuit de protection comprend en outre des moyens à intensité réglable connectés en parallèle avec les moyens à tension constante. Les moyens à intensité réglable conduisent une intensité qui dépend d'un premier signal. Il est prévu des moyens de signal connectés entre les bornes d'entrée du dispositif pour fournir le premier signal. Le premier signal est rendu dépendant

d'une tension appliquée aux moyens de signal.

Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un procédé de protection d'un circuit électrique contre les conditions transitoires de tension et d'intensité excessives. Le procédé de protection comprend l'application d'une intensité à une impédance

4 -

de charge à travers une résistance et la déviation d'une partie de l'intensité par un dispositif à tension constante et par un dispositif à intensité réglable. L'intensité qui passe à travers le dispositif à intensité réglable est augmentée lorsque l'intensité passant dans la résistance devient supérieure à un niveau préétabli. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, un dispositif pour la protection d'un circuit électronique contre les conditions transitoires de tension et d'intensité excessives comprend

des moyens à tension constante connectés aux bornes du circuit élec-

tronique et des moyens d'intensité connectés en.parallèLe avec les moyens à tension constante pour conduire un courant qui est déterminé

par l'état de surcharge transitoire de tension excessive ou d'inten-

sité excessive.

Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un appareil destiné à protéger des circuits électroniques contre les conditions de surcharge excessive de tension et d'intensité. L'appareil de protection comprend des premiers moyens à transistor connectés entre une borne d'entrée et une borne commune, des deuxièmes moyens à transistor connectés entre une borne de sortie et la borne commune, des moyens à tension constante connectés entre la borne de sortie et les deuxièmes moyens à transistor, et des moyens résistants connectés entre la borne d'entrée et la borne de sortie, les premiers moyens à transistor et les deuxièmes moyens à transistor conduisant une partie de l'intensité à travers l'appareil de protection lorsqu'on

observe une condition de surcharge excessive.

Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un appareil destiné à protéger un dispositif électrique contre les conditions de surcharge de tension et d'intensité, qui comprend un premier transistor connecté entre une borne d'entrée et une borne commune. L'appareil de protection contre les surcharges comprend en outre un deuxième transistor connecté entre une borne de sortie et une borne commune, une base du deuxième transistor étant connectée à un collecteur du premier transistor, une résistance étant connectée entre la borne d'entrée et la borne de sortie et une diode Zener étant connectée entre la borne d'entrée et la base du deuxième

transistor. Le premier transistor et le deuxième transistor accrois-

sent la conduction du courant pendant les conditions de surcharge.

Selon une autre forme de mise en oeuvre de l'invention,

le procédé de protection d'un circuit électrique contre les condi-

tions de surcharge de tension ou d'intensité consiste à faire dévier des valeurs croissantes de l'intensité passant par un dispositif à tension constante à travers un transistor lorsque la tension néces- saire appliquée à un circuit de protection est augmentée au-delà

d'une valeur prédéterminée.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre

d'un exemple de réalisation et en relation avec les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma électrique du circuit selon l'invention, qui est utilisé pour la protection contre les surcharges transitoires d'intensité et de tension; et - la figure 2 est un schéma bloc du circuit de la figure 1, qui est utilisé pour la protection contre les surcharges

transitoires d'intensité et de tension.

Comme on le voit en se reportant à la figure 1, la borne 20 est une borne d'entrée, la borne 30 est une borne de

sortie et la borne 10 est une borne commune, ou de terre, du dispo-

sitif du circuit de protection 50 selon l'invention, circuit qui est

contenu entre les lignes interrompues du cadre tracé sur la figure 1.

Le dispositif électrique ou électronique 40 qu'il s'agit de protéger est connecté entre la borne de sortie 30 et la borne de terre 10 ou 60. L'alimentation prévue pour le dispositif électrique 40 est reçu en provenance de la borne d'entrée 20 et de la borne commune 10. La borne 20 est connectée à une première borne

de la résistance R1 et à une borne d'émetteur du transistor PNP T1.

Une borne de base du transistor T1 est connectée à une première borne de la résistance R2, tandis que la borne de collecteur du

transistor T1 est connectée à une première borne de la résistance R3.

