FR3089707A1 - Electronic power outage system with a quick outage solution. - Google Patents
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Abstract
Système électronique de coupure de courant doté d’une solution de coupure rapide. Un dispositif (10) électronique de coupure de courant comprenant au moins un transistor commandé (12), des moyens de mesure de courant (15), et une unité électronique de commande (16 couplée audit au moins un transistor commandé (12) et aux moyens de mesure de courant (15). L’unité électronique de commande (16) comprend : un premier comparateur (160) configuré pour comparer au moins une mesure de courant à un seuil de courant, un module (161) de détermination de la vitesse de variation du courant à partir d’au moins deux mesures de courant, un second comparateur (162) configuré pour comparer au moins une vitesse de variation du courant à un seuil de vitesse de variation de courant, un module de commande (163) configuré pour commander l’ouverture dudit au moins un transistor en fonction du résultat du premier comparateur (160) et du second comparateur (162). Figure pour l’abrégé : Fig. 4.Electronic power outage system with a quick outage solution. An electronic current cut-off device (10) comprising at least one controlled transistor (12), current measuring means (15), and an electronic control unit (16 coupled to said at least one controlled transistor (12) and to current measurement means (15). The electronic control unit (16) comprises: a first comparator (160) configured to compare at least one current measurement with a current threshold, a module (161) for determining the current variation speed from at least two current measurements, a second comparator (162) configured to compare at least one current variation speed with a current variation speed threshold, a control module (163) configured to control the opening of said at least one transistor as a function of the result of the first comparator (160) and the second comparator (162) Figure for the abstract: Fig. 4.
Description
DescriptionDescription
Titre de l'invention : Système électronique de coupure de courant doté d’une solution de coupure rapide.Title of the invention: Electronic power cut system with a quick cut solution.
Domaine techniqueTechnical area
[0001] L'invention concerne un équipement de protection électrique, et plus particulièrement un disjoncteur électronique de coupure de courant destiné à être monté sur un circuit électrique d’un aéronef.The invention relates to electrical protection equipment, and more particularly an electronic circuit breaker intended to be mounted on an electrical circuit of an aircraft.
Technique antérieurePrior art
[0002] Un disjoncteur électronique statique est un disjoncteur électronique qui peut être piloté par un microcontrôleur connu sous la dénomination anglaise de Solid State Power Controller (SSPC). Ce type de disjoncteur a une fonction de protection des câbles mais aussi de commutation des charges à distance. Grâce à ses caractéristiques électroniques, il peut embarquer également de nombreuses fonctions supplémentaires telles que l'actionnement sur logique de commande, la détection des arcs électriques, la mesure de courant, la transmission d'information à l'équipage ou au système de maintenance. Les SSPC peuvent être configurés pour des courants alternatifs (AC) ou continus (DC) de petite et moyenne puissance.A static electronic circuit breaker is an electronic circuit breaker which can be controlled by a microcontroller known by the English name of Solid State Power Controller (SSPC). This type of circuit breaker has a cable protection function but also remote load switching. Thanks to its electronic characteristics, it can also carry many additional functions such as actuation on control logic, detection of electric arcs, current measurement, transmission of information to the crew or to the maintenance system. The SSPCs can be configured for small and medium power alternating (AC) or direct (DC) currents.
[0003] Le disjoncteur électronique est dit statique en ce qu’il ne comporte pas d’élément en déplacement comme dans les disjoncteurs électromécaniques.The electronic circuit breaker is said to be static in that it does not have a moving element as in electromechanical circuit breakers.
[0004] Un disjoncteur électronique tel qu’un SSPC est paramétrable afin de pouvoir s’adapter à différentes configurations de câblage dans un aéronef. Les paramètres comportent généralement des informations du type « calibre de protection en courant », « état par défaut », « consignation », etc.An electronic circuit breaker such as an SSPC is configurable in order to be able to adapt to different wiring configurations in an aircraft. The parameters generally include information such as "current protection rating", "default state", "logging", etc.
[0005] Ces disjoncteurs électroniques sont composés généralement de deux transistors commandés MOSEET montés tête-bêche (high side & low side) dans le cas d’un SSPC en courant alternatif, ou bien d’un seul transistor commandé MOSLET dans le cas d’un SSPC en courant continu pour la partie interrupteur de puissance, et d’une unité électronique de commande pour commander et surveiller l’évolution du courant dans le câble en accord avec les paramètres de configuration reçus. Plusieurs fonctions de protection (I2t, Ponction mémoire Thermique) peuvent être gérées en parallèle par le microcontrôleur au travers d’une acquisition du courant traversant le SSPC qui peut être effectuée par l’intermédiaire d’un shunt de mesure ou tout autre dispositif de mesure du courant.These electronic circuit breakers are generally composed of two MOSEET controlled transistors mounted head to tail (high side & low side) in the case of an AC SSPC, or else a single MOSLET controlled transistor in the case of a DC SSPC for the power switch part, and an electronic control unit to control and monitor the evolution of the current in the cable in accordance with the configuration parameters received. Several protection functions (I 2 t, Thermal memory puncture) can be managed in parallel by the microcontroller through an acquisition of the current flowing through the SSPC which can be carried out via a measurement shunt or any other device. current measurement.
[0006] Sur la figure 1 est représenté schématiquement un disjoncteur statique SSPC alternatif monophasé selon l’état de la technique.In Figure 1 is shown schematically a single-phase alternating SSPC static circuit breaker according to the state of the art.
