FR2858482A1 - DEVICE FOR PROTECTING SHORT CIRCUITS OF CONTINUOUS VOLTAGE CONVERTER - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un convertisseur de tension continue (2) alimenté par une alimentation continue comprenant un dispositif de protection contre les courts-circuits. Selon l'invention le circuit de protection contre les courts-circuits comprend un circuit de commutation (1) interposé dans le circuit d'alimentation du convertisseur (2) commandé par le niveau de la tension de sortie du convertisseur (2) pour couper le courant qui alimente le convertisseur (2) lorsqu'un court-circuit se produit sur sa sortie. L'invention s'applique à l'alimentation des circuits de sélection des sondes de réception d'antennes satellites paraboliques.The invention relates to a DC voltage converter (2) supplied by a DC power supply comprising a device for protection against short circuits. According to the invention, the short-circuit protection circuit comprises a switching circuit (1) interposed in the power supply circuit of the converter (2) controlled by the level of the output voltage of the converter (2) to cut off the current which supplies the converter (2) when a short circuit occurs on its output. The invention applies to the supply of the selection circuits of the reception probes of parabolic satellite antennas.
Description
DISPOSITIF DE PROTECTION CONTRE LES COURTS-CIRCUITS D'UN CONVERTISSEUR DEDEVICE FOR PROTECTING SHORT CIRCUITS OF A CONVERTER OF
TENSION CONTINUE.VOLTAGE CONTINUES.
La présente invention se rapporte à un dispositif de protection contre les courts-circuits d'un convertisseur de tension continue. The present invention relates to a short circuit protection device of a DC voltage converter.
Elle s'applique notamment à la commande des circuits de sélection des sondes de réception d'antennes satellites paraboliques. It applies in particular to the control of the selection circuits of the satellite dish antenna reception probes.
Il est connu pour opérer la sélection des signaux électromagnétiques détectés par les sondes de réception d'une antenne satellite et les transmettre au décodeur relié à l'antenne, de sélectionner ces signaux au moyen d'un commutateur commandé par un signal pouvant prendre deux niveaux de tension continue. It is known to select the electromagnetic signals detected by the reception probes of a satellite antenna and transmit them to the decoder connected to the antenna, to select these signals by means of a switch controlled by a signal that can take two levels. DC voltage.
A cette fin, une première sonde capte les ondes du champ électromagnétique polarisées horizontalement et une deuxième sonde capte les ondes du champ électromagnétique polarisées verticalement. Le premier niveau de tension continue, de 18 volts par exemple, agit sur le commutateur pour sélectionner le signal capté par la première sonde et le deuxième niveau de 20 tension continue de 13 volts par exemple, agit sur le commutateur pour sélectionner le signal capté par la deuxième sonde. Le signal sélectionné par le commutateur est transmis à un décodeur de réception via un étage mélangeur de fréquence. For this purpose, a first probe captures horizontally polarized electromagnetic field waves and a second probe captures vertically polarized electromagnetic field waves. The first DC voltage level, for example 18 volts, acts on the switch to select the signal picked up by the first probe and the second DC voltage level of 13 volts for example acts on the switch to select the signal picked up by the second probe. The signal selected by the switch is transmitted to a receiving decoder via a frequency mixing stage.
Ce mode de réalisation impose de prévoir, sur le transformateur de 25 I'alimentation des circuits qui se trouve dans le décodeur, deux enroulements secondaires spécifiques alimentant circuit de régulation linéaire, ce qui prend de la place, augmente le coût de réalisation des décodeurs et induit un rendement assez faible à cause des pertes de chaleur dans le système de régulation. This embodiment makes it necessary to provide, on the transformer of the power supply of the circuits which is in the decoder, two specific secondary windings supplying linear regulating circuit, which takes up space, increases the cost of realization of the decoders and induces a rather low efficiency because of heat losses in the control system.
