FR2707397A1 - Electronic protection device, especially for protecting an ohmmeter - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif électronique de protection, notamment pour la protection de la fonction ohmmètre d'un multimètre électronique, destiné à être connecté entre les bornes d'entrée du circuit à protéger, et comportant au moins un composant actif associé à un organe limiteur de courant pour éviter l'apparition d'une tension excessive aux dites bornes d'entrée. The present invention relates to an electronic protection device, in particular for the protection of the ohmmeter function of an electronic multimeter, intended to be connected between the input terminals of the circuit to be protected, and comprising at least one active component associated with a member current limiter to avoid the appearance of excessive voltage at said input terminals.
Bien que l'invention puisse trouver des applications dans la protection de tous types de circuits très sensibles aux variations de tension, l'invention sera plus particulièrement décrite, sans aucunement la limiter, dans le cadre de la protection d'ohmmètres ou de la fonction ohmmètre de multimètres numériques. Although the invention may find applications in the protection of all types of circuits very sensitive to voltage variations, the invention will be more particularly described, without in any way limiting it, in the context of the protection of ohmmeters or of the function ohmmeter of digital multimeters.
Un problème qui se pose aux ohmmètres est celui de la protection contre des tensions excessives qui peuvent être appliquées aux bornes de l'appareil de mesure par suite d'une fausse manoeuvre. En effet, dans son utilisation normale, on dispose aux bornes de l'ohmmètre une résistance que l'on veut mesurer. L'ohmmètre intègre une source de courant qui fait circuler dans la résistance à mesurer et dans une résistance de référence, un certain courant, qui est mesuré pour en déduire la valeur de la résistance à mesurer. A problem with ohmmeters is that of protection against excessive voltages which may be applied to the terminals of the measuring device as a result of a wrong operation. In fact, in normal use, there is a resistance at the terminals of the ohmmeter which one wishes to measure. The ohmmeter integrates a current source which circulates in the resistance to be measured and in a reference resistance, a certain current, which is measured to deduce the value of the resistance to be measured.
En conséquence, les circuits disposés entre les bornes d'entrée de l'ohmmètre ne sont pas prévus pour l'application d'une tension électrique, et l'application d'une telle tension peut gravement détériorer l'ohmmètre. Consequently, the circuits arranged between the input terminals of the ohmmeter are not provided for the application of an electrical voltage, and the application of such a voltage can seriously damage the ohmmeter.
Ce problème est d'autant plus réel dans le cas de la fonction ohmmètre d'un appareil de mesure multiusages du type multimètre numérique. En effet, de tels appareils sont successivement utilisés pour mesurer des tensions, des courants, et des résistances. Pour cela, un multimètre comporte une entrée commune à tous les circuits de mesure, et une borne d'entrée dédiée à un type de mesure particulier. Ainsi, pour mesurer une tension, on applique cette tension entre l'entrée commune et l'entrée du circuit de mesure de tension. Par conséquent, si cette tension est appliquée par mégarde entre l'entrée commune et l'entrée du circuit de mesure de résistance, l'ohmmètre risque d'être gravement endommagé. This problem is all the more real in the case of the ohmmeter function of a multi-use measuring device of the digital multimeter type. Indeed, such devices are successively used to measure voltages, currents, and resistances. For this, a multimeter has an input common to all the measurement circuits, and an input terminal dedicated to a particular type of measurement. Thus, to measure a voltage, this voltage is applied between the common input and the input of the voltage measurement circuit. Consequently, if this voltage is inadvertently applied between the common input and the input of the resistance measurement circuit, the ohmmeter may be seriously damaged.