[0007] Le disjoncteur statique SSPC alternatif 1 comprend deux transistors MOSLET 2 montés tête bêche en série entre une borne d’entrée 3 et une borne de sortie 4, un moyen 5 de mesure du courant traversant les deux transistors commandés 2 et montés entre les deux transistors commandés 2, et une unité électronique de commande 6 alimentée par un bloc d’alimentation 7 et couplée à un bloc de communication 8 qui est raccordé à un bus de communication 9.The alternating static SSPC circuit breaker 1 comprises two MOSLET transistors 2 mounted head to tail in series between an input terminal 3 and an output terminal 4, a means 5 for measuring the current passing through the two controlled transistors 2 and mounted between the two controlled transistors 2, and an electronic control unit 6 supplied by a power supply unit 7 and coupled to a communication block 8 which is connected to a communication bus 9.
[0008] Lorsqu’un défaut de courant est détecté, l’unité électronique de commande envoie un ordre de commande OFF à la grille des transistor de puissance MOSFET.When a current fault is detected, the electronic control unit sends an OFF control command to the gate of the MOSFET power transistors.
[0009] Le dimensionnement de la partie puissance (MOSFET) du SSPC est conditionné par sa capacité à dissiper l’énergie reçue au moment de l’ouverture, a fortiori en cas de court-circuit (courant élevé). En effet l’énergie absorbée par les transistors de puissance MOSFET est de la forme LzL.I2 avec L l’impédance du circuit depuis la source (générateur) jusqu’au défaut de ligne et I le courant seuil à partir duquel on décide d’ouvrir la ligne.The dimensioning of the power part (MOSFET) of the SSPC is conditioned by its capacity to dissipate the energy received at the time of opening, a fortiori in the event of a short circuit (high current). Indeed the energy absorbed by the MOSFET power transistors is of the form LzL.I 2 with L the impedance of the circuit from the source (generator) to the line fault and I the threshold current from which we decide d 'open the line.
[0010] Ce seuil de courant est relativement élevé car le SSPC ne doit pas s’ouvrir en cas d’appel de courant au démarrage d’une charge. Pour des applications aéronautiques, les charges doivent respecter les normes D0160 ou ABD0100 et ne pas dépasser certains niveaux de courant d’appel, ou inrush en anglais, en fonction du temps comme cela est indiqué sur la figure 2 qui présente une représentation graphique du courant d’appel en fonction du temps autorisé par la norme D0160 en pointillés, du temps autorisé par la norme ABD0100 1.8 en trait mixte pour un SSPC calibré à 5 A (le courant de 5 A est représenté en trait continu fin), et du courant au-dessus duquel le câble risque de subir des dommages en trait fort.This current threshold is relatively high because the SSPC must not open in the event of a current call at the start of a load. For aeronautical applications, the loads must respect the standards D0160 or ABD0100 and not exceed certain levels of inrush current, or inrush in English, as a function of time as indicated in figure 2 which presents a graphic representation of the current according to the time authorized by the standard D0160 in dotted lines, the time authorized by the standard ABD0100 1.8 in mixed line for a SSPC calibrated at 5 A (the current of 5 A is represented in solid continuous line), and the current above which the cable risks being damaged in a strong line.
[0011] Comme illustré sur la figure 2, pour les applications aéronautiques, ces appels de courant sont de l’ordre de 8 à 9 fois le courant nominal de la ligne pendant une durée de 2 à 3 ms, puis 4 fois le courant nominal pendant un second plateau de 500 ms.As illustrated in Figure 2, for aeronautical applications, these current calls are of the order of 8 to 9 times the nominal current of the line for a period of 2 to 3 ms, then 4 times the nominal current during a second plateau of 500 ms.
[0012] Dans certains cas de montée rapide du courant dans les transistors de puissance MOSFET, par exemple dans un cas de défaut de ligne direct, le système d’acquisition de courant géré par le microcontrôleur n’est pas assez rapide pour ouvrir la ligne avant que le courant n’atteigne une valeur pouvant être destructrice pour le transistor MOSFET.In some cases of rapid current rise in MOSFET power transistors, for example in a case of a direct line fault, the current acquisition system managed by the microcontroller is not fast enough to open the line before the current reaches a value which can be destructive for the MOSFET transistor.
[0013] Pour éviter cette destruction, il est connu d’ajouter un comparateur analogique en parallèle du traitement logiciel afin de détecter rapidement tout sur-courant et d’ouvrir immédiatement la ligne.To avoid this destruction, it is known to add an analog comparator in parallel with the software processing in order to quickly detect any overcurrent and immediately open the line.
[0014] Bien que cette solution présente l’avantage d’être simple, elle a le défaut de ne pas être suffisamment robuste en cas de perturbations électromagnétiques du circuit électronique de mesure du SSPC, comme par exemple en cas de foudre ou d’agression électrique en provenance du réseau électrique de l’avion.Although this solution has the advantage of being simple, it has the defect of not being sufficiently robust in the event of electromagnetic disturbances of the electronic measurement circuit of the SSPC, such as for example in the event of lightning or aggression from the airplane electrical network.
[0015] En outre, pour un SSPC en courant alternatif, deux cas de dimensionnement sont àIn addition, for an AC SSPC, two dimensioning cases are to
[0016][0016]
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[0021] considérer : le cas de court-circuit entre phase et neutre, et le cas de court-circuit entre 2 phases, la tension réseau à considérer vue aux bornes du SSPC étant différente. Exposé de l'inventionConsider: the case of short circuit between phase and neutral, and the case of short circuit between 2 phases, the network voltage to be considered seen across the SSPC being different. Statement of the invention
L'invention vise à fournir une solution permettant de rendre plus robuste la détection rapide de sur-courant en cas de court-circuit sur faible impédance, tout en évitant d’augmenter le niveau de courant et l’énergie devant être absorbée par les transistors de puissance MOSLET, tout ceci en cherchant à optimiser au plus juste besoin le nombre de transistors de puissance utilisés en parallèle.The invention aims to provide a solution which makes the rapid detection of overcurrent more robust in the event of a short circuit on low impedance, while avoiding increasing the current level and the energy to be absorbed by the transistors. of MOSLET power, all this while seeking to optimize as much as possible the number of power transistors used in parallel.
