FR2544563A1 - RESISTIVE CIRCUIT DETECTOR - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN DETECTEUR DE CIRCUIT RESISTIF. CE DETECTEUR COMPREND UN ELEMENT DE CHUTE DE TENSION 14 ACHEMINANT LE COURANT D'UNE SOURCE 10 A UNE CHARGE 16 ET LIMITANT CE COURANT, UN ELEMENT INDICATEUR 22 ENGENDRANT UN SIGNAL QUI INDIQUE UNE DEFECTUOSITE DANS LA CHARGE EN REPONSE A LA CHUTE DE TENSION, ET UN ELEMENT A CONDUCTIVITE SEUIL 18 RACCORDE A L'ELEMENT INDICATEUR 22 POUR COUPLER LA CHUTE DE TENSION A CE DERNIER LORSQUE CETTE CHUTE DE TENSION DEPASSE UNE VALEUR SEUIL. L'INVENTION EST UTILISEE POUR PROTEGER LES EQUIPEMENTS DE DISTRIBUTION ET LES SOURCES DE COURANT CONTRE LES DEFAILLANCES SURVENANT DANS LES CHARGES.THE INVENTION RELATES TO A RESISTIVE CIRCUIT DETECTOR. THIS DETECTOR INCLUDES A VOLTAGE DROP ELEMENT 14 CONDUCTING THE CURRENT FROM A SOURCE 10 TO A LOAD 16 AND LIMITING THIS CURRENT, AN INDICATOR ELEMENT 22 GENERATING A SIGNAL WHICH INDICATES A FAULT IN THE LOAD IN RESPONSE TO THE VOLTAGE DROP, AND A THRESHOLD CONDUCTIVITY ELEMENT 18 IS CONNECTED TO INDICATOR ELEMENT 22 TO COUPLE THE VOLTAGE DROP TO THE LATEST WHEN THIS VOLTAGE DROP EXCEEDS A THRESHOLD VALUE. THE INVENTION IS USED TO PROTECT DISTRIBUTION EQUIPMENT AND CURRENT SOURCES AGAINST FAILURES OCCURRING IN LOADS.
Description
Détecteur de circuit résistif.Resistive circuit detector.
La présente invention concerne la protection The present invention relates to the protection
des équipements de distribution et des sources de cou- distribution equipment and supply sources
rant électrique contre les défaillances dans les char- electrical resistance against failures in
ges et, plus particulièrement, la mise en oeuvre de and, more particularly, the implementation of
cette protection par des éléments à semi-conducteurs. this protection by semiconductor elements.
Historiquement, dans les systèmes d'alimenta- Historically, in food systems
tion en courant, on a utilisé des fusibles ou des coupe-circuit pour assurer une protection contre les défaillances dans les câblages ou les charges Ces deux types de dispositifs isolent les défaillances en current, fuses or circuit breakers have been used to provide protection against cable or load failures. Both types of devices isolate faults
coupant mécaniquement tout contact avec la source d'alimentation. mechanically cutting off contact with the power source.
Ils dépendent tous deux d'une réaction thermique à des courants de surcharge de circuit, si bien qu'ils sont lents et tributaires de la température L'élément thermique d'un fusible est détruit dans le processus They both depend on a thermal reaction to circuit overload currents, so they are slow and temperature dependent The thermal element of a fuse is destroyed in the process
d'isolement, tandis que les coupe-circuit sont volu- insulation, while the circuit breakers are volu-
mineux et lourds comparativement aux composants de circuits. light and heavy compared to circuit components.