Pour diminuer l'encombrement des décodeurs et leurs coûts de réalisation, 30 une alternative consiste à n'utiliser qu'une seule alimentation déportée du reste de la partie alimentation du décodeur. Cette alimentation est composée d'un convertisseur à découpage élévateur de la tension d'alimentation générale des circuits de réception délivrant sur commande deux niveaux de tension continue différents qui sont transmis par une liaison coaxiale au commutateur du dispositif de réception. To reduce the size of the decoders and their implementation costs, an alternative is to use only one power supply remote from the rest of the power supply part of the decoder. This power supply is composed of a step-up converter of the general supply voltage of the reception circuits delivering on command two different DC voltage levels which are transmitted by a coaxial connection to the switch of the receiving device.
Cependant le fait d'utiliser une liaison coaxiale peut être à l'origine de courts-circuits qui peuvent se produire entre le blindage et l'âme du câble coaxial 5 qui alimente le convertisseur élévateur de tension. Comme les convertisseurs à découpage du commerce ne sont pas protégés contre les courts-circuits, c'est directement l'alimentation générale de l'ensemble du dispositif de réception qui subit l'appel de courant provoqué par ces courts circuits et le fonctionnement du décodeur est perturbée. However, the fact of using a coaxial connection may cause short circuits that may occur between the shield and the core of the coaxial cable 5 which supplies the step-up converter. Since commercially available switching converters are not protected against short circuits, it is directly the general power supply of the entire receiving device which experiences the current draw caused by these short circuits and the operation of the decoder. is disturbed.
Le but de l'invention est de procurer un dispositif de protection permettant de protéger efficacement l'alimentation d'un convertisseur de tension continue à découpage lorsqu'un court-circuit se produit à la sortie du convertisseur. The object of the invention is to provide a protection device for effectively protecting the power supply of a switching DC voltage converter when a short circuit occurs at the output of the converter.
Le dispositif de protection contre les courts-circuits selon l'invention comprend un circuit de commutation interposé dans le circuit d'alimentation d'un convertisseur de tension continue commandé par le niveau de la tension de sortie du convertisseur pour couper le courant qui alimente le convertisseur de tension continue lorsqu'un court circuit se produit sur sa sortie. The short-circuit protection device according to the invention comprises a switching circuit interposed in the supply circuit of a DC voltage converter controlled by the level of the output voltage of the converter to cut off the current which supplies the power supply. DC voltage converter when a short circuit occurs on its output.
Le circuit de commutation comprend un MOSFET (Metal-Oxyde Semiconductor FET) qui est polarisé sur son électrode de source par la tension d'alimentation du convertisseur et qui est relié par son électrode de drain à l'entrée d'alimentation du convertisseur. La grille du transistor MOSFET est reliée au circuit de masse par l'intermédiaire d'un transistor bipolaire de commutation 25 commandé sur sa base à partir du niveau de sortie du convertisseur de tension de sorte que, le MOSFET se trouve dans un état ouvert lorsqu'un court-circuit se produit entre les bornes de sortie du convertisseur de tension et se trouve dans un état passant en l'absence de court-circuit. The switching circuit comprises a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) which is biased on its source electrode by the supply voltage of the converter and which is connected by its drain electrode to the power input of the converter. The gate of the MOSFET transistor is connected to the ground circuit via a bipolar switching transistor 25 controlled on its base from the output level of the voltage converter so that the MOSFET is in an open state when a short circuit occurs between the output terminals of the voltage converter and is in an on state in the absence of a short circuit.
Plus précisément le convertisseur de tension à découpage se compose 30 d'une part, d'une self dont une première extrémité est reliée à une borne de l'alimentation du convertisseur au travers du circuit de commutation et dont une deuxième extrémité est reliée à une charge au travers d'une cellule de redressement et de filtrage et d'autre part, d'un dispositif hacheur commandé alternativement pour charger la self aux bornes de la source d'alimentation générale durant une première période de temps déterminée et restituer dans la charge l'énergie emmagasinée dans la self durant une deuxième période de temps déterminée. More precisely, the switching voltage converter is composed, on the one hand, of a choke whose first end is connected to a terminal of the power supply of the converter through the switching circuit and of which a second end is connected to a charging through a rectifying and filtering cell and secondly, a chopper device alternately controlled to charge the self at the terminals of the general power source during a first predetermined period of time and restore in the load the energy stored in the self during a second determined period of time.