Dans un premier objet de l’invention, il est proposé un dispositif électronique de coupure de courant comprenant au moins un transistor commandé, des moyens de mesure de courant, et une unité électronique de commande couplée audit au moins un transistor et aux moyens de mesure de courant.In a first object of the invention, an electronic current cut-off device is proposed comprising at least one controlled transistor, current measuring means, and an electronic control unit coupled to said at least one transistor and to the measuring means. current.
Selon une caractéristique générale de l’invention, l’unité de commande comprend :According to a general characteristic of the invention, the control unit comprises:
• un premier comparateur configuré pour comparer au moins une mesure de courant à un seuil de courant, • un module de détermination de la vitesse de variation du courant à partir d’au moins deux mesures de courant, • un second comparateur configuré pour comparer au moins une vitesse de variation du courant à un seuil de vitesse de variation de courant, • un module de commande configuré pour commander l’ouverture dudit au moins un transistor en fonction du résultat du premier comparateur et du second comparateur.• a first comparator configured to compare at least one current measurement with a current threshold, • a module for determining the speed of variation of the current from at least two current measurements, • a second comparator configured to compare with the minus a current variation speed at a current variation speed threshold, • a control module configured to control the opening of said at least one transistor as a function of the result of the first comparator and the second comparator.
Le dispositif électronique de coupure de courant selon l’invention permet de confirmer l’apparition d’un court-circuit et de le distinguer du cas d’un appel de courant acceptable (inrush) grâce à une anticipation de l’évolution de la pente du courant, c’est-à-dire la vitesse de variation du courant, en plus d’une solution matérielle de déclenchement sur seuil fixe.The electronic power cut device according to the invention makes it possible to confirm the appearance of a short circuit and to distinguish it from the case of an acceptable current draw (inrush) by anticipating the evolution of the slope. of the current, that is to say the speed of variation of the current, in addition to a hardware solution for triggering on a fixed threshold.
Le seuil de déclenchement matériel détecte le courant maximum supportable par le transistor commandé et déclenche une interruption au niveau de l’unité électronique de commande.The hardware trigger threshold detects the maximum current that can be supported by the controlled transistor and triggers an interruption at the electronic control unit.
L’anticipation de l’évolution du courant est quant à elle faite par l’acquisition permanente et rapide de deux valeurs successives de courant pour déterminer en temps réel la vitesse de variation du courant. Avant même l’apparition de l’interruption matérielle, il est donc possible d’anticiper l’évolution du courant et de prédire un défaut. En effet, il est facile de distinguer entre l’évolution du courant lié à un court-circuit sur l’impédance du générateur seul et l’évolution du courant lié à un appel de courant de charge sur une impédance de circuit constituée de l’impédance du générateur ad4 ditionnée à l’impédance de la charge, comme cela est illustré sur la figure 3.The anticipation of the evolution of the current is made by the permanent and rapid acquisition of two successive values of current to determine in real time the speed of variation of the current. Even before the appearance of the hardware interruption, it is therefore possible to anticipate the evolution of the current and predict a fault. Indeed, it is easy to distinguish between the evolution of the current linked to a short circuit on the impedance of the generator alone and the evolution of the current linked to a load current draw on a circuit impedance made up of the generator impedance ad4 summed to load impedance, as illustrated in figure 3.
[0022] La figure 3 est une représentation graphique de l’intensité du courant en fonction du temps. Sur la figure 3 sont représentées la pente de courant d’appel en trait pointillés et la pente de courant de court-circuit en trait continu. Les pentes de courant correspondent aux vitesses de variation des courants.Figure 3 is a graphical representation of the intensity of the current as a function of time. In Figure 3 are shown the inrush current slope in dotted lines and the short-circuit current slope in solid lines. The current slopes correspond to the rates of variation of the currents.
[0023] En fonction du paramétrage choisi, le dispositif électronique de coupure ouvrira le circuit électrique si l’évolution du courant pendant sa montée est située entre ces deux courbes, c’est-à-dire au-dessus d’un courant d’appel de charge, mais en dessous d’un courant de court-circuit, et si le seuil de courant est dépassé, le seuil pouvant correspondre à n fois le courant nominal du circuit électrique, le courant nominal correspondant au courant autorisé sur le circuit pour un fonctionnement normal.Depending on the setting chosen, the electronic cut-off device will open the electrical circuit if the change in current during its rise is located between these two curves, that is to say above a current of load call, but below a short-circuit current, and if the current threshold is exceeded, the threshold may correspond to n times the nominal current of the electric circuit, the nominal current corresponding to the current authorized on the circuit for normal operation.
[0024] Le dispositif électronique de coupure de courant selon l’invention utilise ainsi deux informations bien distinctes : un seuil de courant fixe paramétrable et un calcul de la vitesse de variation du courant en utilisant au minimum deux acquisitions successives. L’utilisation de ces deux informations distinctes permet de garantir la robustesse de la détection du court-circuit et éviter toute détection intempestive en cas de foudre ou d’agression électrique.The electronic current cutoff device according to the invention thus uses two very distinct pieces of information: a configurable fixed current threshold and a calculation of the speed of variation of the current using at least two successive acquisitions. The use of these two separate pieces of information makes it possible to guarantee the robustness of the detection of the short-circuit and avoid any untimely detection in the event of lightning or electrical attack.
