FR3097629A1 - Circuit de commande de mise à feu de composant pyrotechnique - Google Patents

Circuit de commande de mise à feu de composant pyrotechnique Download PDF

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Abstract

L’invention a pour objet un circuit (1) de commande de mise à feu d’un composant pyrotechnique (2) à couche projetée. Ce circuit comprend au moins un condensateur (3) pouvant être déchargé dans le composant pyrotechnique (2) pour l’initier et un moyen interrupteur (5) assurant la décharge du condensateur dans le composant pyrotechnique. Ce circuit de commande est caractérisé en ce que le condensateur (3) est relié au composant pyrotechnique par un réseau d’au moins trois diodes (D1,D2,D3) montées en série et dans un sens interdisant la décharge du condensateur (3), la somme des tensions inverses de ces diodes étant supérieure à la tension maximale pouvant être délivrée par le condensateur (3), le moyen interrupteur (5) comportant au moins deux transistors (Q1,Q2) à effet de champ dont les portes peuvent être commandées simultanément et qui sont associés au réseau de diodes (D1,D2,D3). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2

Description

Circuit de commande de mise à feu de composant pyrotechnique.
Le domaine technique de l'invention est celui des circuits de commande de mise à feu de composants pyrotechniques à couche projetée.
Les composants pyrotechniques à couche projetée sont le plus souvent connus sous la dénomination anglo-saxonne de « Slappers ». Ils comprennent un pont fusible qui, lorsqu’il est parcouru par un courant, génère un plasma qui projette une mince couche d’un matériau plastique ou métallique contre un relais explosif.
Les Slappers ont pour avantage de permettre de réaliser des détonateurs dépourvus d’explosifs primaires, ce qui améliore la sécurité d’emploi. Ces composants sont bien connus, par exemple des brevets US4788913 et US4862803.
Les circuits de commande de mise à feu de tels composants comprennent le plus souvent un condensateur qui est chargé par un générateur et qui permet de fournir un courant de décharge impulsionnel ayant tout à la fois une tension importante (de 800 Volts à 1450 Volts) et une intensité forte de l’ordre de 1500 Ampères.
Généralement l’interrupteur de mise à feu est un composant statique de type thyristor qui fonctionne en mode avalanche, ce qui permet le passage d’un fort courant.
Un des inconvénients des thyristors est qu’ils nécessitent des tensions de commande particulières, ce qui impose la mise en place de transformateurs de courant et nuit à la compacité du circuit de commande de mise à feu.
Par ailleurs la mise en œuvre fiable des slappers impose la réalisation de tests destructifs préalables de toute la chaîne de mise à feu afin de déterminer, pour toute une plage de températures souhaitée, la tension nécessaire au bon fonctionnement du Slapper avec un taux de confiance et un taux de fiabilité donné.
Ces tests (dits de Neyer) sont bien connus dans le domaine de l’analyse statistique, en particulier pour les composants pyrotechniques.
On pourra par exemple consulter la publication : « A D-Optimality-Based Sensitivity Test » – Auteur : Barry, T Neyer, réédité de TECHNOMETRICS 02/1994, Vol 36, n° 1, page 61-70. Accessible sur internet à l’adresse :
http://neyersoftware.com/Papers/D-Optimal/D-Optimal.htm
La conduite de ces tests sur un échantillon d’un lot de circuits permet de fixer la tension de mise à feu qui assurera la fiabilité souhaitée pour le lot et pour une application donnée.
Les tests qualifient donc une chaîne d’initiation complète associant : Slapper, condensateur et interrupteur statique.
Or les interrupteurs statiques compacts et bon marché, tels que les transistors MOS ne se détruisent pas en mode avalanche pour les tensions de l’ordre de 1350 Volts maximum qui sont utilisées pour les slappers. Il en résulte une intensité du courant qui est insuffisante au bon fonctionnement du Slapper et une difficulté pour caractériser la fiabilité de la chaîne d’initiation complète.
Par ailleurs la plage de variation de la tension de commande du Slapper de trouve limitée (environ entre 1300 Volts et 1450 Volts) alors que les performances de fiabilité souhaitées peuvent imposer une tension de mise à feu plus faible, située en particulier dans la plage de 800 volts à 1450 volts.
C’est le but de l’invention que de fournir un circuit de commande de mise à feu, de structure simple et compacte, et pouvant fonctionner dans une plage de tension large (de 800 volts à 1450 volts) tout en autorisant des tests statistiques sur échantillons permettant de définir une tension de mise à feu assurant un niveau de fiabilité souhaité selon les tests de Neyer.