Avantageusement une résistance est reliée entre l'entrée et la sortie du convertisseur de tension continue pour permettre la conduction du MOSFET à la mise sous tension du convertisseur de tension. Une diode placée en série avec la résistance placée entre l'entrée et la sortie du convertisseur permet d'éviter des fuites de courant de la sortie vers l'entrée lorsque le convertisseur est un 10 élévateur de tension. Une alarme formée par une diode électroluminescente reliée en série avec la résistance permet d'avertir l'utilisateur de la présence d'un courtcircuit à la sortie du convertisseur. Advantageously, a resistor is connected between the input and the output of the DC voltage converter to enable the MOSFET to be turned on when the voltage converter is turned on. A diode placed in series with the resistor placed between the input and output of the converter avoids current leakage from the output to the input when the converter is a voltage booster. An alarm formed by a light-emitting diode connected in series with the resistor makes it possible to warn the user of the presence of a short circuit at the output of the converter.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement 15 à la lecture de la description suivante qui est donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des figures sur lesquelles: La Figure 1 est un schéma de principe représentatif d'un dispositif de protection contre les courts-circuits selon l'invention, d'un convertisseur élévateur de tension continue; - La Figure 2 est un mode de réalisation d'un convertisseur de tension continue à découpage muni d'un dispositif de protection contre les courts- circuits selon l'invention. Other features and advantages of the invention will become clear from reading the following description which is given by way of non-limiting example and with reference to the figures in which: FIG. 1 is a representative block diagram of a short circuit protection device according to the invention, a DC voltage step-up converter; FIG. 2 is an embodiment of a switching DC voltage converter provided with a short-circuit protection device according to the invention.
Sur la Figure 1, le dispositif de protection contre les courts-circuits est 25 disposé à l'intérieur d'une ligne fermée en pointillés 1 entre un convertisseur de tension continue à découpage 2 délivrant par une sortie S reliée aux bornes d'une résistance de charge Rc, une tension continue K. E multiple d'une tension E délivrée par un bloc d'alimentation générale 3 et appliqué sur l'entrée In du convertisseur de tension 2. In FIG. 1, the short-circuit protection device is disposed inside a closed dashed line 1 between a switching DC voltage converter 2 delivering an output S connected across a resistor. charge Rc, a DC voltage K. E multiple of a voltage E delivered by a general power supply unit 3 and applied to the input In of the voltage converter 2.
Le dispositif de protection comprend un MOSFET 4 et un transistor bipolaire de commande 5. The protection device comprises a MOSFET 4 and a bipolar control transistor 5.
Le MOSFET 4 est polarisé sur son électrode de source par la tension E délivrée par le bloc d'alimentation générale 3 et est relié par son électrode de drain à l'entrée In du convertisseur de tension continue 2. The MOSFET 4 is biased on its source electrode by the voltage E delivered by the general power supply unit 3 and is connected by its drain electrode to the input In of the DC voltage converter 2.
Le transistor bipolaire 5 est polarisé sur son collecteur par la tension E 5 délivrée par le bloc d'alimentation générale 3 au travers d'une résistance de collecteur R6, son émetteur étant relié directement au circuit de masse M du convertisseur de tension continue 2. Le collecteur du transistor 5 est d'autre part relié directement à la grille du MOSFET 4. Une résistance R7 est interposée entre la base du transistor bipolaire 5 et la sortie S du convertisseur de tension l0 continue délivrant la tension continue K.E. The bipolar transistor 5 is biased on its collector by the voltage E 5 delivered by the general power supply unit 3 through a collector resistor R6, its emitter being connected directly to the ground circuit M of the DC voltage converter 2. The collector of the transistor 5 is, on the other hand, directly connected to the gate of the MOSFET 4. A resistor R7 is interposed between the base of the bipolar transistor 5 and the output S of the continuous voltage converter 10 supplying the continuous voltage KE
Avantageusement une résistance R8 est reliée par l'intermédiaire d'une diode électroluminescente 9 entre l'électrode de source s du MOSFET 4, polarisée par la tension E, et la sortie S du convertisseur de tension continue 2 pour permettre la conduction du MOSFET à la mise sous tension du 15 convertisseur de tension 2. Advantageously, a resistor R8 is connected via a light-emitting diode 9 between the source electrode s of the MOSFET 4, biased by the voltage E, and the output S of the DC voltage converter 2 to enable the conduction of the MOSFET to powering up the voltage converter 2.