[0025] Dans un premier aspect du dispositif électronique de coupure de courant, ledit au moins un transistor commandé peut être un transistor à effet de champ à grille isolée (MOSFET).In a first aspect of the electronic power cut device, said at least one controlled transistor can be an insulated gate field effect transistor (MOSFET).
[0026] Dans un deuxième aspect du dispositif électronique de coupure de courant, l’unité électronique de commande peut être un microcontrôleur.In a second aspect of the electronic power cut device, the electronic control unit can be a microcontroller.
[0027] Dans un troisième aspect du dispositif électronique de coupure de courant, l’unité électronique de commande peut comprendre une mémoire configurée, d’une part, pour stocker en mémoire un premier déclencheur lorsque la valeur absolue d’une mesure de courant comparée par le premier comparateur est supérieure au seuil de courant et, d’autre part, pour stocker en mémoire un second déclencheur lorsque la valeur absolue de la vitesse de variation de courant comparée par le second comparateur est supérieure au seuil de vitesse de variation de courant.In a third aspect of the electronic power cut device, the electronic control unit can include a memory configured, on the one hand, to store in memory a first trigger when the absolute value of a current measurement compared by the first comparator is greater than the current threshold and, on the other hand, for storing in memory a second trigger when the absolute value of the speed of current variation compared by the second comparator is greater than the threshold of speed of current variation .
[0028] Dans un quatrième aspect du dispositif électronique de coupure de courant, l’unité électronique de commande peut comprendre en outre un module de réinitialisation configuré pour vider la mémoire si ledit au moins un transistor commandé est toujours fermé après l’expiration d’un délai prédéterminé à compter de la mémorisation du premier déclencheur ou du second déclencheur.In a fourth aspect of the electronic power cut device, the electronic control unit may further comprise a reset module configured to empty the memory if said at least one controlled transistor is still closed after the expiration of a predetermined delay from the storage of the first trigger or the second trigger.
[0029] Dans un cinquième aspect du dispositif électronique de coupure de courant, les moyens de mesures de courant peuvent être configurés pour réaliser des mesures à une fréquence comprise entre 10 et 100 kHz.In a fifth aspect of the electronic power cut device, the current measurement means can be configured to perform measurements at a frequency between 10 and 100 kHz.
[0030] Dans une troisième objet de l’invention, il est proposé un système électronique comprenant deux dispositifs électroniques de coupure du courant tels que définis cidessus et fonctionnant en parallèle pour détecter un courant de court-circuit entre deux phases, chacun des deux dispositifs protégeant une charge connectée sur une phase dudit dispositif.In a third object of the invention, an electronic system is proposed comprising two electronic current cut-off devices as defined above and operating in parallel to detect a short-circuit current between two phases, each of the two devices protecting a load connected to a phase of said device.
[0031] Dans un troisième objet de l’invention, il est proposé un procédé de déclenchement d’un dispositif électronique de coupure de courant comprenant au moins un transistor commandé, des moyens de mesure de courant, et une unité électronique de commande couplée audit au moins un transistor et aux moyens de mesure de courant, le procédé comprenant :In a third object of the invention, there is provided a method for triggering an electronic current cut-off device comprising at least one controlled transistor, current measuring means, and an electronic control unit coupled to said at least one transistor and the current measuring means, the method comprising:
a) au moins une mesure du courant traversant ledit au moins un transistor commandé, eta) at least one measurement of the current passing through said at least one controlled transistor, and
b) au moins une première comparaison d’une mesure de courant à un seuil de courant.b) at least a first comparison of a current measurement with a current threshold.
[0032] Selon une caractéristique générale du procédé de déclenchement d’un dispositif électronique de coupure de courant selon l’invention, le procédé comprend en outre :According to a general characteristic of the method for triggering an electronic power cut device according to the invention, the method further comprises:
c) au moins une détermination d’une vitesse de variation de courant à partir d’au moins deux mesures de courant,c) at least one determination of a current variation speed from at least two current measurements,
d) au moins une seconde comparaison d’une vitesse de variation de courant à un seuil de vitesse de variation de courant, etd) at least a second comparison of a current variation speed with a current variation speed threshold, and
e) une commande de l’ouverture dudit au moins un transistor commandé lorsque la valeur absolue d’une mesure de courant est supérieure au seuil de courant et la valeur absolue d’une vitesse de variation de courant est supérieure au seuil de vitesse de variation de courant.e) a command to open said at least one controlled transistor when the absolute value of a current measurement is greater than the current threshold and the absolute value of a current variation speed is greater than the variation speed threshold current.
[0033] Dans un premier aspect du procédé de déclenchement d’un dispositif électronique de coupure de courant, le procédé comprend au moins une itération des étapes a) à e), les étapes a) à e) étant réitérées tant que le transistor commandé est fermé.In a first aspect of the method of triggering an electronic power cut device, the method comprises at least one iteration of steps a) to e), steps a) to e) being repeated as long as the transistor controlled is closed.
[0034] Dans un deuxième aspect du procédé de déclenchement d’un dispositif électronique de coupure de courant, le procédé peut comprendre au moins une première itérations N des étapes a) à e) et une seconde itération N+l des étapes a) à e), la seconde itération N+l succédant à la première itération N, les étapes b) à e) de la première itération N étant réalisée en même temps que l’étape a) de la seconde itération suivante N+l, et l’étape a) comprenant à chaque itération au moins deux mesures de courant.In a second aspect of the method for triggering an electronic power cut device, the method can include at least a first iteration N of steps a) to e) and a second iteration N + l of steps a) to e), the second iteration N + l succeeding the first iteration N, steps b) to e) of the first iteration N being carried out at the same time as step a) of the next second iteration N + l, and l step a) comprising at each iteration at least two current measurements.