Ainsi l’invention a pour objet un circuit de commande de mise à feu d’un composant pyrotechnique à couche projetée, circuit comprenant au moins un condensateur pouvant être déchargé dans le composant pyrotechnique pour l’initier et un moyen interrupteur assurant la décharge du condensateur dans le composant pyrotechnique, circuit de commande caractérisé en ce que le condensateur est relié au composant pyrotechnique par un réseau d’au moins trois diodes montées en série et dans un sens interdisant la décharge du condensateur, la somme des tensions inverses de ces diodes étant supérieure à la tension maximale pouvant être délivrée par le condensateur, le moyen interrupteur comportant au moins deux transistors à effet de champ dont les portes peuvent être commandées simultanément et qui sont associés au réseau de diodes, chaque transistor étant raccordé par une de ses sorties entre deux diodes du réseau, la commande des transistors provoquant les court-circuits successifs des trois diodes et la mise à feu.
Avantageusement, chaque diode pourra être associée à une résistance montée en parallèle et qui permet de limiter et fixer la tension inverse à laquelle est soumise chaque diode.
Selon un mode particulier de réalisation, chaque transistor pourra être raccordé entre deux diodes par l’intermédiaire d’une résistance permettant de limiter le courant circulant dans les transistors.
Avantageusement les transistors pourront être des transistors MOS. Mais l’invention pourra être mise en œuvre avec d’autres types de transistors.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d’un mode particulier de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels :
montre un circuit de commande de mise à feu selon l’art antérieur ;
montre un circuit de commande de mise à feu selon un mode de réalisation de l’invention.
En se reportant à la figure 1, un circuit 1 de commande de mise à feu connu comprend un composant pyrotechnique à couche projetée (ou Slapper) 2 qui peut être initié par la décharge d’un condensateur 3. Le condensateur 3 est chargé par un générateur 4 qui est disposé entre ses broches d’entrée A et B. Si le Slapper 2 est incorporé dans un projectile, la charge du condensateur 3 intervient à un moment donné, par exemple sur la trajectoire du projectile ou bien consécutivement au tir de ce projectile.
La charge du condensateur 3 est effectuée à un niveau de tension assurant le fonctionnement avec le niveau de fiabilité souhaité selon les tests de Neyer.
Le circuit de commande de mise à feu 1 comprend aussi un moyen interrupteur statique 5, par exemple un thyristor qui, lors de sa fermeture commandée par le contact C, provoquera la décharge du condensateur 3 dans le Slapper 2.
La figure 2 montre un mode de réalisation d’un circuit de commande de mise à feu 1 selon un mode de réalisation de l’invention.
Les éléments de ce circuit qui remplissent les mêmes fonctions que ceux du circuit connu sont désignés par les mêmes repères.
On voit que le condensateur 3 peut être là encore chargé par un générateur 4 à partir des broches d’entrée A et B.
Le circuit de commande 1 comprend trois diodes D1, D2 et D3 montées en série et en inverse (dans un sens interdisant la décharge du condensateur). Ces diodes forment un réseau qui relie le Slapper 2 et le condensateur 3.
Les diodes D1,D2 et D3 sont montées dans un sens interdisant la décharge du condensateur 3 (la cathode (+) du condensateur 3 est raccordée au pôle bloquant ou cathode de la diode D1).
La broche B qui est reliée à l’anode (–) du condensateur 3 constitue le pôle commun (0 volts) du circuit 1.
Par ailleurs la somme des tensions inverses de ces diodes est supérieure à la tension maximale pouvant être délivrée par le condensateur 3.
Il ne peut donc pas y avoir de décharge du condensateur 3 dans le Slapper 2.
A titre d’exemple on pourra adopter, pour un condensateur dont la charge maximale est réalisée à une tension de 1450 Volts, des diodes ayant une tension inverse de 600 volts. Ainsi lorsque les trois diodes sont montées en série, la tension inverse globale du montage est de 1800 volts et le condensateur 3 ne se décharge pas.
On notera que, compte tenu des valeurs de tension inverse des diodes du marché et des gammes de tension qui sont requises pour initier un Slapper, il est nécessaire de mettre en œuvre au moins trois diodes pour ce montage.
Comme on le voit sur la figure 2, chaque diode D1, D2 ou D3 est associée à une résistance (respectivement R1, R2 ou R3) qui est montée en parallèle avec la diode.
Avec les valeurs de tension précisées précédemment, ces résistances ont une valeur de l’ordre de 10 Mega-Ohms (10 MΩ). Chaque résistance permet de limiter la tension inverse à laquelle est soumise chaque diode lorsque le condensateur 3 est chargé. Ici la tension inverse se trouve limitée à 485 volts pour chaque diode, ce qui est inférieur à la tension inverse d’une diode (600 volts). Il ne peut donc pas y avoir de mise en court-circuit de la diode.