Le fonctionnement du dispositif de protection est le suivant. The operation of the protection device is as follows.
A la mise sous tension le diviseur de tension formé par la résistance R8 et la résistance de charge Rc induit un courant dans la base du transistor bipolaire 5 au travers de la résistance R7 ce qui entraîne la conduction du transistor 5 et la 20 mise au potentiel du circuit de masse M de la grille du MOSFET 4. On power-up the voltage divider formed by the resistor R8 and the load resistor Rc induces a current in the base of the bipolar transistor 5 through the resistor R7 which causes the conduction of the transistor 5 and the setting at the potential of the M mass circuit of the MOSFET 4 gate.
La différence de potentiel entre la grille et la source du MOSFET 4 est alors égale à -E ce qui entraîne une conduction du courant entre la source et le drain du MOSFET 4 et l'application de la tension d'alimentation E sur l'entrée In du convertisseur de tension continue 2. Dans le cas d'un convertisseur 2 qui 25 réalise une élévation de tension, la diode électroluminescente 9 est bloquée lorsque la tension de sortie du convertisseur 2 est supérieure à la tension d'alimentation du convertisseur. Le blocage de la diode 9 évite toute fuite de courant en sortie du convertisseur 2 à travers la résistance R8. The potential difference between the gate and the source of the MOSFET 4 is then equal to -E which results in conduction of the current between the source and the drain of the MOSFET 4 and the application of the supply voltage E on the input In the case of a converter 2 which produces an increase in voltage, the light-emitting diode 9 is blocked when the output voltage of the converter 2 is greater than the supply voltage of the converter. The blocking of the diode 9 prevents any current leakage at the output of the converter 2 through the resistor R8.
En cas de court-circuit sur la sortie S du convertisseur de tension continue 30 2, la différence de potentiel aux bornes de la résistance de charge Rc est nulle, le transistor bipolaire 5 se bloque, et la différence de potentiel entre la grille et la source du MOSFET 4 devient nulle ce qui bloque la conduction du MOSFET 4 et déleste le bloc d'alimentation générale 2 de la surcharge en courant qui ne manquerait pas de se produire en l'absence du dispositif de protection 1. Un courant circule à travers la diode électroluminescente 9 et la résistance R8, allumant ainsi la diode 9 qui sert de témoin d'alarme, le courant étant limité par la résistance R8. La diode électroluminescente 9 peut être remplacée par une simple diode si on ne souhaite pas avoir d'alarme visuelle de court-circuit. In the event of a short circuit on the output S of the DC voltage converter 2, the potential difference across the load resistor Rc is zero, the bipolar transistor 5 is blocked, and the potential difference between the gate and the source of the MOSFET 4 becomes null which blocks the conduction of the MOSFET 4 and offloads the general power supply 2 of the current overload which would not fail to occur in the absence of the protection device 1. A current flows through the light-emitting diode 9 and the resistor R8, thereby lighting the diode 9 which serves as an alarm indicator, the current being limited by the resistor R8. The light-emitting diode 9 can be replaced by a simple diode if it is not desired to have a visual short-circuit alarm.
Dans le mode de réalisation de la Figure 2 où les éléments homologues à ceux de la Figure 1 portent les mêmes références, le convertisseur de tension continue à découpage 2 se compose d'une part d'une self L1 dont une première extrémité est reliée à une borne du bloc d'alimentation générale 3 au travers du o10 circuit de commutation 1 et dont une deuxième extrémité est reliée à un condensateur 13 en parallèle sur une résistance de charge Rc au travers d'une diode de redressement D1. In the embodiment of FIG. 2, where the elements homologous to those of FIG. 1 bear the same references, the switching DC voltage converter 2 consists on the one hand of an inductor L1 whose first end is connected to a terminal of the general power supply unit 3 through the o10 switching circuit 1 and a second end of which is connected to a capacitor 13 in parallel on a load resistor Rc through a rectifying diode D1.
