FR2969427A1

FR2969427A1 - Circuit de commutation et procede d'essai

Info

Publication number: FR2969427A1
Application number: FR1161734A
Authority: FR
Inventors: Peter Michael Tyler; John Oliver Collins
Original assignee: GE Aviation Systems Ltd
Current assignee: GE Aviation Systems Ltd
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2012-06-22
Anticipated expiration: 2031-12-15
Also published as: CN102608526A; JP6018377B2; GB2486493B; DE102011056541B4; FR2969427B1; CA2762475A1; JP2012147655A; CN102608526B; GB2486493A; BRPI1105402A2; CA2762475C; DE102011056541A1; GB201021453D0

Abstract

Circuit de commutation (1) destiné à être connecté à une charge et à une source de tension (2), comprenant un ou plusieurs dispositifs de commutation (6, 7, n) pour mettre la charge sous tension et hors tension, un dispositif de tirage vers le bas (4) pour court-circuiter la charge, en l'isolant ainsi de la source de tension, et un contrôleur (3) pouvant fonctionner pendant que la source est isolée de la charge, pour activer au moins un des dispositifs de commutation à la fois, un courant passant dans le dispositif de commutation activé ou dans chaque dispositif de commutation activé et pouvant être mesuré pour vérifier si le dispositif de commutation activé ou chaque dispositif de commutation activé fonctionne correctement.

Description

B11-5798FR 1

Circuit de commutation et procédé d'essai La présente invention concerne des circuits de commutation et des procédés d'essai de ces circuits.

Les circuits de commutation comprennent fréquemment plusieurs dispositifs de commutation qui sont connectés en parallèle les uns avec les autres, et de ce fait, la capacité en courant du circuit de commutation est la somme des capacités de chaque dispositif de commutation. Cela est particulièrement utile pour des applications dans lesquelles la puissance nécessaire à la charge dépasse la capacité d'un seul dispositif de commutation. Un exemple de tels circuits de commutation existe dans les systèmes de distribution électrique d'avions, où par exemple huit dispositifs de commutation à semi-conducteurs peuvent être prévus en parallèle.

Généralement, les dispositifs de commutation peuvent être défaillants à l'état ouvert ou fermé. Chaque dispositif de commutation a un circuit d'attaque qui peut être la cause de la défaillance. Si un ou plusieurs des dispositifs de commutation sont défaillants à l'état ouvert, les autres peuvent agir comme commutateurs de sécurité, mais peuvent être sujets à une surcharge de courant. Si un ou plusieurs des dispositifs de commutation sont défaillants à l'état fermé, il n'est pas possible de mettre le circuit de commutation hors tension, et il serait évident qu'une telle défaillance s'est produite. Si la défaillance survient à l'état ouvert, elle pourrait ne pas être détectée. Les dispositifs de commutation à semi-conducteurs sont soumis à des essais soigneux lors de leur fabrication, mais il est souhaitable de pouvoir les soumettre à des essais lorsqu'ils sont en service, afin de garantir qu'ils restent entièrement opérationnels. Cela est également connu comme test intégré (BIT). La présente invention propose un circuit de commutation destiné à être connecté à une charge et à une source de tension, comprenant un ou plusieurs dispositifs de commutation pour mettre la charge sous tension et hors tension, un dispositif de tirage vers le bas pour court-circuiter la charge, en l'isolant ainsi de la source de tension, et un contrôleur pouvant fonctionner pendant que la charge est court-circuitée, pour activer au moins un des dispositifs de commutation à la fois, un courant passant dans le dispositif de commutation activé ou dans chaque dispositif de commutation activé et pouvant être mesuré pour vérifier si le dispositif de commutation activé ou chaque dispositif de commutation activé fonctionne correctement.

De façon avantageuse, le dispositif de tirage vers le bas permet aux dispositifs de commutation d'être soumis à des essais sans la charge, de sorte que l'essai peut être effectué avant ou après l'installation du circuit de commutation. D'autre part, la présente invention propose un procédé d'essai d'un circuit de commutation qui connecte une charge à une source de tension, le circuit de commutation comprenant un ou plusieurs dispositifs de commutation, le procédé comprenant le court-circuitage de la charge par activation d'un dispositif de tirage vers le bas, activation d'un ou plusieurs des dispositifs de commutation, mesure du courant traversant le dispositif de commutation ou chaque dispositif de commutation qui est activé, et détermination, à partir du signal de courant mesuré, si les dispositifs de commutation activés fonctionne(nt) correctement.