On connaît dans l'état de la technique un certain nombre de circuits de protection pour remédier à ce problème. Ainsi, dans un ohmmètre à source de courant, il est connu de disposer entre les bornes d'entrée de l'ohmmètre un circuit de protection utilisant une thermistance à coefficient de température positif, une diode de redressement et un transistor. Les composants de l'ohmmè- tre à protéger sont alors disposés en aval de ce circuit de protection. Ainsi, lors de l'application erronée d'une tension positive entre les bornes d'entrée, la diode de redressement est bloquée, protégeant ainsi les circuits de l'ohmmètre. Dans le cas de l'application d'une tension négative aux bornes d'entrée, la diode et le transistor du circuit de protection sont passants, et la thermistance est traversée par un certain courant, ce qui la fait basculer, protégeant ainsi les circuits de l'ohmmètre. A number of protection circuits are known in the state of the art to remedy this problem. Thus, in an ohmmeter with current source, it is known to have between the input terminals of the ohmmeter a protection circuit using a thermistor with positive temperature coefficient, a rectifying diode and a transistor. The components of the ohmmeter to be protected are then placed downstream of this protection circuit. Thus, during the incorrect application of a positive voltage between the input terminals, the rectification diode is blocked, thus protecting the circuits of the ohmmeter. In the case of the application of a negative voltage to the input terminals, the diode and the transistor of the protection circuit are conducting, and the thermistor is crossed by a certain current, which makes it switch, thus protecting the circuits of the ohmmeter.
Cependant, un certain nombre d'inconvénients subsistent, du fait de la conception des circuits de protection d'ohmmètres connus, des composants utilisés, et de leur agencement. En effet, la présence d'une diode en série avec la thermistance nuit à la dynamique de la mesure de résistance, du fait de sa chute de tension interne. En outre, les transistors généralement utilisés sont des composants à petits signaux limitant le niveau de protection en tension admissible. However, a certain number of drawbacks remain, due to the design of known ohmmeter protection circuits, the components used, and their arrangement. Indeed, the presence of a diode in series with the thermistor harms the dynamics of the resistance measurement, due to its internal voltage drop. In addition, the transistors generally used are components with small signals limiting the level of protection in admissible voltage.
Le but de la présente invention est de remédier à l'ensemble des inconvénients liés aux circuits de protection selon l'état de la technique, et de fournir un dispositif électronique de protection permettant une protection efficace d'un circuit du type ohmmètre contre des surtensions de polarité et de durée quelconques, tout en préservant la précision et la plage de mesure de l'ohmmètre. The object of the present invention is to remedy all the drawbacks linked to protection circuits according to the prior art, and to provide an electronic protection device allowing effective protection of an ohmmeter type circuit against overvoltages. of any polarity and duration, while preserving the accuracy and measurement range of the ohmmeter.
A cet effet, l'invention concerne un dispositif électronique de protection destiné à être connecté entre les bornes d'entrée d'un circuit à protéger, notamment du type ohmmètre pourvu d'une source d'alimentation interne
Vcc, ce dispositif comportant au moins un composant actif associé à un organe limiteur de courant et étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de surveillance et de commande qui détecte l'apparition d'une tension de surcharge à ses bornes d'entrée et commande le composant actif de façon à éviter l'établissement d'une tension excessive aux bornes d'entrée du circuit à protéger.To this end, the invention relates to an electronic protection device intended to be connected between the input terminals of a circuit to be protected, in particular of the ohmmeter type provided with an internal power source.
Vcc, this device comprising at least one active component associated with a current limiting member and being characterized in that it further comprises a monitoring and control circuit which detects the appearance of an overload voltage at its terminals d input and controls the active component so as to avoid the establishment of excessive voltage at the input terminals of the circuit to be protected.
Suivant d'autres caractéristiques du dispositif électronique de protection selon l'invention:
- ledit circuit de surveillance et de commande est alimenté par ladite tension de surcharge.According to other characteristics of the electronic protection device according to the invention:
- said monitoring and control circuit is supplied by said overload voltage.
- ledit organe limiteur de courant est une thermistance connectée entre une des bornes d'entrée du dispositif électronique de protection et une borne d'entrée de l'ohmmètre à protéger, le circuit de surveillance et de commande étant connecté entre ladite borne d'entrée du dispositif électronique de protection et une électrode de commande du composant actif. - said current limiting member is a thermistor connected between one of the input terminals of the electronic protection device and an input terminal of the ohmmeter to be protected, the monitoring and control circuit being connected between said input terminal of the electronic protection device and an electrode for controlling the active component.
