FR2733865A1 - Procede de controle d'un etage final de puissance et montage pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents
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Abstract
Un étage final de puissance commandé par un microprocesseur ( muP), notamment d'un allumage de véhicule automobile, constitué d'un récepteur (bobine d'allumage ZS) et d'un transistor (T2) de commutation comporte entre le collecteur du transistor de commutation et la tension de commande un circuit (T3) de diagnostic. Il se produit une comparaison discrète dans le temps entre la tension (st) de commande et le signal d de sortie du circuit de diagnostic peu avant le début et peu avant la fin du signal de commande et on détecte, en cas d'égalité (ou d'inégalité) des signaux, une erreur (rupture de ligne ou court-circuit vers la masse ou vers la tension de travail), ce qui supprime les signaux de commande postérieurs.
Description
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Procédé de contrôle d'un étage final de puissance et montage pour la mise en oeuvre de ce procédé L'invention concerne un procédé de contrôle d'un étage final de puissance, notamment pour un appareil de commande d'allumage de véhicule automobile, que l'on branche à l'état conducteur par une impulsion de commande, rectangulaire et produite dans un microprocesseur de l'appareil de commande, d'un signal de commande, au moyen d'une comparaison du signal de10 commande au signal de sortie de l'étage final de puissance (WO 91/15058) et un montage pour la mise en
oeuvre de ce procédé, comportant un circuit série d'un récepteur et d'un transistor de commutation, qui se trouve entre le pôle plus et le pôle moins d'une source15 de tension de travail et qui peut être commandé par le microprocesseur de l'appareil de commande.
On connaît par WO 91/15058 un étage final à transistor résistant aux courts-circuits de la tension de travail du récepteur et sans microprocesseur, dans lequel20 le transistor de commutation est commandé à l'état non conducteur, lorsque la tension aux bornes du récepteur passe sous une valeur pouvant être prescrite. On connaît par US 4 375 073 un circuit de protection d'un transistor de commutation, dont la tension de commande et la tension de collecteur sont obtenues par l'intermédiaire d'optocoupleurs et comparées
l'une à l'autre. Ce montage ne peut reconnaître une interruption de ligne et est trop coûteux pour une utilisation dans un véhicule automobile.
On connaît par DE 41 00 790 un autre circuit, par lequel on peut reconnaître une interruption de ligne et un court-circuit, mais qui nécessite à cet effet deux comparateurs à fenêtre, deux circuits logiques et une bascule bistable. Toutefois, ce circuit n'est pas approprié à des appareils de commande d'allumage de véhicules automobiles, puisque la tension de collecteur du transistor de commutation produit, lors de l'évanouissement (à la fin de la durée de combustion des
bougies, qui suit la durée de fermeture), au moins un signal L, qui peut être interprété comme un court-
circuit. L'invention vise à indiquer, pour le contrôle d'un étage final de puissance, un procédé, qui soit en mesure de protéger l'étage final de puissance, notamment pour un appareil de commande d'allumage de véhicule automobile, en cas d'interruption de la ligne allant du transistor de commutation au récepteur ainsi qu'en cas de court-circuit du récepteur que ce soit vers la masse ou vers la tension20 de travail, (à laquelle se trouve le récepteur), et un montage pour la mise en oeuvre de ce procédé, qui soit
approprié à l'utilisation dans le véhicule automobile et à la reconnaissance certaine desdites erreurs tout en ayant un coût minime en composants.
On y parvient suivant l'invention par un procédé du type décrit au début du présent mémoire par le fait que
la comparaison du signal a lieu deux fois par impulsion de commande dans le microprocesseur, à savoir un laps de temps prescrit avant le début et avant la fin de30 l'impulsion de commande et on supprime la sortie d'un signal de commande lorsqu'on a détecté une erreur.