Des modes de réalisation de la présente invention seront décrits ci-après, uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente de façon schématique un circuit comportant un circuit de commutation illustrant la présente invention, et - la figure 2 représente un graphique du courant en fonction du temps, pendant une procédure d'essai réalisée sur le circuit de la figure 1.

La figure 1 illustre un exemple d'un circuit comprenant un circuit de commutation 1 connecté à une source de tension 2. Le circuit a une sortie 5 qui est connectée à une charge 15. Le circuit peut par exemple être prévu sur un avion, de telle sorte que la source de tension 2 est constituée d'un groupe électrogène et la charge 15 peut être un composant de l'avion, par exemple pour actionner un volet d'atterrissage ou le train d'atterrissage ou un composant situé à l'intérieur de l'avion, tel qu'un instrument ou une installation de divertissement embarquée. Le circuit de commutation 1 peut comporter un dispositif de commutation 6 individuel ou une pluralité de dispositifs de commutation 6, 7, ..., n. Les dispositifs de commutation sont connectés en parallèle. Ils peuvent chacun être constitués de n'importe quel dispositif de commutation à semi-conducteurs adapté, par exemple d'un transistor à effet de champ. Le circuit de commutation 1 est utilisé pour connecter la source de tension 2 à la charge 15. La source de tension 2 et ses câbles ou fils associés présenteront une inductance inhérente 11. De la même manière, la charge et ses câbles et fils associés présenteront une inductance inhérente 14. Le circuit de commutation 1 comprend en outre un contrôleur 3 qui est connecté à chacun des dispositifs de commutation 6, 7, ..., n par l'intermédiaire de lignes de contrôle 8, 9, 10 respectives. Le contrôleur 3 est également connecté à un dispositif de tirage vers le bas 4, via une ligne de contrôle de tirage vers le bas 12. Le dispositif de tirage vers le bas 4 est en outre connecté à la sortie de charge 5 et à la ligne de retour de courant 13. Lorsque le dispositif de tirage vers le bas 4 est fermé, il coupe la charge du circuit de commutation et dévie le courant à travers le dispositif de tirage vers le bas 4. Le dispositif de tirage vers le bas, également appelé "circuit de tirage vers le bas" ou simplement "tirage vers le bas", peut comporter n'importe quel interrupteur approprié, y compris des interrupteurs électroniques, électromécaniques et mécaniques. Le circuit de commutation 1 peut comporter un contrôleur de puissance à semi-conducteurs (SSPC) qui peut comprendre un ou une pluralité de dispositifs à semi-conducteurs connectés. S'il comprend plusieurs dispositifs à semi-conducteurs connectés en parallèle, chaque dispositif peut être mis sous tension et hors tension de manière séquentielle, de sorte que chacun des dispositifs peut être testé individuellement. D'autres séquences d'essai peuvent être envisagées, par exemple l'activation de plus d'un dispositif de commutation à la fois. L'activation individuelle des dispositifs de commutation permet de localiser un défaut sur un interrupteur individuel. La séquence d'essai peut être exécutée à n'importe quel instant approprié, par exemple entre des vols. La séquence d'essai pourrait également être réalisée au cours du vol, à des instants où la charge 15 n'est pas requise. Chacun des dispositifs de commutation 6, 7, ..., n comprend un limiteur de courant 61, 71, ..., nl respectif. Les limiteurs de courant limitent le courant passant dans les dispositifs de commutation à une valeur de l'ordre de cinq à dix fois le courant de fonctionnement maximal normal, afin d'éviter une détérioration des dispositifs de commutation. En variante, un limiteur de courant unique pour tous les dispositifs de commutation pourrait être prévu. Une autre possibilité consiste à prévoir un déclencheur à courant fort pour couper les dispositifs de commutation lorsque la limite de déclenchement est dépassée. Le circuit de tirage vers le bas est activé chaque fois que l'un quelconque des dispositifs de commutation est activé en vue du programme d'essai intégré (BIT). Chaque dispositif de commutation et l'ensemble de ses circuits d'attaque peuvent être soumis à des essais complets en utilisant le contrôleur 3 pour activer un dispositif à la fois, en vérifiant en même temps que le courant qui le traverse, ainsi que le dispositif de tirage vers le bas, se situe dans les limites correctes. Les circuits de mesure de courant ne sont pas représentés dans la figure 1. Selon un mode de réalisation particulier, le laps de temps minimal, pendant lequel chaque dispositif de commutation est activé, est choisi pour correspondre au moins au laps de temps nécessaire au courant pour devenir relativement constant, afin de permettre une mesure cohérente de ce courant, avec la précision requise par le système d'essai intégré (BIT). Le temps pendant lequel chaque dispositif de commutation est activé dépend en général de l'inductance 11 totale maximale dans le câble de source de puissance d'entrée. Cependant, si on le souhaite, le système peut fonctionner avec des échelles de temps plus courtes. Le dispositif de tirage vers le bas est conçu de manière à ce que, lorsqu'il baisse le courant provenant d'un dispositif de commutation principal unique pendant l'essai intégré, la tension développée à la sortie 5 vers la charge soit négligeable comparée à la tension de sortie normale, lorsque le système est sous tension.

