FR2838891A1 - Circuit electronique de controle et de limitation d'un courant electrique dans une charge soumise a une tension d'alimentation - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à un circuit électronique de contrôle et de limitation d'un courant électrique dans une charge (13), protégeant un commutateur logique onloff (9) commandé en tension, l'intensité du courant circulant dans le commutateur logique étant mesuré par l'intermédiaire d'une résistance (7). Le dit circuit comprend un amplificateur (1) de la tension aux bornes de la résistance (7), l'amplificateur comprenant une boucle de contre-réaction entre sa sortie (1b) et son entrée inverseuse (1c), son entrée non-inverseuse (1a) étant alimentée à travers une résistance (5) par un signal carré de rapport cyclique variable correspondant à une logique de commande d'un microprocesseur (3), son entrée inverseuse recevant donc un signal à amplifier correspondant au courant circulant dans le commutateur logique et qui est prélevé aux bornes de la résistance (7), de sorte qu'en cas de variation de l'impédance de la charge ou de sa tension d'alimentation, la tension générée en sortie de l'amplificateur atteint une valeur telle que le commutateur logique bascule d'un état passant à un état de limitation en courant.
Description
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L'invention concerne un circuit électronique de contrôle et de limitation d'un courant électrique dans une charge soumise à une tension d'alimentation, le circuit protégeant contre une surintensité ou un court-circuit un commutateur logique on/off commandé en tension et relié électriquement à la charge.
La charge peut en particulier comprendre un composant inductif.
Dans DE-A-33 44 662, on connaît un circuit dans lequel l'intensité du courant circulant dans un commutateur logique est mesuré par l'intermédiaire d'une résistance, ou shunt, avec un principe de régulation en courant d'une charge inductive, ceci afin de compenser les variations de ses caractéristiques en fonction de la température. La résistance interne de la charge variant avec la température, le circuit illustré dans la publication allemande permet de délivrer et de conserver un courant sensiblement constant, selon la requête souhaitée.
L'objet de l'invention est différent, puisqu'il s'agit donc en particulier d'assurer une protection en cas de surintensité ou de court-circuit.
Plus largement, l'invention a pour but d'assurer une limitation de courant, de protéger le commutateur logique relié à la charge et de minimiser les pertes dans le circuit, qu'il s'agisse de pertes calorifiques ou en tension.
Une solution à cela, proposée dans l'invention, consiste en ce que le circuit électronique précité comprenne un amplificateur de la tension existant aux bornes de la résistance ou shunt, l'amplificateur comprenant une boucle de contre-réaction entre sa sortie et son entrée inverseuse (borne négative), son entrée non-inverseuse (borne positive) étant alimentée à travers une (seconde) résistance par un signal carré de rapport cyclique variable correspondant à une logique de commande d'un microprocesseur, son entrée inverseuse recevant un signal à amplifier correspondant au courant circulant dans le commutateur logique et qui est prélevé aux bornes de la résistance ou shunt, de sorte qu'en cas de variation de l'impédance de la charge ou de sa tension d'alimentation, la tension générée en sortie de l'amplificateur atteint une valeur telle que le commutateur logique bascule d'un état passant à un état de limitation de courant.
Ainsi, l'amplificateur va pouvoir non seulement amplifier le signal reçu mais également protéger l'interrupteur (commutateur logique on/off) contre une surintensité ou un court-circuit. En effet, dans ce cas, la tension générée par
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l'amplificateur (utilisé pour la mesure du courant) est portée à une tension telle qu'elle provoque le changement d'état du commutateur dans lequel passe ce courant.
Pour la fiabilité du circuit et par souci de réduction des coûts, une caractéristique complémentaire de l'invention conseille que le commutateur logique soit un transistor de type MOS (Métal Oxyde Semiconductor) ou IGBT (Insulated Gâte Bipolar Transistor).
Deux autres caractéristiques sont également conseillées dans le circuit de l'invention : - les bornes inverseuse et non-inverseuse de l'amplificateur sont avantageusement respectivement branchées aux bornes de la résistance ou shunt, chacune à travers une résistance, - et/ou l'entrée non-inverseuse de l'amplificateur est avantageusement reliée, à travers la seconde résistance, directement à une sortie du microprocesseur pour assurer une commande (avec rapport cyclique variable) du commutateur logique, au travers de l'amplificateur.
Ainsi, si une commande de type PWM (pulse width modulation) sortant du microprocesseur et passant à travers un pont de résistances est appliquée sur l'entrée non inverseuse de l'amplificateur, la sortie de cet amplificateur va réagir pour adapter son entrée inverseuse, compte tenu du signal reçu à sa première entrée. En d'autres termes, la tension de sortie de l'amplificateur va alors être une image de la commande PWM tenant compte du signal de la boucle de contre-réaction.