[0035] Autrement dit, le procédé peut comprendre au moins deux itérations des étapes a) à e) dont une itération N et une itération suivante N+l, les étapes b) à e) de l’itération N étant réalisées en même temps que l’étape a) de l’itération suivante N+l, et l’étape a) de chaque itération comprenant au moins deux mesures de courant.In other words, the method can comprise at least two iterations of steps a) to e) including an iteration N and a next iteration N + 1, steps b) to e) of the iteration N being carried out at the same time that step a) of the next iteration N + 1, and step a) of each iteration comprising at least two current measurements.
[0036] En d’autres termes encore, l’étape a) de mesure de l’itération suivante est réalisée en même temps que les étapes b) à e) de traitement des données de l’itération en cours.In still other words, step a) of measuring the next iteration is carried out at the same time as steps b) to e) of processing the data of the current iteration.
[0037] De cette manière les mesures peuvent être réalisées pendant un temps masqué, c’est-à-dire pendant un temps de traitement des données, ce qui permet de réduire la durée de l’intervalle de temps entre les mesures et le traitement des mesures permettant de déclencher l’ouverture du transistor commandé.In this way the measurements can be carried out during a masked time, that is to say during a data processing time, which makes it possible to reduce the duration of the time interval between the measurements and the processing. measures to trigger the opening of the controlled transistor.
[0038] Dans un troisième aspect du procédé de déclenchement d’un dispositif électronique de coupure de courant, le procédé peut comprendre en outre une première mémorisation d’un premier déclencheur lorsque la valeur absolue d’une mesure de courant comparée à l’étape b) est supérieure au seuil de courant, et une seconde mémorisation d’un second déclencheur lorsque la valeur absolue de la vitesse de variation de courant comparée à l’étape d) est supérieure au seuil de vitesse de variation de courant.In a third aspect of the method for triggering an electronic current cut-off device, the method can further comprise a first storage of a first trigger when the absolute value of a current measurement compared to the step b) is greater than the current threshold, and a second storage of a second trigger when the absolute value of the current variation speed compared with step d) is greater than the current variation speed threshold.
[0039] Dans un quatrième aspect du procédé de déclenchement d’un dispositif électronique de coupure de courant, le procédé peut comprendre en outre une réinitialisation d’une mémoire ayant stockée le premier déclencheur ou le second déclencheur lors d’une première itération X des étapes a) à e) du procédé, la mémoire étant réinitialisée si le transistor commandé est toujours fermé à la suite d’un nombre I d’itérations des étapes a) à e) suivant ladite première itération X.In a fourth aspect of the method for triggering an electronic current cut-off device, the method may further comprise a reset of a memory having stored the first trigger or the second trigger during a first iteration X of steps a) to e) of the method, the memory being reset if the controlled transistor is always closed following a number I of iterations of steps a) to e) following said first iteration X.
Brève description des dessinsBrief description of the drawings
[0040] L'invention sera mieux comprise à la lecture faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :The invention will be better understood on reading the following, for information but not limitation, with reference to the accompanying drawings in which:
[0041] [fig.l][Fig.l]
La figure 1 représente schématiquement un disjoncteur statique SSPC alternatif monophasé selon l’état de la technique.Figure 1 shows schematically a single-phase alternating static SSPC circuit breaker according to the state of the art.
[0042] [fig.2][Fig.2]
La figure 2 est une représentation graphique du courant d’appel en fonction du temps.Figure 2 is a graphical representation of the inrush current as a function of time.
[0043] [fig.3][Fig.3]
La figure 3 est une représentation graphique de l’intensité du courant en fonction du temps sur laquelle sont représentées la pente de courant d’appel et la pente de courant de court-circuit.FIG. 3 is a graphical representation of the current intensity as a function of time over which the inrush current slope and the short circuit current slope are represented.
[0044] [fig.4][Fig.4]
La figure 4 présente schématiquement un dispositif électronique de coupure de courant selon un mode de réalisation de l’invention.FIG. 4 schematically shows an electronic current cut-off device according to an embodiment of the invention.
[0045] [fig.5][Fig.5]
La figure 5 représente un ordinogramme d’un procédé de déclenchement du dispositif électronique de coupure de courant de la figure 4 selon un premier mode de mise en œuvre.FIG. 5 represents a flowchart of a method for triggering the electronic current cut-off device of FIG. 4 according to a first mode of implementation.
[0046] [fig.6][Fig.6]
La figure 6 représente un ordinogramme d’un procédé de déclenchement du dispositif électronique de coupure de courant de la figure 4 selon un second mode de mise en œuvre.FIG. 6 represents a flow chart of a method for triggering the electronic current cut-off device of FIG. 4 according to a second mode of implementation.
Description des modes de réalisationDescription of the embodiments
[0047] Sur la figure 4 est représenté schématiquement un dispositif 10 électronique de coupure de courant selon un mode de réalisation de l’invention.In Figure 4 is shown schematically an electronic device 10 of power cut according to an embodiment of the invention.
[0048] Le dispositif 10 comprend un bloc de coupure du courant comprenant au moins un transistor commandé MOSLET 12 raccordé entre une borne d’entrée 13 et une borne de sortie 14. La borne d’entrée 13 et la borne sortie 14 sont destinées à être raccordées entre deux bornes d’un circuit électrique dont le courant doit être surveillé, les deux bornes du circuit électrique étant raccordées électriquement ensemble via le dispositif 10 électronique de coupure de courant lorsque le ou les transistor(s) 12 du bloc de coupure du courant sont fermés.The device 10 comprises a current cut-off block comprising at least one MOSLET controlled transistor 12 connected between an input terminal 13 and an output terminal 14. The input terminal 13 and the output terminal 14 are intended for be connected between two terminals of an electrical circuit whose current must be monitored, the two terminals of the electrical circuit being electrically connected together via the electronic device 10 for breaking the current when the transistor (s) 12 of the cut-off block of the stream are closed.