Dans un montage du type décrit au début du présent mémoire, on y parvient suivant l'invention par le fait qu'il est prévu un transistor de commande, qui est monté35 en tant que source de courant et qui commande pour sa
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part le transistor de commutation, et qu'il est prévu un circuit de diagnostic, qui comporte un transistor de diagnostic, dont la première borne est reliée au pôle plus d'une source de tension de commande, le pôle moins de cette source étant identique à celui de la source de tension de travail, dont la seconde borne est reliée par l'intermédiaire d'une diode au pôle plus de la source de tension de commande et est reliée par l'intermédiaire d'une résistance au collecteur du transistor de
commutation et dont la troisième borne est reliée à une entrée de diagnostic du microprocesseur.
Un exemple de réalisation de l'invention est explicité ci-après plus en détail en se référant aux dessins schématiques, qui montrent:15 - figure 1: un circuit d'un étage final de puissance pour allumage connu au préalable par la demanderesse, - figure 2: un circuit suivant l'invention d'un étage final de puissance pour allumage, - figure 3: des diagrammes de signaux pour des états de fonctionnement différents du circuit suivant l'invention, - figure 3a: le signal de commande st fourni par le microprocesseur, - figure 3b: le potentiel du collecteur du transistor T2 de commutation en fonctionnement correct, - figure 3c: le signal d de diagnostic en fonctionnement correct, - figure 3d: le signal d de diagnostic en cas de court-circuit vers la tension d'alimentation, figure 3e: le signal d de diagnostic en cas de rupture d'un câble ou de court-circuit vers la masse, - figure 3f: une comparaison des états logiques du signal st de commande (figure 3a) et du signal d de diagnostic (figure 3c) aux instants tl et t3
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d'interrogation en fonctionnement correct, - figure 3g: une comparaison des états logiques du signal st de commande (figure 3a) et du signal d de diagnostic (figure 3d) aux instants tl et t3 d'interrogation en cas de court-circuit vers la tension U+ d'alimentation, et - figure 3h: une comparaison des états logiques du signal st de commande (figure 3a) et du signal d de diagnostic (figure 3e) aux instants tl et t3
d'interrogation en cas de rupture d'un câble ou court-
circuit vers la masse GND.
Le circuit représenté à la figure 1 d'un étage final simple de puissance, connu au préalable par la demanderesse, d'un appareil de commande d'allumage de15 véhicule automobile suivant l'état de la technique montre un transistor Tl de commande pnp et un transistor T2 de commutation Darlington en montage usuel pour la commande d'une bobine ZS d'allumage au moyen des signaux st de commande produits par un microprocesseur pP. De manière20 usuelle, on ne protège pas l'étage final contre les courts-circuits et on ne peut pas non plus faire de
diagnostic de cet étage final, ce qui se traduit par le fait que l'on ne peut pas reconnaître une interruption de ligne entre le collecteur de T2 et le récepteur, dans ce25 cas la bobine d'allumage.
On connaît également des circuits de ce genre, qui garantissent, à l'aide d'une résistance de mesure de
courant (shunt) et d'un circuit supplémentaire, une limitation du courant de collecteur du transistor de30 commutation, mais la puissance dissipée dans la résistance de mesure de courant est un inconvénient.
La figure 2 représente un circuit, suivant l'invention, d'un étage final de puissance en tant que partie d'un appareil de commande de moteur non35 représenté, qui non seulement est de structure simple, mais reconnaît également les interruptions de lignes entre le collecteur C du transistor T2 de commutation d'étage final et la bobine ZS d'allumage ainsi que des courts-circuits vers la tension U+ de fonctionnement et vers la masse GND et qui peut, dans ce cas, supprimer des signaux st de commande, pour protéger l'étage final de la destruction. Le circuit de l'étage final de puissance est constitué d'un transistor Tl de commande, qui est branché en tant que source de courant au moyen des résistances R2, R3 et R4 ainsi que de la diode Di, et d'un transistor
T2 de commutation, qui est commandé par le transistor Tl, dont la voie collecteur-émetteur est en série avec l'enroulement primaire ZS d'une bobine d'allumage entre15 le pôle plus U+ et le pôle moins GND d'une source (12 V) de tension de travail non représentée.