Dans le cadre d'un fonctionnement opérationnel privilégié, et en relation avec une production en grande série pour l'industrie automobile, il est par ailleurs prévu dans l'invention : - que la charge comprenne une bobine et/ou une résistance, - que la charge soit soumise à la tension d'une batterie d'un véhicule automobile, - que le commutateur logique soit un transistor, - qu'une borne de la charge soit reliée à une borne du transistor, - qu'une autre borne du transistor soit reliée à une borne de la résistance ou shunt, - que l'autre borne de la résistance ou shunt soit reliée à la masse.
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En outre, avantageusement, l'amplificateur présentera un gain pouvant être défini en fonction des valeurs des résistances ceci permettant à la résistance du shunt de mesure de l'intensité du courant circulant dans le commutateur logique de n'avoir qu'une faible valeur ohmique.
Une description encore plus détaillée de l'invention va maintenant être fournie en référence à la figure 1 qui montre un circuit conforme à l'invention.
Ainsi, on peut constater que l'entrée positive (non-inverseuse) 1a d'un amplificateur 1 reçoit au travers d'une résistance 5 (R4), un signal d'amplitude fixe issu de la sortie 3a d'une source d'alimentation électrique 3.
La source 3 est ici un microprocesseur à signal logique carré, de sortie PWM (pulse width modulation), d'amplitude constante.
Pour que l'amplificateur 1 soit utilisé non seulement comme indicateur d'intensité du courant mais également comme contrôleur du commutateur logique on/off, 9, il présente une boucle de contre-réaction établie entre sa sortie 1 b et son entrée inverseuse (borne négative) 1 c.
Cette boucle de contre-réaction comprend une résistance 11(R2).
Le commutateur on/off, 9, est avantageusement un transistor.
Sur la figure, il s'agit d'un transistor de type MOS (Metal Oxyde Semiconductor- semi-conducteur à oxyde métallique).
Le commutateur 9 intervient dans le contrôle et la limitation du courant électrique dans la charge 13, laquelle est soumise à une tension d'alimentation U.
La charge 13 peut en particulier être une bobine pour la magnétisation d'un relais d'électrovanne. Elle peut aussi comprendre une bobine et une résistance branchées en série avec, aux bornes de cet ensemble, une diode (solution non illustrée).
En pratique, la charge 13 peut donc consister en un circuit à bobine d'une électrovanne, pour une suspension de voiture, la tension U correspondant alors à la tension d'alimentation de la batterie du véhicule automobile.
Sur la figure 1, on constate que l'une des bornes du transistor 9 est reliée à la charge 13, une autre borne du transistor étant reliée à la résistance de shunt 7 (Rs), laquelle est, par son autre borne, reliée à la masse 15.
Pour que l'amplificateur de mesure 1 ait une action directe sur le commutateur 9 afin de le faire basculer dans son état de limitation de courant,
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"off", en cas d'une surintensité, sa sortie 1 b est reliée à la troisième borne du transistor 9, à travers la résistance 17, tandis que ses bornes inverseuse 1c et non-inverseuse 1a sont respectivement branchées aux bornes de la résistance ou shunt 7, chacune à travers une résistance, respectivement 19 (R1) et 21 (R3).
Ainsi : - la relation suivante se trouve validée : v (s) = v(PWM) - [R2 : R1]x v (Rs), avec R1 = R3 et R2 = R4, v(s) : tension de sortie de l'amplificateur, prise aux bornes de la résistance 22 branchée entre la masse et la ligne reliant la sortie 1 b de cet amplificateur et le raccordement 10, sur cette sortie, de la boucle de contreréaction, v(PWM) : tension de sortie de la source 3, v (Rs) : tension aux bornes de la résistance 7, - et on assure une commande, avec un rapport cyclique variable, du commutateur 9 au travers du circuit d'amplification.
En outre, on peut effectuer une lecture directe de la résistance ou shunt 7 sur la ligne d'entrée vers la borne inverseuse 1 c de l'amplificateur, la valeur ohmique de cette résistance 7 pouvant être faible (quelques centièmes d'ohm) grâce au gain réglable de l'amplificateur 1. En effet, comme le gain de l'amplificateur est fonction de la valeur des résistances R1, R2, R3 et R4 il est possible de l'ajuster de telle sorte que la résistance de shunt 7 soit la plus faible possible.
Au demeurant, soumis au signal issu de la source 3 et sortant de la résistance 5, l'amplificateur 1 modifie ce signal de commande du commutateur de puissance 9 en fonction du courant mesuré par la résistance 7.