[0049] Dans le cas où le dispositif 10 est destiné à surveiller un courant continu, le bloc de coupure du courant comprend un seul transistor commandé 12. Dans le cas où le dispositif 10 est destiné à surveiller un courant alternatif, le bloc de coupure du courant comprend deux transistors commandés 12. Dans la suite de la description de la figure 4, on se placera dans le cas d’un dispositif 10 configuré pour la surveillance d’un courant continu.In the case where the device 10 is intended to monitor a direct current, the current cut-off block comprises a single controlled transistor 12. In the case where the device 10 is intended to monitor an alternating current, the cut-off block of the current comprises two controlled transistors 12. In the following description of FIG. 4, we will take the case of a device 10 configured for monitoring a direct current.
[0050] Le dispositif 10 comprend en outre un moyen 15 de mesure du courant traversant le transistor commandé 12 du bloc de coupure du courant et un microcontrôleur 16 alimenté par un bloc d’alimentation 17 et couplé à un bloc de communication 18 qui est raccordé à un bus de communication 19.The device 10 further comprises a means 15 for measuring the current passing through the controlled transistor 12 of the current cut-off unit and a microcontroller 16 supplied by a power supply unit 17 and coupled to a communication block 18 which is connected to a communication bus 19.
[0051] Le moyen 15 de mesure peut être un capteur de courant ou bien une résistance shunt coopérant avec un module électronique de mesure intégré au microcontrôleur 16.The measurement means 15 can be a current sensor or a shunt resistor cooperating with an electronic measurement module integrated into the microcontroller 16.
[0052] Le microcontrôleur 16 comprend un premier comparateur 160 configuré pour comparer une mesure de courant délivrée par le moyen de mesure 15 à un seuil de courant, un module 161 de détermination de la vitesse de variation du courant à partir d’au moins deux mesures de courant délivrées par le moyen de mesure 15, un second comparateur 162 configuré pour comparer la vitesse de variation du courant à un seuil de vitesse de variation de courant, et un module de commande 163 configuré pour commander l’ouverture du transistor 12 du bloc de coupure du courant en fonction du résultat du premier comparateur 160 et du second comparateur 162.The microcontroller 16 comprises a first comparator 160 configured to compare a current measurement delivered by the measuring means 15 to a current threshold, a module 161 for determining the speed of variation of the current from at least two current measurements delivered by the measuring means 15, a second comparator 162 configured to compare the speed of current variation with a threshold of speed of current variation, and a control module 163 configured to control the opening of transistor 12 of the current cutoff block according to the result of the first comparator 160 and the second comparator 162.
[0053] Le microcontrôleur 16 comprend en outre un module mémoire 164 configuré pour stocker en mémoire un premier déclencheur lorsque la valeur absolue d’une mesure de courant comparée par le premier comparateur 160 est supérieure au seuil de courant, et pour stocker en mémoire un second déclencheur lorsque la valeur absolue de la vitesse de variation de courant comparée par le second comparateur 162 est supérieure au seuil de vitesse de variation de courant.The microcontroller 16 further comprises a memory module 164 configured to store in memory a first trigger when the absolute value of a current measurement compared by the first comparator 160 is greater than the current threshold, and to store in memory a second trigger when the absolute value of the current variation speed compared by the second comparator 162 is greater than the current variation speed threshold.
[0054] Le microcontrôleur 16 comprend en outre un module de réinitialisation 165 configuré pour vider la mémoire du module mémoire 164 si le bloc de coupure du courant est toujours fermé après l’expiration d’un délai prédéterminé à compter de la mémorisation du premier déclencheur ou du second déclencheur.The microcontroller 16 further comprises a reset module 165 configured to empty the memory of the memory module 164 if the power cut block is still closed after the expiration of a predetermined period from the storage of the first trigger or the second trigger.
[0055] Sur la figure 5 est illustré un premier logigramme d’un procédé de déclenchement du dispositif électronique 10 de coupure de courant de la figure 4 selon un premier mode de mise en œuvre.In FIG. 5 is illustrated a first flow diagram of a method for triggering the electronic device 10 for breaking the current in FIG. 4 according to a first mode of implementation.
[0056] Dans le premier mode de mise en œuvre du procédé, on réalise tout d’abord, dans une première étape 500, une première série d’une pluralité de mesures du courant traversant le transistor du bloc de coupure du courant 12 à l’aide du moyen de mesure 15.In the first embodiment of the method, first of all, in a first step 500, a first series of a plurality of measurements of the current passing through the transistor of the current cut-off block 12 to 1 is carried out. using the measuring means 15.
[0057] La série de mesures de courant est transmise au microcontrôleur 16 qui réalise ensuite une seconde étape de traitement des données 510.The series of current measurements is transmitted to the microcontroller 16 which then performs a second step of processing the data 510.
[0058] L’étape de traitement des données 510 comprend une première comparaison 512 d’une pluralité de mesures du courant à un seuil de courant. Si l’une des mesures de courant est supérieure au seuil de courant, un premier indicateur de déclenchement d’interruption de courant est stockée dans le module mémoire 164 dans une étape 513.The data processing step 510 comprises a first comparison 512 of a plurality of current measurements to a current threshold. If one of the current measurements is greater than the current threshold, a first current interruption trigger indicator is stored in the memory module 164 in a step 513.