- ledit dispositif de surveillance et de commande comporte au moins un premier transistor, un second transistor et un troisième transistor,
- le premier transistor et le second transistor formant un montage super-émetteur-suiveur, la base du premier transistor étant connectée à ladite borne d'entrée du dispositif de protection par l'intermédiaire d'au moins une première résistance, l'émetteur du premier transistor et le collecteur du second transistor étant reliés d'une part à la cathode d'une première diode dont l'anode est reliée à la borne d'entrée commune de l'ohmmètre, et d'autre part à l'émetteur du troisième transistor, le collecteur du second transistor étant amené au potentiel d' alimentation VCC;
- le troisième transistor ayant sa base polarisée par l'intermédiaire d'une seconde diode connectée en direct entre le potentiel d'alimentation et par une seconde résistance connectée entre la base du troisième transistor et la borne d'entrée commune de l'ohmmètre, le collecteur du troisième transistor étant connecté d'une part à la borne d'entrée commune de l'ohmmètre par l'intermédiaire d'une troisième résistance, et d'autre part à l'électrode de commande du composant actif.said monitoring and control device comprises at least a first transistor, a second transistor and a third transistor,
the first transistor and the second transistor forming a super-emitter-follower assembly, the base of the first transistor being connected to said input terminal of the protection device by means of at least a first resistor, the emitter of the first transistor and the collector of the second transistor being connected on the one hand to the cathode of a first diode whose anode is connected to the common input terminal of the ohmmeter, and on the other hand to the emitter of the third transistor, the collector of the second transistor being brought to the supply potential VCC;
the third transistor having its base biased by means of a second diode connected directly between the supply potential and by a second resistor connected between the base of the third transistor and the common input terminal of the ohmmeter, the collector of the third transistor being connected on the one hand to the common input terminal of the ohmmeter via a third resistor, and on the other hand to the control electrode of the active component.
- l'émetteur du troisième transistor est court-circuité en haute fréquence avec l'électrode de commande du composant actif par l'intermédiaire d'un condensateur. - The emitter of the third transistor is short-circuited at high frequency with the control electrode of the active component via a capacitor.
- le dispositif électronique de protection comporte un quatrième transistor dont la base et le collecteur sont connectés à une borne d'entrée du circuit à protéger, et dont l'émetteur est connecté au potentiel d' alimentation Vcc
- ledit composant actif est un transistor MOS
FET dont l'électrode de commande ou grille est reliée à la sortie du circuit de surveillance et de commande, et dont la source et le drain sont connectés entre les bornes d'entrée du circuit à protéger.the electronic protection device comprises a fourth transistor, the base and the collector of which are connected to an input terminal of the circuit to be protected, and the emitter of which is connected to the supply potential Vcc
- said active component is a MOS transistor
FET whose control electrode or gate is connected to the output of the monitoring and control circuit, and whose source and drain are connected between the input terminals of the circuit to be protected.
L'invention concerne également un ohmmètre comportant un dispositif électronique de protection présentant une ou plusieurs des caractéristiques précédentes. The invention also relates to an ohmmeter comprising an electronic protection device having one or more of the preceding characteristics.
L'invention va être décrite plus en détail à l'aide des dessins ci-annexés dans lesquels
La Figure 1 représente le schéma de principe d'un circuit de protection d'ohmmètre à source de courant conforme à l'état de la technique,
La Figure 2 représente le schéma de principe du circuit de protection d'un ohmmètre ratiométrique conforme à l'état de la technique,
La Figure 3 représente le schéma de principe d'un ohmmètre pourvu d'un dispositif de protection électronique selon l'invention,
La Figure 4 représente le schéma électrique d'un exemple de réalisation du schéma de principe de la Figure 3,
La Figure 5 représente le schéma équivalent du dispositif de protection selon la Figure 4 illustrant son fonctionnement lors de l'application d'une surtension négative,
La Figure 6 représente le schéma équivalent du dispositif de protection selon la Figure 4 illustrant son fonctionnement lors de l'application d'une surtension positive,
La Figure 7 représente le schéma équivalent du dispositif de protection selon la Figure 4 illustrant son fonctionnement en régime impulsionnel.The invention will be described in more detail using the attached drawings in which
FIG. 1 represents the block diagram of a current source ohmmeter protection circuit conforming to the state of the art,
FIG. 2 represents the block diagram of the protection circuit of a ratiometric ohmmeter conforming to the state of the art,
FIG. 3 represents the block diagram of an ohmmeter provided with an electronic protection device according to the invention,
FIG. 4 represents the electrical diagram of an exemplary embodiment of the principle diagram of FIG. 3,
FIG. 5 represents the equivalent diagram of the protection device according to FIG. 4 illustrating its operation during the application of a negative overvoltage,
FIG. 6 represents the equivalent diagram of the protection device according to FIG. 4 illustrating its operation during the application of a positive overvoltage,
Figure 7 shows the equivalent diagram of the protection device according to Figure 4 illustrating its operation in pulse mode.