Lors d'une diminution importante de l'impédance dans la charge 13, le circuit réagit pour limiter le courant à une valeur prédéterminée, en fonction du seuil de basculement du commutateur logique 9, et ceci quelle que soit la valeur du rapport cyclique du signal PWM.
En fonctionnement normal (hors surintensité ou court-circuit), le courant dans la charge 13 dépend du rapport cyclique appliqué.
Toutefois, pour un même rapport cyclique, le courant dans la charge va changer si l'impédance de charge, ou la tension d'alimentation U de cette charge, varie.
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Ainsi, le courant circulant dans la charge 13 est contrôlé à travers un transistor (9) commandé en tension via un signal de type PWM préalablement traité par un circuit d'amplification comprenant donc l'amplificateur 1, sa boucle de contre-réaction, ses résistances associées et son entrée non-inverseuse branchée sur la commande PWM.
En fonctionnement, le courant circulant dans le transistor 9 est mesuré par l'intermédiaire de la résistance 7 dont le faible signal est amplifié, filtré et lu par l'intermédiaire du circuit d'amplification.
En cas de soudaine surintensité (par exemple provoquée par un défaut de connexion dans le circuit électrique associé à une soupape du système de suspension et auquel la bobine 13 appartient), le commutateur logique 9 est basculé dans un état de limitation de courant pour éviter tout endommagement ou destruction de composants.
En pratique, plus l'intensité du courant va augmenter, plus faible sera la tension de sortie appliquée au transistor 9 par l'amplificateur 1 (le transistor étant alors supposé être dans son état passant).
Toutefois, tant que la tension de sortie transmise par cet amplificateur demeure au-dessus d'une tension suffisante pour assurer le contrôle du transistor, le contrôle de l'intensité du courant dans la charge 9 est considéré comme satisfaisant et le transistor demeure passant.
Par contre, si le courant dans le transistor 9 dépasse une certaine valeur (seuil de basculement du transistor), la tension appliquée à ce transistor (alors toujours dans son état passant) va décroître jusqu'à une valeur suffisamment basse pour le placer et le maintenir dans son état de limitation le protégeant ainsi contre une surintensité qui pourrait mener à la destruction du circuit.
Claims (6)
1.- Circuit électronique de contrôle et de limitation d'un courant électrique dans une charge (13) soumise à une tension d'alimentation, protégeant contre une surintensité ou un court-circuit, un commutateur logique on/off (9) commandé en tension, l'intensité du courant circulant dans le commutateur logique étant mesuré par l'intermédiaire d'une résistance (7), ou shunt, le dit circuit étant caractérisé en ce qu'il comprend un amplificateur (1) de la tension aux bornes de la résistance (7) ou shunt, l'amplificateur comprenant une boucle de contre-réaction entre sa sortie (1 b) et son entrée inverseuse (1 c) (borne négative), son entrée non-inverseuse (1 a) (borne positive) étant alimentée à travers une résistance (5) par un signal carré de rapport cyclique variable correspondant à une logique de commande d'un microprocesseur (3), l'entrée inverseuse recevant donc un signal à amplifier correspondant au courant circulant dans le commutateur logique et qui est prélevé aux bornes de la résistance (7) ou shunt, de sorte qu'en cas de variation de l'impédance de la charge ou de sa tension d'alimentation, la tension générée en sortie de l'amplificateur atteint une valeur telle que le commutateur logique bascule d'un état passant à un état de limitation en courant
2. - Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le commutateur logique (9) est un transistor de type MOS (Métal Oxyde Semiconductor) ou IGBT (Insulated Gâte Bipolar Transistor).
3. - Circuit selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les bornes inverseuse (1 c) et non-inverseuse (1 a) de l'amplificateur (1) sont respectivement branchées aux bornes de la résistance (7) ou shunt, chacune à travers une résistance (19, 21).
4. - Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entrée non inverseuse (1 a) de l'amplificateur est reliée, à travers la résistance (5), directement à une sortie du microprocesseur (3) pour assurer une commande de rapport cyclique variable du commutateur logique (9) au travers de l'amplificateur (1).
5. - Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que : - la charge (13) comprend une bobine et /ou une résistance,
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- la charge est soumise à la tension (U) d'une batterie d'un véhicule automobile, - le commutateur logique est un transistor, - une borne de la charge (13) est reliée à une borne du transistor (9), - une autre borne du transistor est reliée à une borne de la résistance (7) ou shunt, - l'autre borne de la résistance ou shunt est reliée à la masse (15).
6. - Circuit selon les revendications 1,3 et 4, caractérisé en ce que l'amplificateur (1) présente un gain réglable.
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