En conséquence, un objet de la présente in- Accordingly, an object of this
vention est de protéger les équipements de distribu- is to protect the distribution equipment
tion et les sources de courant contre les défaillances survenant dans les câblages ou les charges en utilisant des éléments à semi-conducteurs qui sont efficaces en ce qui concerne leur encombrement et leur poids Un autre objet est d'assurer cette protection sans devoir tion and current sources against failures in wiring or loads by using semiconductor elements that are efficient in terms of space and weight Another object is to provide this protection without
nécessairement déconnecter la charge ou le circuit dé- necessarily disconnect the load or the circuit de-
fectueux Un autre objet est d'assurer une limitation de courant instantanée Un autre objet est d'assurer fectuous Another object is to provide an instantaneous current limitation Another object is to ensure
une protection à de faibles niveaux de courant Un au- protection at low levels of current
tre objet encore est de fournir un moyen en vue de dé- still another object is to provide a means for de-
tecter et de signaler des défaillances de court-circuit detect and report short-circuit failures
complètes ou partielles Dans la description ci-après, complete or partial In the description below,
il est principalement question de défaillances survenant dans une charge et qui sont la cause d'un prélèvement it is mainly a question of failures occurring in a charge and which are the cause of a
de courant excessif, mais les enseignements que ren- excessive current, but the lessons learned
ferme la présente spécification, sont également appli- closes this specification, are also applicable
cables à la détection de circuits ouverts complets ou cables to full open circuit detection or
partiels dans des charges.partial in loads.
Suivant l'invention, une source de courant est raccordée à une charge par une résistance de limitation According to the invention, a current source is connected to a load by a limiting resistor
de courant Dans des conditions de fonctionnement nor- current under normal operating conditions
males, la chute de tension aux bornes de la résistance males, the voltage drop across the resistor
de limitation de courant est faible et justifiée. Current limiting is weak and justified.
Lorsque la charge prélève un courant excessif (défail- When the load draws excessive current (failure
lance) comme c'est le cas dans un court-circuit, la launches) as is the case in a short circuit, the
chute de tension aux bornes de la résistance de limita- voltage drop across the limit resistor
tion de courant s'élève considérablement Dans le cas In the case of
d'une charge à haute impédance telle qu'un circuit géné- a high impedance load such as a general circuit
rateur de signaux, le prélèvement de courant est faible et la résistance de limitation de courant peut avoir une valeur élevée, occasionnant ainsi un accroissement disproportionné de la chute de tension pour une faible the current draw is low and the current limiting resistor may have a high value, causing a disproportionate increase in the voltage drop for a low
élévation donnée du prélèvement de courant Un thermis- given elevation of the current draw A thermistor
tor peut être substitué à la résistance de limitation de courant pour assurer une protection semblable à tor can be substituted for the current limiting resistor to provide protection similar to
des niveaux de consommation de courant plus élevés. higher current consumption levels.
En réponse à la chute de tension accrue aux bornes de la résistance de limitation de courant, une diode Zener devient conductrice dans la direction inverse (rupture In response to the increased voltage drop across the current limiting resistor, a Zener diode becomes conductive in the reverse direction (failure
inverse) et connecte la chute de tension à un indica- reverse) and connects the voltage drop to a
teur tel qu'une diode électroluminescente Un circuit de verrouillage peut être incorporé pour fournir une such as a light-emitting diode A latch circuit may be incorporated to provide a
indication de défectuosité verrouillée ou pour décon- indication of a locked or broken fault
necter la charge défectueuse.nect the defective load.
Les objets, caractéristiques et avantages-pré- Objects, features and benefits-pre-
cités de la présente invention, ainsi que d'autres ap- cited in the present invention, as well as other
paraitront plus clairement à la lecture de la descrip- appear more clearly on reading the descrip-
tion détaillée ci-après de l'invention. detailed description of the invention.
L'unique dessin annexé est un schéma de mon- The only attached drawing is a diagram of
tage du dispositif de protection de circuit résistif dans sa forme de base et avec des caractéristiques supplémentaires. Dans l'unique dessin annexé, on représente un détecteur de circuit résistif-101 Une source de of the resistive circuit protection device in its basic form and with additional features. In the only appended drawing, there is shown a resistive circuit detector-101 A source of
courant 10 applique une tension positive sur une li- current 10 applies a positive voltage on a line
gne 12 Un élément de chute de tension tel qu'une ré- 12 A voltage drop element such as a resistor
sistance de limitation de courant 14, est raccordé en- current limiting resistor 14, is connected to
tre la source de courant 10 et une charge 16 Cette be the source of current 10 and a load 16 This
charge 16 représente une prise de courant En consé- load 16 represents a socket As a result
quence, une chute de tension s'établit aux bornes de quence, a voltage drop is established across
la résistance de limitation de courant 14 conformé- the current limiting resistor 14 according to
ment à la loi d'Ohm, en réponse au courant en charge. Ohm's law, in response to the charging current.