On se réfère à la Figure 1. We refer to Figure 1.
Dans un ohmmètre 1 à source de courant on a représenté les bornes A et B à droite desquelles seule une tension très faible peut être appliquée, sous peine de détériorer les circuits 2, 3 de l'ohmmètre et/ou de compromettre la mesure de résistance. Le circuit de protection 4 est disposé entre les bornes d'entrée 5, 6 constituées notamment par la borne commune 5 de l'appareil de mesure et sa borne 6 de mesure de résistance. Pendant l'utilisation de l'ohmmètre 1, on connecte la résistance (non représentée) à mesurer entre les bornes 5 et 6, et cette résistance est alors parcourue par un courant donnant lieu à une chute de tension qui permet de mesurer ladite résistance. In an ohmmeter 1 with current source, the terminals A and B are shown to the right of which only a very low voltage can be applied, under penalty of damaging the circuits 2, 3 of the ohmmeter and / or compromising the resistance measurement. . The protection circuit 4 is arranged between the input terminals 5, 6 constituted in particular by the common terminal 5 of the measuring device and its resistance measurement terminal 6. During the use of the ohmmeter 1, the resistance (not shown) to be measured is connected between the terminals 5 and 6, and this resistance is then traversed by a current giving rise to a voltage drop which makes it possible to measure said resistance.
Le circuit de protection 4 comporte un organe limiteur de courant, notamment une thermistance R montée en série avec une diode de redressement D . Le circuit 4 comporte également un transistor Q ayant sa base 7 reliée à la borne commune 5, son collecteur 8 relié à la base 7, et l'émetteur 9 connecté entre la borne A et l'anode de la diode de redressement D. The protection circuit 4 includes a current limiting device, in particular a thermistor R connected in series with a rectifying diode D. The circuit 4 also includes a transistor Q having its base 7 connected to the common terminal 5, its collector 8 connected to the base 7, and the emitter 9 connected between the terminal A and the anode of the rectifying diode D.
La Figure 2 représente un circuit de protection 4 identique au précédent utilisé dans le cadre d'un ohmmètre ratiométrique faisant intervenir une résistance 10 en lieu et place de la source de courant 2 utilisée dans le circuit de la Figure 1. FIG. 2 represents a protection circuit 4 identical to the previous one used in the context of a ratiometric ohmmeter involving a resistor 10 in place of the current source 2 used in the circuit of FIG. 1.
Dans chacun des deux cas précités, le circuit de protection 4 fonctionne de la manière suivante
si au lieu de brancher une résistance à mesurer entre les bornes 5 et 6 de l'ohmmètre, on connecte accidentellement une source de tension représentée par 11 entre lesdites bornes et si cette source de tension est négative, la diode D et le transistor Q sont passants. De ce fait, la thermistance R est traversée par un courant, ce qui a pour effet de la bloquer et le courant I est fortement diminué ou réduit à zéro. De ce fait, la tension appliquée accidentellement aux bornes 5, 6 du circuit de protection 4 n'est pas transmise aux bornes A, B des circuits à protéger.In each of the two aforementioned cases, the protection circuit 4 operates in the following manner
if instead of connecting a resistor to be measured between terminals 5 and 6 of the ohmmeter, a voltage source represented by 11 is accidentally connected between said terminals and if this voltage source is negative, diode D and transistor Q are passers-by. Therefore, the thermistor R is crossed by a current, which has the effect of blocking it and the current I is greatly reduced or reduced to zero. Therefore, the voltage accidentally applied to the terminals 5, 6 of the protection circuit 4 is not transmitted to the terminals A, B of the circuits to be protected.
Dans le cas de l'application d'une tension 11 positive, supérieure à la tension Vcc du générateur de tension 3 de l'appareil de mesure, la diode D est bloquée, ce qui a à nouveau pour effet de protéger les circuits de l'appareil de mesure en faisant tendre vers zéro la tension à leurs bornes A B. In the case of the application of a positive voltage 11, greater than the voltage Vcc of the voltage generator 3 of the measuring device, the diode D is blocked, which again has the effect of protecting the circuits of the by measuring the voltage at their terminals A B towards zero.