Une deuxième borne de la résistance R3 est connectée à une borne de

base du transistor NPN T2 et elle est connectée à travers la résis-

tance R4 à la borne de terre 10. La borne de sortie 30 est connectée à une deuxième borne de la résistance R1, à une deuxième borne de la résistance R2, à la borne de collecteur du transistor T2 et à la

*....;V;- 2584245

borne cathodique de la diode Zener D. La borne d'anode de la diode Zener D est connectée à La base du transistor T dans La forme de

1 2

réalisation préférée, mais, en variante, elle peut être connectée à la borne 60, comme on l'a indiqué par une ligne interrompue. La borne d'émetteur du transistor T2 et la borne d'anode de la diode Zener D1 R v

sont connectées à la borne commune 10.

Sur la figure 2, on a représenté un schéma bloc du circuit selon l'invention. La borne d'entrée d'alimentation 20 est L..y connectée à un circuit de déviation d'intensité 21 et à un circuit

de polarisation 22. La borne 10 est connectée au circuit de dévia-

tion d'intensité 21, au circuit de polarisation 22 et à la borne 60.

Le circuit de déviation d'intensité et de tension de référence 23 est connecté au circuit de déviation d'intensité 21 dans la forme préférée de réalisation, mais, en variante, il peut être connecté à la borne 10, comme ceci est indiqué par La ligne interrompue. La borne de sortie 30 est connectée au circuit de polarisation 22 et au circuit de déviation d'intensité et de tension de référence 23. Le circuit de polarisation 22 est connecté au circuit de déviation d'intensité 21 et au circuit de déviation d'intensité et de tension de référence 23. Une impédance de charge 40 peut être connectée

entre la borne de sortie 30 et la borne 60.

le circuit de protection 50 est interposé entre une source d'alimen-

À tation et le dispositif électrique 40 à protéger. Dans Les conditions normales de fonctionnement, ou lorsque l'intensité et la tension appliquées à l'impédance de charge 40 sont inférieures aux valeurs de seuil, le dispositif de protection 50 reste dans l'état de haute impédance, ou de déconnexion. Les valeurs de seuil pour l'intensité et la tension sont déterminées par les valeurs des résistances R1 et de la diode D. La résistance R1 fournit une chute de tension pendant un transitoire ou une surcharge d'intensité. Lorsque la

tension aux bornes de la résistance R excède une valeur prédéter-

minée, le dispositif de protection est commuté sur un état d'acti-

vation et travaille de La même façon qu'une impéedance court-circuitée.

L'intensité débitée à l'impédance de charge est donc limitée. Ainsi qu'on l'a déjà décrit précédemment, la tension de seuil est stabilisée

Z584245

par la diode Zener D1. La tension de rupture ou de décharge de la diode Zener D1 est inférieure à La tension de rupture ou de décharge de la jonction collecteur-base des transistors T1 et T2 et inférieure à la tension maximale fournie au dispositif électrique 40. Les valeurs de tension et d'intensité de seuil peuvent être réglées en remplaçant D1 par une autre diode Zener qui possède une tension de décharge différente et, ou bien, en remplaçant la résistance R1 par une résistance d'une valeur différente. Lorsqu'il se manifeste un transitoire à haute tension, c'està-dire un transitoire provoquant une condition de surcharge, la diode D1 est soumise à décharge et envoie l'intensité à la base de T2. T2 est donc commuté en conduction et provoque la conduction de T1. Lorsque le produit des gains d'intensité de T1 et T2 est égal à 1, le dispositif de protection

est en action, c'est-à-dire en conduction active.

Sur la figure 2, on a représenté un schéma bloc de l'appareil ou circuit de protection de la figure 1. Le circuit de polarisation comprend la résistance R1 et le parcours de circuit allant vers la base du transistor T2. Le circuit de déviation d'intensité 21 et le circuit de déviation d'intensité et de tension

de référence 23 réalisent chacun des parcours de courant qui rédui-

sent la valeur de l'intensité débitée pendant une condition transi-

toire. La condition transitoire est atténuée à l'aide de la diode Zener D1 pour les perturbations mineures. Pour de plus grandes conditions de surcharge, le circuit 21 et le circuit 22 réalisent des parcours d'atténuation pour les excès d'intensité. La résistance R1 sert également à fournir un transitoire de tension au dispositif de protection ou lorsqu'une condition de surcharge est le résultat d'une source d'intensité à basse impédance. Le transitoire de

tension fournit des conditions de polarisation pour les transistors.

Diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement

à titre d'exemple sans pour cela sortir du cadre de l'invention.

- 8

R EV E N D I C AT I 0 N S

1. Dispositif pour la protection d'un circuit électrique contre les transitoires de surcharge de tension et d'intensité, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens à tension constante (D1) connectés à travers ledit circuit (40) pour maintenir une tension constante sur un intervalle d'intensités qui lui sont appliquées; des moyens à intensité réglable (T1) connectés en parallèle avec lesdits moyens à tension constante (D1), lesdits moyens à intensité réglable (T1) conduisant une intensité qui dépend d'un premier signal; et des moyens de signal connectés entre les bornes d'entrée (20, 10) dudit dispositif pour fournir ledit premier signal, ledit premier signal étant rendu dépendant d'une tension appliquée

audit moyen de signal.

2. Dispositif de protection contre les surcharges selon

la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de pro-

tection (50) est réalisé de manière que l'un de plusieurs moyens sélectionnés à tension constante (D1) lui soit connecté, chaque moyen à tension constante fournissant une tension différente aux bornes

dudit circuit électrique (40).

3. Dispositif de protection selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens à tension constante comprennent une diode Zener (D1), lesdits moyens à intensité réglable comprenant un transistor (T1) connecté en parallèle avec ledit circuit électrique (40), Ladite diode Zener (D1) étant connectée à une base dudit

transistor (T2).

4. Dispositif de protection selon la revendication 3,

caractérisé en ce qu'il comprend en outre une résistance (R1) connec-

tée entre lesdits moyens à intensité réglable (T1) et lesdits moyens de signal (T2), ladite résistance (R1) fournissant une augmentation de tension auxdits moyens de signal lorsque l'intensité

appliquée audit dispositif (50) est augmentée.

5. Dispositif de protection selon la revendication 4, caractérisé en ce que Lesdits premiers moyens de signal comprennent un transistor NPN (T2) et lesdits moyens à intensité réglable

comprennent un transistor PNP (T1).

6. Procédé de protection d'un circuit électrique contre une condition de surcharge excessive transitoire de tension et d'intensité, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à: faire passer une intensité à travers une résistance (R1), un dispositif à tension constante (D1), un dispositif à intensité réglable (T1) et ledit circuit électrique (40); et augmenter l'intensité par l'intermédiaire dudit dispositif à intensité réglable (T1) lorsque ladite intensité de

la résistance (R1) s'élève au-dessus d'un niveau préétabli.

7. Procédé de protection d'un circuit électrique contre des conditions de surcharge excessive transitoire de tension et d'intensité selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'opération consistant à remplacer ledit dispositif

à tension constante (D1) par un dispositif à tension constante pos-

sédant des caractéristiques différentes pour fournir une tension

constante prédéterminée aux bornes dudit circuit.

8. Dispositif pour la protection d'un circuit électrique contre des conditions de surcharge excessive transitoire de tension et d'intensité, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens à tension constante (D1) connectés aux bornes dudit circuit électrique; et des moyens d'intensité (T1, T2, R1) connectés en parallèle avec lesdits moyens à tension constante (D1) pour conduire une intensité déterminée par lesdites conditions de surcharge

excessive transitoire de tension ou d'intensité.

9. Dispositif pour la protection de circuits électro-

niques selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'intensité comprennent un premier moyen à transistor (T1), un deuxième moyen à transistor (T2) et une résistance (R1), ledit premier moyen à transistor (T1) provoquant l'application d'un signal audit deuxième moyen à transistor (T2) lorsque ledit transitoire de surcharge excessive est détecté par une intensité qui passe à travers la résitance (R1), ledit signal faisant en sorte que ledit deuxième moyen à transistor (T 2) dévie l'intensité de ladite source

à tension constante vers ledit circuit électrique (40).

10. Dispositif de protection selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens à tension constante (D1) peuvent être remplacés par des moyens à tension constante différents qui ont

une valeur de tension constante différente.