Suite à cette chute de tension, le côté source de la résistance de limitation de courant 14 est à tout moment plus positif que le côté charge Lorsque la Following this voltage drop, the source side of the current limiting resistor 14 is at all times more positive than the load side.
charge 16 présente une défectuosité telle qu'un court- charge 16 has a defect such as a short-
circuit, la chute de tension est importante Etant circuit, the voltage drop is important
donné que la chute de tension aux bornes de la résis- given that the voltage drop across the resistor
tance de limitation de courant 14 varie avec la char- Current limiting current 14 varies with
ge 16, il convient de tenir compte des fluctuations age 16, fluctuations should be taken into account
survenant dans cette dernière, et la présente inven- occurring in the latter, and the present invention
tion peut être le plus efficace lorsqu'elle est mise en oeuvre dans des situations o la charge 16 ne varie tion can be most effective when it is implemented in situations where load 16 does not vary
pas sensiblement dans des conditions opératoires nor- not substantially under normal operating conditions.
males En présence d'une défectuosité, la résistance In the presence of a defect, the resistance
de limitation de courant 14 limite instantanément le prélè- limiting current 14 instantly limits the sampling
vement de courant sur la source de courant 10. current on the power source 10.
Un élément à conductivité seuil tel qu'une An element with a threshold conductivity such as
diode Zener 18, est raccordé en série à une résistan- Zener diode 18, is connected in series with a resistor
ce 20 et à un élément indicateur tel qu'une diode électroluminescente 22 Ces éléments sont raccordés aux bornes de la résistance de limitation de courant This element 20 and an indicator element such as a light-emitting diode 22 are connected to the terminals of the current limiting resistor.
14 La diode Zener 18 est raccordée, dans la direc- 14 The Zener diode 18 is connected, in the direc-
tion inverse, au côté source de la résistance de limita- reverse, the source side of the limiting resistance
tion de courant 14 En conséquence, elle ne sera pas conductrice, à moins qu'une chute de tension seuil As a result, it will not be conductive unless a threshold voltage drop
équivalant à la tension de rupture inverse soit attein- equivalent to the reverse breaking tension is reached
te aux bornes de la résistance de limitation de cou- at the terminals of the line-limiting resistor
rant Toutefois, dans cette éventualité, la diode Zener 18 devient conductrice et permet le passage d'une tension à travers la résistance 20 en direction de la diode électroluminescente 22, laquelle est raccordée dans un sens de conduction pour émettre une lumière indiquant une défectuosité lorsqu'elle est soumise à une polarisation directe Etant donné que la diode However, in this event, the Zener diode 18 becomes conductive and allows a voltage to pass through the resistor 20 towards the light-emitting diode 22, which is connected in a direction of conduction to emit a light indicating a defect when it is subjected to a direct polarization Since the diode
électroluminescente 22 nécessite une très faible ten- electroluminescent 22 requires a very low
sion de polarisation directe (par exemple, 1,5 volt) direct polarization voltage (for example, 1.5 volts)
pour s'allumer, la résistance 20 limite la tension ap- to light up, the resistor 20 limits the voltage applied
pliquée à cette diode 22 Il est entendu que le choix des valeurs pour la résistance 14 et la diode Zener 18 It is understood that the choice of values for the resistor 14 and the Zener diode 18
est déterminé par les modes de défaillance et les con- is determined by the failure modes and
ditions opératoires de la charge Dans le cas de dé- operating procedures of the load In the case of
fectuosités provoquant des courants en charge anormale- fectuosities causing currents in abnormal charge-
ment élevés, la diode Zener 18 se met en circuit ouvert, the Zener diode 18 goes into open circuit,
ce qui empêche la diode électroluminescente 22 de s'al- which prevents the light-emitting diode 22 from becoming
lumer au cours d'un fonctionnement normal de la charge, light during normal operation of the load,
mais, essentiellement, elle "connecte" la chute de ten- but, essentially, it "connects" the fall of
sion à la diode électroluminescente 22 lorsque la chu- to the light-emitting diode 22 when the
te de tension dépasse une valeur seuil D'autre part, The voltage level exceeds a threshold value.