L'étage final de puissance est commandé par les signaux st de commande d'un microprocesseur ptP de l'appareil de commande du moteur. Celle des parties du20 signal st de commande, qui commande les transistors à l'état conducteur (st = L), est désignée par impulsion de
commande. Le microprocesseur iP et l'étage final de puissance sont alimentés par une source (5 V) de tension de commande non représentée, qui comporte un pôle plus25 Vcc et un pôle moins GND commun avec le pôle moins de la source de tension de travail.
Il est inséré entre le collecteur C du transistor T2 de commutation, qui est sous la forme d'un transistor Darlington et le pôle plus Vcc de la source de tension de30 commande, un circuit de diagnostic. Il est constitué d'un transistor T3 de diagnostic, dont l'émetteur E est relié au pôle plus Vcc, dont la base B est reliée également au pôle plus Vcc par l'intermédiaire d'une diode D2 et au collecteur C du transistor T2 de commutation par35 l'intermédiaire d'une résistance R5. On peut prélever du
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collecteur C du transistor T3 de diagnostic un signal d de diagnostic que l'on envoie à une entrée EDiag de
diagnostic du microprocesseur lP.
Les résistances R6 et R7 aux collecteurs des transistors T2 et T3 sont ce que l'on appelle des résistances "pull down", qui amènent le potentiel du transistor associé à son état de blocage au potentiel moins. Le condensateur K sert à lisser des pics de tension. Le principe de fonctionnement du circuit représenté à la figure 2 repose sur une commande du transistor T2 de commutation par un courant défini de base, (provenant de la source Ti de courant), sur un contrôle de sa tension de saturation (tension de collecteur) par l'intermédiaire15 du signal d de diagnostic et sur une comparaison de ce signal de diagnostic au signal de commande dans le microprocesseur tP. En choisissant de manière appropriée le courant de base du transistor T2 de commutation, on peut s'assurer que le transistor T2 de commutation est en20 saturation en fonctionnement correct, c'est-à-dire pour des courants d'intensités <10 A. En cas de courants de collecteur qui dépassent nettement cette valeur, le transistor T2 est en zone linéaire. De ce fait, la tension de collecteur augmente puisque le transistor T225 fonctionne également en tant que source de courant. Le transistor T3 de diagnostic compare la tension de collecteur du transistor T2 de commutation à un seuil (Vcc - 0,7 V), qui correspond à la tension Vcc de commande diminuée de la tension de blocage de la diode D2. Il est représenté à la figure 3 des diagrammes de signaux pour des états de fonctionnement différents du circuit suivant l'invention. Si, en fonctionnement correct du circuit, le signal st de commande est au niveau H (+5 volts), tous les trois transistors Tl, T2 et T3 ne conduisent pas. En conséquence, le signal de diagnostic est un signal L (GND _ 0 volt). Si au contraire, le signal st est au niveau L (0 volt, impulsion de commande de t2 à t4 à la figure 3a, ce qui correspond au temps de fermeture du circuit primaire de la bobine d'allumage), tous les trois transistors sont conducteurs et le signal de diagnostic est un signal H (+ 5 volts), comme on peut le voir aux
figures 3a et 3c.
A l'instant t4, l'impulsion de commande disparaît et les transistors deviennent non conducteurs. Une étincelle d'allumage, dont la durée peut être représentée par la tension accrue du collecteur du transistor T2 de
commutation de t4 à t5 prend naissance dans les bougies,15 figure 3b.
Dès qu'un court-circuit de l'enroulement primaire ZS de la bobine d'allumage vers la tension U+ de la batterie est présent, la tension de collecteur du transistor T2 de commutation est longtemps à une valeur20 U+ _ 12 volts et le signal d de diagnostic demeure pour cette raison longtemps un signal L, comme on peut le voir
à la figure 3d.