Un MOSFET de puissance 10 relie entre ses électrodes de source et de drain le point de liaison commun entre la self L1 et la diode D1 avec le circuit de 15 masse du convertisseur de tension continue 2. A power MOSFET 10 connects between its source and drain electrodes the common point of connection between the inductor L1 and the diode D1 with the ground circuit of the DC voltage converter 2.
Le MOSFET de puissance 10 est commandé par un signal alternatif de rapport cyclique déterminé, appliqué sur sa grille par un circuit de commande 11 au travers d'une résistance 12. A titre indicatif il pourra être utilisé comme circuit de commande le circuit UC3843AD1 commercialisé par la société de droit US 20 "Fairchild Semiconductors". The power MOSFET 10 is controlled by an AC signal of determined cyclical ratio, applied on its gate by a control circuit 11 through a resistor 12. As an indication, it may be used as control circuit the UC3843AD1 circuit marketed by the US company 20 "Fairchild Semiconductors".
Durant une première période de temps le MOSFET de puissance 10 est conducteur et fait circuler un courant dans la self L1 en branchant la self L1 aux bornes de sortie de l'alimentation générale par l'intermédiaire du MOSFET 4. During a first period of time the power MOSFET 10 is conductive and circulates a current in the inductor L1 by connecting the inductor L1 to the output terminals of the general power supply via the MOSFET 4.
Dans la période de temps suivante le circuit de commande 11 bloque le 25 MOSFET de puissance 10 et l'énergie emmagasinée dans la self durant la première période de temps est transmise à la résistance de charge Rc occasionnant un courant de décharge de la self L1 au travers de la diode D1 et de la résistance de charge Rc. In the following period of time the control circuit 11 blocks the power MOSFET 10 and the energy stored in the choke during the first period of time is transmitted to the load resistor Rc causing a discharge current of the inductor L1 to through the diode D1 and the load resistor Rc.
Les ondulations du courant de décharge aux bornes de la résistance de 30 charge sont filtrées par le condensateur 13 relié en parallèle aux bornes de la résistance de charge Rc. The ripples of the discharge current across the load resistor are filtered by the capacitor 13 connected in parallel across the load resistor Rc.
Ce courant de sortie dépend du rapport cyclique. Pour stocker plus d'énergie dans la self L1 il suffit d'augmenter le temps de conduction du MOSFET de puissance. This output current depends on the duty cycle. To store more energy in the L1 choke it is sufficient to increase the conduction time of the power MOSFET.
La tension de sortie est stabilisée par le circuit de commande 11 par comparaison d'une portion de cette tension à une référence interne. The output voltage is stabilized by the control circuit 11 by comparing a portion of this voltage to an internal reference.
On voit qu'en l'absence du circuit de protection contre les courtscircuits 1, l'extrémité de la self qui est opposée à celle relié à la diode D1 et au transistor MOSFET de puissance 10, serait directement reliée au pôle du bloc d'alimentation générale délivrant la tension E et que dans le cas où la sortie S du 10 convertisseur se trouve en courtcircuit avec le circuit de masse M, c'est le bloc d'alimentation générale 3 qui subit l'appel de courant occasionné par le courtcircuit et qui circule au travers de la self L1 et de la diode D1. It can be seen that, in the absence of the short circuit protection circuit 1, the end of the inductor which is opposed to that connected to the diode D1 and to the power MOSFET transistor 10, would be directly connected to the pole of the block. a general power supply supplying the voltage E and in the case where the output S of the converter is in short circuit with the ground circuit M, it is the general power supply unit 3 which experiences the current draw caused by the short-circuit. and which flows through the self L1 and the diode D1.