Les inconvénients de ces deux circuits connus sont résumés ci-dessous. The disadvantages of these two known circuits are summarized below.
En effet, la chute de tension aux bornes de la diode utilisée dans le sens passant nuit à la plage de mesure possible pour ltohmmètre. Indeed, the voltage drop across the diode used in the passing direction harms the possible measurement range for the ohmmeter.
En outre, si l'on veut protéger les entrées de l'ohmmètre contre des tensions élevées, il est nécessaire que le transistor puisse supporter le courant de surcharge généré par l'application de la tension. Or traditionnellement, le transistor est un transistor à petits signaux, dont le courant de collecteur maximum admissible est de l'ordre de 500 mA. Par ailleurs, la résistance de la thermistance est typiquement de l'ordre d'un Kilo-Ohm, ce qui conduit à une limitation du niveau de protection à des tensions appliquées de l'ordre de 500 V. In addition, if one wants to protect the inputs of the ohmmeter against high voltages, it is necessary that the transistor can withstand the overload current generated by the application of the voltage. However, traditionally, the transistor is a small signal transistor, whose maximum admissible collector current is of the order of 500 mA. Furthermore, the resistance of the thermistor is typically of the order of one Kilo-Ohm, which leads to a limitation of the level of protection to applied voltages of the order of 500 V.
Enfin, certains circuits de protection connus ne sont efficaces que lorsque l'ohmmètre est alimenté, les circuits de l'ohmmètre étant dépourvus de protection par exemple lorsque la pile de l'ohmmètre est retirée ou défaillante. Finally, certain known protection circuits are only effective when the ohmmeter is supplied, the ohmmeter circuits being devoid of protection, for example when the ohmmeter battery is removed or faulty.
On se réfère à la Figure 3, représentant le schéma de principe d'un ohmmètre pourvu d'un dispositif 4' de protection selon l'invention. Comme précédemment, l'ohmmètre 1 se compose d'une source de tension Vcc 3, et d'un circuit U qui peut être constitué par la source de courant 2 ou la résistance de référence 10 de la Figure 1 ou de la Figure 2 respectivement, selon le type d'ohmmètre. Le circuit de protection 4' comporte des bornes d'entrée 5,6 et est disposé en amont des bornes A,B de l'appareil de mesure ou ohmmètre 1 et est constitué d'une thermistance R connectée entre les bornes 6 et A, d'un composant actif Q' constitué notamment par un transistor
MOS-FET connecté entre les bornes A, B, et d'un circuit de surveillance et de commande 12 connecté entre la borne de mesure 6 et l'électrode de commande ou grille 13 du composant actif Q'. Referring to Figure 3, showing the block diagram of an ohmmeter provided with a protection device 4 'according to the invention. As before, the ohmmeter 1 consists of a voltage source Vcc 3, and of a circuit U which can be constituted by the current source 2 or the reference resistor 10 of FIG. 1 or of FIG. 2 respectively , depending on the type of ohmmeter. The protection circuit 4 ′ has input terminals 5,6 and is arranged upstream of the terminals A, B of the measuring device or ohmmeter 1 and consists of a thermistor R connected between the terminals 6 and A, an active component Q 'consisting in particular of a transistor
MOS-FET connected between terminals A, B, and of a monitoring and control circuit 12 connected between measurement terminal 6 and the control electrode or grid 13 of the active component Q '.
La Figure 4 fait apparaître à titre d'exemple le détail d'un mode de réalisation du circuit 12 de surveillance et de commande du dispositif de protection selon l'invention. Figure 4 shows by way of example the detail of an embodiment of the circuit 12 for monitoring and controlling the protection device according to the invention.
Le circuit de surveillance et de commande 4' comporte 4 transistors Qî, Q2, Q3, Q4, les premier et quatrième transistors Ol et Q4 étant du type PNP, et les second et troisième transistors Q2, Q3 étant du type NPN. The monitoring and control circuit 4 ′ comprises 4 transistors Qî, Q2, Q3, Q4, the first and fourth transistors Ol and Q4 being of the PNP type, and the second and third transistors Q2, Q3 being of the NPN type.