[0059] L’étape de traitement des données 510 comprend également une détermination 514 d’une pluralité de vitesses de variation du courant à partir d’une pluralité de couple de mesures de courant et de l’intervalle de temps entre les deux mesures du couple.The data processing step 510 also comprises a determination 514 of a plurality of rates of variation of the current from a plurality of pairs of current measurements and of the time interval between the two measurements of the couple.
[0060] L’étape de traitement des données 510 comprend aussi une seconde comparaison 516 d’une pluralité de vitesses de variation du courant à un seuil de vitesse de variation de courant. Si l’une des vitesses de variation de courant est supérieure au seuil de vitesse de variation de courant, un second indicateur de déclenchement d’interruption de courant est stockée dans le module mémoire 164 dans une étape 517.The data processing step 510 also includes a second comparison 516 of a plurality of current variation speeds to a current variation speed threshold. If one of the current variation speeds is greater than the current variation speed threshold, a second current interruption trigger indicator is stored in the memory module 164 in a step 517.
[0061] Le procédé comprend en outre une troisième étape 520 de commande de coupure de courant par le module de commande 165 dans laquelle le microcontrôleur 16 commande l’ouverture du transistor commandé dès que les deux indicateurs de déclenchement se trouvent stockés dans le module mémoire 164.The method further comprises a third step 520 of control of power cut by the control module 165 in which the microcontroller 16 controls the opening of the transistor controlled as soon as the two trigger indicators are stored in the memory module 164.
[0062] La première étape 500 et la seconde étape 510 sont réitérées tant que la coupure de courant n’a pas été commandée à l’étape 520.The first step 500 and the second step 510 are repeated as long as the power failure has not been ordered in step 520.
[0063] Pour gagner du temps, lorsque la seconde étape 510 de traitement des données est réalisée pour une itération N, la première étape 500 de mesure de courant de l’itération suivante N+l est lancée en parallèle. Ainsi, si la coupure de courant n’est pas commandée lors l’étape 520 à l’issu de la seconde étape de traitement 510 de l’itération N en cours, la seconde étape de traitement 510 de l’itération suivante N+l peut être réalisée tout de suite après la fin de la seconde étape de traitement 510 de l’itération N qui était en cours.To save time, when the second step 510 of data processing is carried out for an iteration N, the first step 500 of measuring the current of the next iteration N + 1 is launched in parallel. Thus, if the power cut is not controlled during step 520 at the end of the second processing step 510 of the iteration N in progress, the second processing step 510 of the next iteration N + 1 can be performed immediately after the end of the second processing step 510 of the iteration N which was in progress.
[0064] Dans le cas où le dispositif 10 est configuré pour surveiller un courant alternatif, le bloc de coupure du courant 12 comprend deux transistors commandés 12. Dans ce cas, tant que les transistors 12 du bloc de coupure du courant ne sont pas ouverts, chaque mesure de courant réalisée dans la première étape 500 comprend à la fois une mesure de la valeur positive de l’amplitude du signal de courant et une mesure de la valeur négative de l’amplitude du signal de courant.In the case where the device 10 is configured to monitor an alternating current, the current cut-off block 12 comprises two controlled transistors 12. In this case, as long as the transistors 12 of the current cut-off block are not open , each current measurement carried out in the first step 500 comprises both a measurement of the positive value of the amplitude of the current signal and a measurement of the negative value of the amplitude of the current signal.
[0065] Ensuite, chacune des premières comparaisons 512 d’une mesure de courant au seuil de courant comprend une comparaison de la valeur positive de l’amplitude du signal de courant à un seuil positif de courant et une comparaison de la valeur négative de l’amplitude du signal de courant à un seuil négatif de courant. Le premier déclencheur est mémorisé si la valeur positive de l’amplitude du signal de courant est supérieure au seuil positif de courant ou si la valeur négative de l’amplitude du signal de courant est inférieure au seuil négatif de courant.Next, each of the first comparisons 512 of a current measurement at the current threshold comprises a comparison of the positive value of the amplitude of the current signal to a positive current threshold and a comparison of the negative value of l amplitude of the current signal at a negative current threshold. The first trigger is memorized if the positive value of the amplitude of the current signal is greater than the positive current threshold or if the negative value of the amplitude of the current signal is less than the negative current threshold.
[0066] Chacune des déterminations 514 d’une vitesse de variation de courant comprend une détermination d’une vitesse de variation de courant de valeur positive réalisée à partir des valeurs positives d’amplitude du signal de courant de deux mesures successives et une détermination d’une vitesse de variation de courant de valeur négative réalisée à partir des valeurs négatives d’amplitude du signal de courant des deux mêmes mesures successives. Et chaque seconde comparaison 516 d’une vitesse de variation de courant comprend une comparaison de la vitesse de variation de courant de valeur positive à un seuil de vitesse de variation de courant positif et une comparaison de la vitesse de variation de courant de valeur négative à un seuil de vitesse de variation de courant négatif. Le second déclencheur est mémorisé si la vitesse de variation de courant de valeur positive est supérieur au seuil de vitesse de variation de courant positif ou si la vitesse de variation de courant de valeur négative est inférieure au seuil de vitesse de variation de courant négatif.Each of the determinations 514 of a speed of current variation comprises a determination of a speed of current variation of positive value made from positive values of amplitude of the current signal of two successive measurements and a determination of a speed of current variation of negative value produced from negative values of amplitude of the current signal of the same two successive measurements. And each second comparison 516 of a current variation speed comprises a comparison of the current variation speed of positive value to a positive current variation speed threshold and a comparison of the current variation speed of negative value to a negative current variation speed threshold. The second trigger is memorized if the current variation speed of positive value is greater than the positive current variation speed threshold or if the current variation speed of negative value is less than the negative current variation speed threshold.