lorsqu'il s'agit de détecter des défectuosités provo- when it comes to detecting defective
quant des courants en charge anormalement faibles, la diode Zener 18 peut présenter un circuit fermé, ce qui a pour effet d'allumer la diode électroluminescente 22 when the load currents are abnormally low, the Zener diode 18 may have a closed circuit, which has the effect of switching on the light-emitting diode 22
au cours d'un fonctionnement normal, mais de "déconnec- during normal operation, but "disconnected
ter" la chute de tension de cette diode 22 lorsque la ter "the voltage drop of this diode 22 when the
chute de tension tombe en dessous d'une valeur seuil. voltage drop falls below a threshold value.
On supposera qu'une charge à haute impédance 16 telle qu'un circuit générateur de signaux, prélève un courant de 1,5 milliampère à travers une résistance de limitation 14 de 4000 ohms La puissance dissipée It will be assumed that a high impedance load 16 such as a signal generator circuit, draws a current of 1.5 milliamps through a limiting resistor 14 of 4000 ohms. The dissipated power
dans la résistance de limitation 14 est faible, c'est- in the limiting resistor 14 is weak, that is,
à-dire de l'ordre de 10 milliwatts La chute de ten- the order of 10 milliwatts The fall of
sion aux bornes de la résistance de limitation 14 est de 6 volts ( 0,0015 ampère x 4000 ohms) Une défec- The voltage across the limiting resistor 14 is 6 volts (0.0015 amps x 4000 ohms).
tuosité dans la charge provoque, dans la chute de ten- in the load causes, in the fall of
sion, un changement de 4 volts par milliampère de chan- a change of 4 volts per milliamper of change
gement de courant ( 0,001 ampère x 4000 ohms) En rai- current management (0.001 amp x 4000 ohms)
son de ce rapport disproportionné, les changements sur- of this disproportionate relationship, the changes over-
venant dans la charge sont très perceptibles, ce qui facilite la détection des défectuosités survenant dans coming into the load are very noticeable, which facilitates the detection of defects occurring in
la charge, tout en rendant l'utilisation d'une résis- load, while making use of a resistance
tance comme élément de chute de tension particulière- as a particular voltage drop element
ment appropriée pour des applications à courant faible. suitable for low current applications.
Pour des applications à courant plus fort, une résis- For higher current applications, a resistance
tance élevée n'est pas souhaitable et un thermistor peut être substitué à la résistance de limitation 14 comme élément de chute de tension Une résistance The high resistance is not desirable and a thermistor can be substituted for the limiting resistor 14 as a voltage drop element.
sous forme d'un thermistor peut être faible (par exem- in the form of a thermistor may be low (eg
ple, 3 ohms) à des niveaux de courant de l'ordre de milliampères, par exemple, et cette valeur s'élève considérablement à des niveaux de courant indiquant ple, 3 ohms) at current levels of the order of milliamps, for example, and this value rises considerably at current levels indicating
une défaillance de la charge, telle qu'un court-circuit. a load failure, such as a short circuit.
Dans le contexte de la présente invention, cette carac- In the context of the present invention, this characteristic
téristique du thermistor en rend l'utilisation idéale pour des applications de circuits à courant plus fort, the thermistor makes it ideal for use in higher current circuits,
notamment pour l'excitation de lampes ou de relais. especially for the excitation of lamps or relays.
Bien que la diode électroluminescente 22 elle- Although the light-emitting diode 22 itself
même indique une défectuosité, une indication verrouil- same indicates a defect, a
' lée de cette défectuosité peut être prévue comme illus- of this defect can be foreseen as illus-
tré dans la partie de verrouillage 102 du circuit. in the locking portion 102 of the circuit.