Les transistors Qî et Q2 forment un montage super-émetteur-suiveur dont l'impédance d'entrée est bQ1 x bQ2 x R2, ou RCQ2 est la charge équivalente vue par le collecteur de
Q2, bQ1 et bQ2 sont respectivement le gain des transistors Q1 et Q2. La base du transistor Qî est connectée à la borne de mesure 6 par l'intermédiaire de premières résistances R1, R2, R3, R4, R5, ou d'une résistance totale équivalente. L'émetteur du premier transistor Q1 et le collecteur du second transistor Q2 sont reliés à la cathode d'une première diode D1 dont l'anode est reliée à la borne commune 5 ou B de l'ohmmètre. Le collecteur du second transistor Q2 est amené au potentiel d'alimentation
Vcc par l'intermédiaire d'une connexion à la borne positive du générateur de tension 3.The transistors Qî and Q2 form a super-emitter-follower circuit whose input impedance is bQ1 x bQ2 x R2, where RCQ2 is the equivalent charge seen by the collector of
Q2, bQ1 and bQ2 are the gain of transistors Q1 and Q2 respectively. The base of the transistor Qî is connected to the measurement terminal 6 via first resistors R1, R2, R3, R4, R5, or an equivalent total resistance. The emitter of the first transistor Q1 and the collector of the second transistor Q2 are connected to the cathode of a first diode D1, the anode of which is connected to the common terminal 5 or B of the ohmmeter. The collector of the second transistor Q2 is brought to the supply potential
Vcc via a connection to the positive terminal of the voltage generator 3.
La sortie du montage super-émetteur-suiveur Qî,
Q2 alimente l'émetteur du troisième transistor Q3 dont la base est polarisée par l'intermédiaire d'une seconde diode
D2 connectée en direct entre Vcc et la base du troisième transistor Q3, et par une seconde résistance R6 connectée entre la base de Q3 et la borne commune 5 de l'ohmmètre.The output of the Qî super-emitter-follower assembly,
Q2 supplies the emitter of the third transistor Q3, the base of which is polarized via a second diode
D2 directly connected between Vcc and the base of the third transistor Q3, and by a second resistor R6 connected between the base of Q3 and the common terminal 5 of the ohmmeter.
Le collecteur du troisième transistor Q3 est connecté à la borne commune 5 de l'ohmmètre par l'intermédiaire d'une troisième résistance R7. Le collecteur du transistor Q3 attaque la grille de commande G du transistor Q E dont le drain D est connecté à la borne A et dont la source S est connectée à la borne B correspondant à la borne commune 5 de l'ohmmètre. The collector of the third transistor Q3 is connected to the common terminal 5 of the ohmmeter via a third resistor R7. The collector of transistor Q3 drives the control gate G of transistor Q E whose drain D is connected to terminal A and whose source S is connected to terminal B corresponding to common terminal 5 of the ohmmeter.
L'émetteur du troisième transistor Q3 est courtcircuité en haute fréquence avec la grille du transistor
Q' par l'intermédiaire d'un condensateur C.The emitter of the third transistor Q3 is short-circuited at high frequency with the gate of the transistor
Q 'via a capacitor C.
Le dispositif comporte encore un quatrième transistor Q4 dont la base et le collecteur sont connectés au drain D de Q', et dont l'émetteur est connecté au potentiel Vcc
Le fonctionnement du dispositif de protection 4' selon l'invention va maintenant être expliqué dans différents cas de figures.The device also includes a fourth transistor Q4 whose base and collector are connected to the drain D of Q ', and whose emitter is connected to the potential Vcc
The operation of the protection device 4 'according to the invention will now be explained in different cases.