Par contre lorsqu'il y a court-circuit, le dispositif de protection selon l'invention permet d'isoler de façon efficace, comme cela a été expliqué 15 précédemment, la sortie du bloc d'alimentation générale 3 en bloquant la conduction du transistor à effet de champ 4. On the other hand, when there is a short-circuit, the protection device according to the invention makes it possible effectively to isolate, as explained above, the output of the general power supply unit 3 by blocking the conduction of the transistor. field effect 4.
Le calcul de la résistance R8 se fait en prenant en compte deux situations possibles. Une première situation correspond au cas de court circuit de la résistance de charge Rc. Le calcul de la valeur de la résistance R8 doit se faire 20 pour obtenir un courant suffisant pour allumer la diode électroluminescente 9 mais inférieure à un courant maximal pour la diode 9. Une deuxième situation correspond au cas où il n'y a pas de court-circuit et où la résistance R8 doit être calculée afin d'assurer une tension aux bornes de la résistance de charge qui soit supérieure à la tension de seuil du transistor bipolaire 5. Dans le cas, par 25 exemple, d'une utilisation du convertisseur de tension 2 à l'élaboration d'un signal de commande de 18 volts pour la sélection d'une sonde de réception d'une antenne satellite, la valeur de la résistance R8 pourra être fixée à 510 Ohms pour permettre la conduction du transistor bipolaire 5 dont le seuil de conduction entre base et émetteur est de 0, 7volts avec une résistance de charge Rc de 36 Ohms 30 correspondant à un courant maxi absorbé de 500 mA qui est le maximum toléré par la norme EUTELSAT DiSEqC 1.2. En cas de court-circuit, le courant traversant la diode 9 sera environ de 20 mA. The calculation of the resistance R8 is done taking into account two possible situations. A first situation corresponds to the case of short circuit of the load resistor Rc. The calculation of the value of the resistor R8 must be done to obtain a current sufficient to turn on the light-emitting diode 9 but less than a maximum current for the diode 9. A second situation corresponds to the case where there is no short circuit. and wherein the resistor R8 must be calculated to provide a voltage across the load resistor that is greater than the threshold voltage of the bipolar transistor 5. In the case, for example, of using the converter voltage 2 to the development of an 18-volt control signal for the selection of a reception probe of a satellite antenna, the value of the resistor R8 can be set at 510 Ohms to allow the conduction of the bipolar transistor 5, whose conduction threshold between base and emitter is 0.7V with a load resistor Rc of 36 Ohms corresponding to a maximum absorbed current of 500 mA which is the maximum tolerated by the EUTELSAT DiSEqC standard 1.2. In the event of a short circuit, the current flowing through diode 9 will be approximately 20 mA.
Le mode de réalisation décrit un circuit de protection pour un circuit élévateur de tension à découpage. Il va de soit que le dispositif de protection, bien que particulièrement bien adapté à ce type de convertisseur de tension peut s'adapter à tout type de convertisseur continu, par exemple un régulateur de 5 tension ou un abaisseur de tension. Dans le cas où le convertisseur n'est pas un élévateur, la diode électroluminescente 9 n'assure plus que le rôle d'alarme est peut être supprimée si l'on ne désire pas avoir une telle alarme. The embodiment describes a protection circuit for a switching voltage booster circuit. It goes without saying that the protection device, although particularly well suited to this type of voltage converter can adapt to any type of DC converter, for example a voltage regulator or a voltage step-down. In the case where the converter is not an elevator, the light-emitting diode 9 no longer ensures that the alarm function can be suppressed if one does not wish to have such an alarm.
Claims (7)
Priority Applications (2)
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Applications Claiming Priority (1)
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- 2003-07-29 FR FR0309276A patent/FR2858482A1/en not_active Withdrawn
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2004
- 2004-07-16 WO PCT/FR2004/050343 patent/WO2005013454A1/en active Application Filing
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| "SCHEME FOR LOW LOSS HOT PLUGGING AND FAULT PROTECTION IN SWITCH MODE POWER", IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN, IBM CORP. NEW YORK, US, vol. 37, no. 6B, 1 June 1994 (1994-06-01), pages 367 - 369, XP000456035, ISSN: 0018-8689 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20060331 |