[0067] Par ailleurs, pour détecter un court-circuit entre deux phases d’un circuit électrique fonctionnant avec un courant alternatif, on peut utiliser deux dispositifs électroniques de coupure de courant 10, chacun protégeant une phase, les deux dispositifs de détection fonctionnant alors en parallèle pour surveiller le même courant de courtcircuit entre les deux phases.Furthermore, to detect a short circuit between two phases of an electrical circuit operating with alternating current, one can use two electronic power cut devices 10, each protecting a phase, the two detection devices then operating in parallel to monitor the same short-circuit current between the two phases.
[0068] Le léger retard lié au temps de latence lié à l’exécution de l’interruption logicielle est bénéfique car il permet au second dispositif électronique de coupure de courant de réagir en parallèle, ce qui permet d’optimiser le dimensionnement global du nombre de transistors commandés à utiliser, l’énergie à dissiper étant répartie sur les deux groupes de transistors commandés plutôt que sur un seul groupe.The slight delay linked to the latency time linked to the execution of the software interruption is beneficial because it allows the second electronic power cut device to react in parallel, which makes it possible to optimize the overall dimensioning of the number of controlled transistors to be used, the energy to be dissipated being distributed over the two groups of controlled transistors rather than over a single group.
[0069] Sur la figure 6 est illustré un premier logigramme d’un procédé de déclenchement du dispositif électronique 10 de coupure de courant de la figure 4 selon un second mode de mise en œuvre.In FIG. 6 is illustrated a first flow diagram of a method for triggering the electronic device 10 of current cut in FIG. 4 according to a second mode of implementation.
[0070] Dans le second mode de mise en œuvre du procédé, on réalise tout d’abord, dans une première étape 600, une première mesure de courant à l’aide du moyen de mesure 15.In the second mode of implementation of the method, first of all, in a first step 600, a first current measurement is made using the measuring means 15.
[0071] La mesure est transmise au premier comparateur 160 du microcontrôleur 16 qui réalise alors, dans une étape 605, une première comparaison de la mesure de courant à un seuil de courant, et commande le stockage d’un premier indicateur de déclenchement d’interruption de courant dans le module mémoire 164 dans une étape 610 si la mesure de courant est supérieure au seuil de courant.The measurement is transmitted to the first comparator 160 of the microcontroller 16 which then performs, in a step 605, a first comparison of the current measurement with a current threshold, and controls the storage of a first trigger indicator of current interruption in the memory module 164 in a step 610 if the current measurement is greater than the current threshold.
[0072] Dans le même temps, le moyen de mesure 15 réalise une nouvelle mesure de courant dans une étape 615 et la transmet au microcontrôleur 16.At the same time, the measuring means 15 performs a new current measurement in a step 615 and transmits it to the microcontroller 16.
[0073] A la suite de l’étape 615, le module de détermination 161 détermine, dans une étape 620, une détermination d’une vitesse de variation de courant à partir des deux mesures de courant reçues par le microcontrôleur 16, et transmet cette vitesse au second comparateur 162.Following step 615, the determination module 161 determines, in a step 620, a determination of a speed of current variation from the two current measurements received by the microcontroller 16, and transmits this speed at second comparator 162.
[0074] Le second comparateur réalise alors, dans une étape 625, une seconde comparaison de la vitesse de variation de courant déterminé à un seuil de vitesse de variation de courant, et commande le stockage d’un second indicateur de déclenchement d’interruption de courant dans le module mémoire 164 dans une étape 630 si la vitesse de variation de courant est supérieure au seuil de vitesse de variation de courant.The second comparator then performs, in a step 625, a second comparison of the speed of current variation determined with a threshold of speed of current variation, and controls the storage of a second indicator for triggering interruption of current in the memory module 164 in a step 630 if the current variation speed is greater than the current variation speed threshold.
[0075] Dans une étape suivante 635, le module de commande 163 contrôle si les deux indicateurs de déclenchement d’interruption de courant sont stockés en mémoire, et commande l’ouverture du ou des transistor(s) du bloc de coupure du courant si les deux indicateurs de déclenchement d’interruption de courant sont stockés en mémoire. Sinon, le module de commande 163 commande une réitération des étapes 605 à 635 avec la nouvelle mesure réalisée à l’étape 615 comme première mesure de courant à comparer au seuil de courant.In a next step 635, the control module 163 checks whether the two current interruption trigger indicators are stored in memory, and controls the opening of the transistor (s) of the current cut-off block if the two current interruption trigger indicators are stored in memory. Otherwise, the control module 163 commands a reiteration of steps 605 to 635 with the new measurement carried out in step 615 as the first current measurement to compare with the current threshold.
[0076] L'invention fournit ainsi un dispositif de coupure de courant dont la détection de surcourant est plus robuste et plus rapide en cas de court-circuit sur faible impédance, et évitant d’augmenter le niveau de courant et l’énergie devant être absorbée par les transistors de puissance MOSFET, tout ceci en permettant d’optimiser au plus juste besoin le nombre de transistors de puissance utilisés en parallèle.The invention thus provides a current cutoff device whose overcurrent detection is more robust and faster in the event of a short circuit on low impedance, and avoiding increasing the current level and the energy to be absorbed by the MOSFET power transistors, all this making it possible to optimize the number of power transistors used in parallel as needed.
Claims (1)
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- 2018-12-11 FR FR1872696A patent/FR3089707B1/en active Active
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| FR3089707B1 (en) | 2021-10-08 |
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