Lorsque l'on désire mesurer une résistance RH représentée en traits interrompus dans la Figure 4, le circuit de protection 4' fonctionne de la manière suivante. Quelle que soit la résistance RM à mesurer, la tension sur l'émetteur de Q3 (Vcc- VDZ - VbeQ3) est inférieure à la tension sur la base de Q3 (Vcc - VD2). Le transistor Q3 est donc bloqué. De ce fait, la grille du transistor Q' est ramenée à un potentiel de O Volt par l'intermédiaire de la résistance R7, et Q' est bloqué. La source de tension 3 de l'ohmmètre fait circuler un faible courant de mesure I, à travers la thermistance R et la résistance R, et ce courant sert à la mesure de la résistance R, de façon connue en soi. When it is desired to measure a resistance RH shown in broken lines in FIG. 4, the protection circuit 4 'operates in the following manner. Whatever resistance RM to measure, the voltage on the transmitter of Q3 (Vcc- VDZ - VbeQ3) is lower than the voltage on the basis of Q3 (Vcc - VD2). The transistor Q3 is therefore blocked. Therefore, the gate of the transistor Q 'is brought back to a potential of O Volt via the resistor R7, and Q' is blocked. The voltage source 3 of the ohmmeter circulates a low measurement current I, through the thermistor R and the resistance R, and this current is used for the measurement of the resistance R, in a manner known per se.
Fonctionnement pour une surtension négative. Operation for negative overvoltage.
Le schéma équivalent de l'ohmmètre et de son dispositif de protection 4' dans le cas de l'application d'une surtension négative Vin est représenté dans la Figure 5 où les composants Q2, Q3, Q4, D2, C et R6 ont été omis à titre de simplification. Du fait de l'application d'une tension négative, la diode intrinsèque 14 de Q', présente entre le drain D et la source S de Q', est conductrice et
Vsd est de l'ordre de 0,7 Volt. De même, la diode D1 est conductrice via la jonction émetteur-base de Qî polarisée en inverse, ce qui assure le blocage de Q3 et le maintien à O Volt de la grille de Q' par l'intermédiaire de la résistance R7.The equivalent diagram of the ohmmeter and its protection device 4 'in the case of the application of a negative overvoltage Vin is represented in Figure 5 where the components Q2, Q3, Q4, D2, C and R6 have been omitted for simplicity. Due to the application of a negative voltage, the intrinsic diode 14 of Q ', present between the drain D and the source S of Q', is conductive and
Vsd is around 0.7 Volt. Likewise, the diode D1 is conductive via the emitter-base junction of Qî reverse biased, which ensures the blocking of Q3 and the maintenance at O Volt of the gate of Q 'via the resistor R7.
Le transistor MOS-FET Q' étant passant, un courant de surcharge Is traverse la thermistance R, qui bascule dès que sa limite de courant est atteinte, protégeant ainsi les circuits 2, 3 de l'ohmmètre. Ce fonctionnement est indépendant de la présence de Vcc, puisque Q' est commandé par la tension appliquée en 5,6, et par suite, l'ohmmètre est protégé même en cas d'absence de pile. The MOS-FET transistor Q 'being on, an overload current Is passes through the thermistor R, which switches as soon as its current limit is reached, thus protecting the circuits 2, 3 of the ohmmeter. This operation is independent of the presence of Vcc, since Q 'is controlled by the voltage applied in 5.6, and as a result, the ohmmeter is protected even in the absence of a battery.
Fonctionnement dans le cas d'une surtension positive. Operation in the event of a positive overvoltage.
Dans ce cas, le schéma équivalent du montage de la Figure 4 est celui de la Figure 6, faisant apparaître les diodes intrinsèques des transistors Q1, Q2, Q3, Q4,
Q5. Les jonctions base-émetteur de Q1 et collecteur-base de Q3 sont polarisées en direct. Les jonctions baseémetteur de Q2 et de Q4 sont polarisées en inverse et sont traversées par un courant de surcharge I's. La grille G de
Q' est commandée par une tension Vgs qui est environ égale à VbeQ5 + VbeQ2, de valeur typique 16 Volts. Q' est donc conducteur et assure l'écoulement du courant de surcharge Is + I's, évitant ainsi l'apparition d'une surtension aux bornes A, B des circuits à protéger de l'ohmmètre.In this case, the equivalent diagram of the assembly of FIG. 4 is that of FIG. 6, showing the intrinsic diodes of the transistors Q1, Q2, Q3, Q4,
Q5. The base-emitter junctions of Q1 and the base-collector of Q3 are directly polarized. The base-emitter junctions of Q2 and Q4 are reverse biased and are crossed by an overload current I's. Grid G of
Q 'is controlled by a voltage Vgs which is approximately equal to VbeQ5 + VbeQ2, with a typical value of 16 Volts. Q 'is therefore conductive and ensures the flow of the overload current Is + I's, thus avoiding the appearance of an overvoltage at the terminals A, B of the circuits to be protected from the ohmmeter.