11. Appareil pour protéger les circuits électriques contre les conditions de surcharge excessive de tension et d'intensité comprenant: des premiers moyens à transistor (T1) connectés entre une borne d'entrée (20) et une borne commune (10); des deuxièmes moyens à transistor (T2) connectés entre une borne de sortie (30) et ladite borne commune (10); des moyens à diode Zener (D 1) connectés entre ladite borne de sortie et un élément de base dudit deuxième transistor (T2); et des moyens résistants (R1) connectés entre ladite borne d'entrée et ladite borne de sortie, lesdits premiers moyens à transistor (T1) faisant en sorte que lesdits deuxièmes moyens à transistor (T2) conduisent une partie d'intensité à travers ledit

appareil lorsqu'il se manifeste une condition de surcharge excessive.

12. Appareil de protection selon la revendication 11, caractérisé en ce que Lesdits moyens à diode Zener (D1) peuvent être remplacés par d'autres moyens à diode Zener qui possèdent une

valeur de tension de décharge différente.

13. Appareil de protection selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit premier transistor (T1) est un transistor

PNP et que ledit deuxième transistor (T2) est un transistor NPN.

14. Appareil de protection selon La revendication 13, caractérisé en ce que lesdites conditions de surcharoe provoquent une plus grande intensité dans ledit premier transistor (T1), ladite plus grande intensité dans le premier transistor (T1) provoquant une plus grande intensité dans le deuxième transistor (T2). 15. Appareil destiné à protéger un dispositif électrique

contre des conditions de surcharge de tension et d'intensité compre-

nant: un premier transistor C1) connecté entre une borne d'entrée et une borne commune; un deuxième transistor (T2) connecté entre une borne de sortie et ladite borne commune, une base du deuxième transistor connectée à un collecteur dudit premier transistor; une résistance (R1) connectée entre ladite borne d'entrée et ladite borne de sortie; et une diode Zener (D1) connectée entre ladite borne de sortie et ladite borne commune, ledit premier transistor (T1) et ledit deuxième transistor (T2) augmentant la conduction d'intensité

pendant lesdites conditions de surcharge.

16. Appareil de protection contre les surcharges selon la revendication 15, caractérisé en ce que ladite diode Zener (D1) peut être remplacée par une diode Zener ayant une valeur de tension

constante différente.

17. Appareil de protection contre les surcharges selon la

revendication 16, caractérisé en ce que ledit appareil revient auto-

matiquement à son état de fonctionnement initial lorsque lesdites

conditions de surcharge sont supprimées.

18. Appareil de protection contre les surcharges selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit appareil réalise un court-circuit entre ladite borne d'entrée et ladite borne commune à la suite d'une détérioration dudit appareil de protection contre

les surcharges.

19. Procédé de protection d'un circuit électrique contre des conditions de surcharge de tension, comprenant les phases qui consistent à: dévier des quantités croissantes d'intensité d'un dispositif à tension constante (D1) à travers au moins un transistor (T1) lorsque la tension apparaissant, appliquée à un circuit de

protection (50), s'élève au-delà d'une valeur prédéterminée.

20. Procédé de protection d'un circuit électrique selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la phase consistant à remplacer ledit dispositif à tension constante (D1) par un autre dispositif à tension constante pour fournir une

tension différente aux bornes dudit circuit électrique.

21. Procédé de protection d'un circuit électrique selon la revendication 19, qui comprend en outre la phase consistant à: détecter une augmentation de tension à une borne d'entrée dudit circuit de protection (50) et augmenter la conduction d'intensité dans ledit transistor (T1) en réponse à ladite augmentation de tension. 22. Procédé de protection d'un dispositif électrique contre des tensions et intensités de Lignes excessives, caractérisé en ce qu'il comprend les phases consistant à: intercaler une résistance (R1) entre ladite ligne et ledit dispositif électrique (40); connecter un premier transistor (T1) en parallèle avec ledit dispositif électrique (40);

connecter une diode Zener (D1), ledit dispositif éLec-

trique (40) et un élémene de base dudit premier transistor (T1); et polariser ledit élément de base au moyen d'un deuxième

transistor (T2) connecté entre ladite ligne et une borne commune.