On notera que si une ou plusieurs de de ces résistances R1 à R3 était omise, la tension aux bornes de la diode dépourvue de résistance serait liée à la seule impédance inverse de la diode considérée. Toutes les diodes n’étant pas rigoureusement identiques, ceci pourrait conduire à l’apparition aux bornes de cette diode d’une tension supérieure à la tension inverse (600 Volts), conduisant à une destruction non souhaitée. Les résistances montées en parallèle aux diodes permettent donc tout à la fois de limiter et fixer la tension inverse à laquelle est soumise chaque diode.
On notera que, pour ce qui concerne la diode D3, la résistance R3 est en parallèle, non pas avec la diode D3 seule, mais avec le montage de la diode D3 en série avec le Slapper 2. Ceci est sans conséquences pratiques, la résistance du Slapper 2 étant négligeable.
Conformément à l’invention, le moyen interrupteur 5 comporte au moins deux transistors à effet de champ Q1 et Q2 dont les portes G peuvent être commandées simultanément par un circuit logique de commande 6 raccordé au contact C.
Chaque transistor est raccordé par une de ses sorties D entre deux diodes du réseau.
Ainsi la sortie D du transistor Q1 est raccordée entre les diodes D1 et D2 via une résistance R4.
La sortie D du transistor Q2 est pour sa part raccordée entre les diodes D2 et D3 via une résistance R5.
Les portes S de chaque transistor Q1 et Q2 sont par ailleurs reliées au pôle commun du circuit reliant le Slapper 2 et l’anode (-) du condensateur 3 (Contact B).
Les transistors Q1 et Q2 sont de technologies MOS. Ces composants sont peu coûteux et faciles à commander à partir d’un circuit 6 de type circuit logique programmable.
Un tel circuit permet par la commande simultanée des transistors de provoquer des court-circuits successifs des trois diodes, conduisant à la mise à feu du Slapper 2.
On obtient ici une initiation du Slapper 2 par avalanche des diodes, donc avec un fort courant garantissant l’initiation, sans que les transistors Q1 et Q2 ne soient eux même mis en avalanche.
Le fonctionnement est le suivant :
Lors de la commande des deux transistors Q1 et Q2, le premier transistor Q1 relie au pôle commun B (0 volts) le point entre les deux diodes D1 et D2. Il en résulte que la diode D1 se trouve soumise à une tension inverse qui est égale à la tension de charge du condensateur 3. Cette tension peut varier entre 800 Volts et 1450 Volts et dans tous les cas elle est supérieure à la tension inverse de la diode D1 qui est de 600 volts.
La diode D1 se met alors en court-circuit (effet d’avalanche).
Par ailleurs le basculement du deuxième transistor Q2 a relié le point séparant les diodes D2 et D3 au pôle commun (0 volts). La diode D1 se trouvant en court-circuit, c’est maintenant la diode D2 qui se trouve soumise à la tension de charge du condensateur 3. Cette deuxième diode D2 se met alors elle aussi en court-circuit et c’est enfin la diode D3 qui se trouve soumise à la tension de charge du condensateur 3 et qui se met à son tour en court-circuit, reliant donc une entrée du Slapper 2 directement à la cathode (+) du condensateur 3, l’autre entrée du Slapper étant reliée au pôle commun B du circuit 1.
On obtient donc une mise en avalanche successive des trois diodes, conduisant à l’initiation du Slapper 2 pour une tension de charge du condensateur 3 qui peut varier entre 800 volts et 1450 volts.
Les résistances R4 et R5 sont choisies de l’ordre de 27 Ohms. Elles permettent de limiter le courant circulant dans les transistors, en particulier lors de la mise en avalanche. Ainsi toute l’énergie contenue dans le condensateur 3 s’écoulera bien vers le Slapper 2.
Il est bien entendu qu’il serait possible de définir un circuit comportant plus de 3 diodes en série, par exemple pour mettre en œuvre des diodes ayant des tensions inverses plus faibles. On associera alors éventuellement d’autres transistors pour piloter les autres avalanches. Si N est le nombre de diodes Di utilisées, le nombre de transistors Qi nécessaire est égal à N-1.
On voit donc que le dispositif selon l’invention permet de mettre en œuvre des composants statiques de technologie MOS sans qu’il soit nécessaire de détruire les MOS par effet d’avalanche lors d’une initiation à tension faible (par exemple 800 volts).
Grâce au montage proposé par l’invention, on peut conduire les tests statistiques destructifs (tests de Neyer) d’un échantillon d’une série de circuits afin de déterminer la tension optimale pour assurer le fonctionnement des autres circuits de la même série avec un taux de confiance et un taux de fiabilité donné.
Même si la tension requise est basse, l’effet d’avalanche sera quand même assuré par le montage des diodes.
On a pu ainsi réaliser des circuits de commande de mise à feu compacts et peu coûteux et permettant d’obtenir les niveaux de fiabilité recherchés.