Cette partie 102 renferme un élément de verrouillage This part 102 contains a locking element
tel qu'un photoredresseur au silicium 26 couplé opti- such as an optimally coupled silicon photodeneur 26
quement à la diode électroluminescente 22 Ce redres- electroluminescent diode 22 This rectification
seur au silicium 26 est raccordé dans un sens de con- Silicon 26 is connected in a direction of con-
duction au côté source de la résistance de limita- the source side of the limiting resistance
tion de courant 14, mais il n'est pas conducteur jus- power supply 14, but it is not
qu'à ce qu'il soit irradié (déclenché) par la diode that it is irradiated (triggered) by the diode
électroluminescente 22 Dès que le redresseur au sili- electroluminescent 22 As soon as the silicon rectifier
cium 26 devient conducteur, une tension est appliquée, cium 26 becomes conductive, a voltage is applied,
via un commutateur 28, sur une ligne 30 en vue d'allu- via a switch 28, on a line 30 for the purpose of
mer une lampe témoin 32 Il est entendu que cette lam- a control lamp 32 It is understood that this lamp
pe témoin 32 pourrait également être remplacée par un example 32 could also be replaced by a
relais ou un dispositif analogue permettant de décon- relay or a similar device allowing decon-
necter la charge 16 La partie de verrouillage 102 reste verrouillée jusqu'à ce qu'il ait été remédié à la défectuosité, tandis que le redresseur au silicium 26 est remis à l'état initial par coupure momentanée The latch portion 102 remains latched until the fault has been rectified, while the silicon rectifier 26 is reset by momentary shutdown.
du circuit au commutateur 28.from circuit to switch 28.
Comme illustré dans une partie 103, un circuit OU 36 est raccordé pour réagir à n'importe quel nombre de dispositifs protecteurs de circuits résistifs RCD 2, RCD 3 RC Dn, tels qu'ils sont illustrés à titre d'exemple par la combinaison du dispositif protecteur de circuit résistif 101 et de la partie de verrouillage 102 en vue de fournir une indication commune (FAULT) As illustrated in part 103, an OR circuit 36 is connected to react to any number of resistive circuit protectors RCD 2, RCD 3 RC Dn, as exemplified by the combination of resistive circuit protector 101 and locking portion 102 to provide a common indication (FAULT)
d'une défectuosité Il est entendu que, à l'interven- of a defect It is understood that at the interven-
tion d'une logique appropriée, diverses combinaisons appropriate logic, various combinations
de dispositifs protecteurs de circuits résistifs pour- protective devices for resistive circuits for
raient être interconnectées en utilisant différents could be interconnected using different
composants logiques pour fournir une indication de dé- logical components to provide an indication of
fectuosité basée sur différentes combinaisons de dé- fectuosity based on different combinations of
faillances de charge.load failures.
Comme illustré dans une partie 104, plusieurs As illustrated in part 104, several
"branches" diode Zener/diode électroluminescente élabo- "branches" Zener diode / electroluminescent light emitting diode
rées après la combinaison série de la diode Zener 18, de la résistance 20 et de la diode électroluminescente after the series combination of the Zener diode 18, the resistor 20 and the light emitting diode
22, sont connectées en parallèle aux bornes de la ré- 22, are connected in parallel to the terminals of the re-
sistance de limitation de courant 14 Les valeurs des Current limiting resistance 14 The values of
diodes Zener sont sélectionnées pour fournir des indi- Zener diodes are selected to provide
cations de défectuosités discrètes dans chaque bran- discrete deficiencies in each branch.
che à différents niveaux de prélèvement de courant afin d'obtenir une indication plus quantitative du at different levels of current draw to obtain a more quantitative indication of the
prélèvement de courant.current draw.
Il est également entendu que de nombreuses variantes peuvent être utilisées pour obtenir des It is also understood that many variants can be used to obtain
fonctions identiques ou équivalentes de celles dé- identical or equivalent functions of those
crites ici De même, bien que l'invention ait été illustrée et décrite en se référant à une forme de réalisation donnée à titre d'exemple, l'homme de Similarly, although the invention has been illustrated and described with reference to an exemplary embodiment, the
métier comprendra que diverses modifications, omis- profession will understand that various modifications, omitted
sions et additions peuvent être envisagées sans se sions and additions can be considered without
départir de l'esprit et du cadre de l'invention. depart from the spirit and scope of the invention.
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