Cependant, si un court-circuit vers la masse GND ou une rupture de ligne entre le collecteur du transistor T2 de commutation et la bobine d'allumage se produit, la tension de collecteur du transistor T2 de commutation est longtemps à une valeur GND _ 0 volt et le signal d de diagnostic demeure pour cette raison longtemps un signal H, comme on peut le voir à la figure 3e.30 Suivant l'invention, une comparaison discrète dans le temps du signal st de commande au signal d de diagnostic peu avant le début et peu avant la fin de l'impulsion de commande, c'est-à-dire de la durée de fermeture, donc aux instants tl = t2 - AT et t3 = t4 - AT,35 est effectuée dans le microprocesseur tP. Du fait de la perte de l'énergie résiduelle emmagasinée dans la bobine d'allumage à la fin de la durée de combustion sous forme d'une oscillation amortie, une mesure du niveau du
signal à d'autres instants n'est pas si sûre.
Les diagrammes 3f, 3g et 3h montrent les signaux logiques (échantillonnés) mesurés à ces instants, à savoir les niveaux du signal st de commande au-dessus de l'axe des temps et les niveaux du signal d de diagnostic
au-dessous de l'axe des temps.
Le diagramme 3f montre ces niveaux (obtenus à partir des figures 3a et 3c) en fonctionnement correct de l'étage final de puissance; Le diagramme 3g les montre dans le cas d'un court- circuit vers la tension de batterie (à partir des figures 3a et 3d); et Le diagramme 3h les montre dans le cas d'une rupture de ligne ou d'un court-circuit vers la masse (à partir des figures 3a et 3e). Il en ressort que dans cet exemple de réalisation et en cas de fonctionnement correct de l'étage final de puissance (figure 3f), les niveaux du signal st de commande et du signal d de diagnostic sont toujours inverses, qu'ils sont égaux tous deux (niveau L) dans le cas d'un court-circuit vers la tension de batterie25 (figure 3g) à chaque instant t3 et qu'ils sont également (tous deux) égaux (niveau H) à chaque instant tl dans le cas d'une rupture de ligne ou d'un court- circuit vers la masse (figure 3h). Ces états sont reconnus par le microprocesseur iP et celui-ci peut ensuite protéger avec sûreté le transistor T2 de commutation en débranchant l'étage final
(le signal st de commande demeure longtemps un signal H).
Claims (2)
1. Procédé de contrôle d'un étage final de puissance, notamment pour un appareil de commande d'allumage de véhicule automobile, que l'on branche à 5 l'état conducteur par une impulsion de commande, rectangulaire et produite dans un microprocesseur (gP) de l'appareil de commande, d'un signal (st) de commande, au moyen d'une comparaison du signal (st) de commande au signal (d) de sortie de l'étage (T2) final de puissance,10 caractérisé en ce que la comparaison du signal a lieu deux fois par impulsion (st = L) de commande dans le microprocesseur (DP), à savoir un laps de temps (AT) prescrit avant le début (t2) et avant la fin (t4) de l'impulsion de
commande et on empêche la sortie d'un signal (st) de commande lorsqu'on a détecté une erreur (st = d).
2. Montage pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, comportant un circuit série d'un récepteur (ZS) et d'un transistor (T2) de20 commutation, qui se trouve entre le pôle plus (U+) et le pôle moins (GND) d'une source de tension de travail et qui peut être commandé par le microprocesseur (tP) de l'appareil de commande, caractérisé en ce que - il est prévu un transistor (Tl) de commande, qui est monté en tant que source de courant (T1,D1,R2 à R4) et qui commande pour sa part le transistor (T2) de commutation, et - il est prévu un circuit de diagnostic, qui comporte un transistor (T3) de diagnostic, dont la première borne (E) est reliée au pôle plus (Vcc) d'une source de tension de commande, le pôle moins (GND) de cette source étant identique à celui de la source de5 tension de travail, dont la seconde borne (B) est reliée par l'intermédiaire d'une diode (D2) au pôle plus (Vcc)
de la source de tension de commande et est reliée par l'intermédiaire d'une résistance (R5) au collecteur du transistor (T2) de commutation et dont la troisième borne10 (C) est reliée à une entrée (EDiag) de diagnostic du microprocesseur (UP).
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