Claims (4)

  1. Circuit (1) de commande de mise à feu d’un composant pyrotechnique (2) à couche projetée, circuit comprenant au moins un condensateur (3) pouvant être déchargé dans le composant pyrotechnique (2) pour l’initier et un moyen interrupteur (5) assurant la décharge du condensateur (3) dans le composant pyrotechnique (2), circuit de commande caractérisé en ce que le condensateur (3) est relié au composant pyrotechnique par un réseau d’au moins trois diodes (D1,D2,D3) montées en série et dans un sens interdisant la décharge du condensateur (3), la somme des tensions inverses de ces diodes étant supérieure à la tension maximale pouvant être délivrée par le condensateur (3), le moyen interrupteur (5) comportant au moins deux transistors (Q1,Q2) à effet de champ dont les portes peuvent être commandées simultanément et qui sont associés au réseau de diodes (D1,D2,D3), chaque transistor (Q1,Q2) étant raccordé par une de ses sorties entre deux diodes du réseau, la commande des transistors provoquant les court-circuits successifs des trois diodes (D1,D2,D3) et la mise à feu.
  2. Circuit de commande de mise à feu selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque diode (D1,D2,D3) est associée à une résistance (R1,R2,R3) montée en parallèle et qui permet de limiter et fixer la tension inverse à laquelle est soumise chaque diode.
  3. Circuit de commande de mise à feu selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque transistor (Q1,Q2) est raccordé entre deux diodes par l’intermédiaire d’une résistance (R4,R5) permettant de limiter le courant circulant dans les transistors.
  4. Circuit de commande de mise à feu selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les transistors sont des transistors MOS.
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