Il est à noter que ce fonctionnement est indépendant de la tension Vcc, comme précédemment, ce qui a pour effet de protéger l'ohmmètre même en l'absence d'alimentation Vcc
Fonctionnement en régime impulsionnel.It should be noted that this operation is independent of the voltage Vcc, as previously, which has the effect of protecting the ohmmeter even in the absence of a Vcc supply.
Operation in impulse mode.
La Figure 7 représente le schéma équivalent du dispositif de protection de la Figure 4 dans le cas de l'application d'un échelon de tension Vin positif, correspondant au cas de l'application brutale d'une tension continue aux bornes d'entrée 5, 6. Dans ce cas, il faut mettre en conduction le transistor MOS-FET Q' le plus rapidement possible pour éviter que la tension entre le drain D et la source S de Q' n'atteigne la tension de claquage spécifiée par le constructeur. Comme précédemment, il faut aussi limiter la tension aux bornes A, B des circuits à protéger. FIG. 7 represents the equivalent diagram of the protection device of FIG. 4 in the case of the application of a positive voltage step Vin, corresponding to the case of the sudden application of a direct voltage to the input terminals 5 , 6. In this case, the MOS-FET transistor Q 'must be turned on as quickly as possible to prevent the voltage between the drain D and the source S of Q' from reaching the breakdown voltage specified by the manufacturer. . As before, it is also necessary to limit the voltage at terminals A, B of the circuits to be protected.
Lors de l'application de l'échelon de tension Vin, le condensateur C se comporte comme un court-circuit. When applying the voltage step Vin, the capacitor C behaves like a short circuit.
Une injection de charges dans la grille G de Q' a alors lieu, ce qui met Q' en conduction.An injection of charges into the grid G of Q 'then takes place, which puts Q' in conduction.
Polarisé en direct, Q4 se sature et limite la tension sur le drain de Q' à Vcc + VbeQ4 tant que Q' n'est pas conducteur. La jonction collecteur-émetteur de Q4 encaisse de façon impulsionnelle le courant de surcharge le. Polarized live, Q4 becomes saturated and limits the voltage on the drain from Q 'to Vcc + VbeQ4 as long as Q' is not conductive. The collector-emitter junction of Q4 impulsively collects the overload current le.
Il ressort de ce qui précède que, dans tous les cas de fonctionnement, le dispositif électronique de protection 4' selon l'invention répond aux objectifs fixés en permettant de limiter l'apparition de tensions excessives aux bornes A, B du circuit, et en particulier de l'ohmmètre à protéger. It follows from the above that, in all operating cases, the electronic protection device 4 'according to the invention meets the objectives set by making it possible to limit the appearance of excessive voltages at the terminals A, B of the circuit, and in particular of the ohmmeter to be protected.
En outre il est à noter que dans tous les cas, le bon fonctionnement du dispositif de protection 4' est indépendant de la tension Vcc, ce qui a pour effet de protéger l'ohmmètre même en l'absence d'alimentation Vcc. In addition, it should be noted that in all cases, the proper functioning of the protection device 4 ′ is independent of the voltage Vcc, which has the effect of protecting the ohmmeter even in the absence of a supply Vcc.
On donne ci-après à titre d'exemple non limitatif la nature des principaux composants du dispositif de protection de la Fig. 4. The nature of the main components of the protection device of FIG. 4.
R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = 100 kQ de type minimelf
R6 = R7 = 1 MO de type minimelf
D1 = D2 = LL 4148
Q1 = BC 847 C
Q2 = Q3 = BC 857 B
Q4 = PMBT 2222 A
Q' = VNO 300 M
C = 10 nF.R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = 100 kQ of minimelf type
R6 = R7 = 1 MO of minimelf type
D1 = D2 = LL 4148
Q1 = BC 847 C
Q2 = Q3 = BC 857 B
Q4 = PMBT 2222 A
Q '= VNO 300 M
C = 10 nF.
Le niveau de protection obtenu à l'aide du dispositif de l'invention réalisé avec les composants précités est de + 600 V continu et de 660 Veff à 50 Hz. The level of protection obtained using the device of the invention produced with the aforementioned components is + 600 V DC and 660 V RMS at 50 Hz.
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| FR2707397B1 (en) | 1995-08-11 |
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