Cela garantit que la charge n'est pas soumise à une tension significative lorsque le système est supposé être hors tension. Cela est obtenu en utilisant un dispositif de tirage vers le bas 4 qui a une impédance plus faible que chaque dispositif de commutation, de préférence beaucoup plus faible. Dans la pratique, lorsque les limiteurs de courant 61, 71, ..., nl fonctionnent, les dispositifs de commutation 6, 7, ..., n ont une impédance effective plus élevée que le dispositif de tirage vers le bas 4. Pendant le fonctionnement normal du système, le contrôleur 3, qui active les dispositifs de commutation 6, 7, ..., n, devrait généralement mettre sous tension et hors tension tous les dispositifs de commutation en même temps. Des modes de réalisation de l'invention s'appliquent non seulement à des systèmes à courant continu (C.C.) mais également aux systèmes à courant alternatif (C.A.). Dans ce cas, la source de tension 2 serait une source de tension alternative. Les dispositifs de commutation seraient des commutateurs C.A. (au choix avec des limiteurs de courant C.A.), et le circuit de tirage vers le bas serait apte à faire diminuer des courants alternatifs. Dans un mode de réalisation à C.C., le dispositif de tirage vers le bas est constitué par exemple d'un transistor à effet de champ (FET) ou d'un transistor bipolaire ou d'un transistor bipolaire à grille isolée. D'autres types de dispositifs de commutation peuvent être utilisés. Dans un mode de réalisation à C.A., le dispositif de tirage vers le bas peut être constitué par exemple d'un triac ou d'un relais à semi- conducteurs. La figure 2 illustre le courant de sortie traversant un dispositif de commutation lorsqu'une procédure d'essai est exécutée. Une seule crête est montrée, mais dans un exemple de mode de réalisation, huit dispositifs de commutation sont prévus, de sorte que l'essai aboutirait à un courant d'entrée total de la source de tension 2 qui présenterait 8 impulsions séquentielles comme la crête unique montrée dans la figure 2. Le fonctionnement correct de chaque dispositif de commutation 6, 7, ..., n peut être déterminé en vérifiant que l'amplitude de chaque impulsion de courant individuelle se situe dans les limites correctes. La procédure d'essai commence par le court-circuitage de la charge en activant le dispositif de tirage vers le bas 4. Celui-ci reste en général activé pendant la durée de l'essai intégré BIT. Le premier dispositif de commutation 6 est fermé à environ 250 µs dans l'exemple représenté, et le courant traversant le dispositif de commutation 6 augmente rapidement jusqu'à atteindre celui fourni par la source 2, qui est dans cet exemple d'environ 100 A. Ensuite, le premier dispositif de commutation 6 est ouvert et peu de temps après, le deuxième dispositif de commutation 7 est fermé et le courant traversant le deuxième dispositif de commutation 7 est mesuré. Cette procédure est répétée jusqu'à ce que tous les dispositifs de commutation aient été testés. Des différences des profils de courant par rapport à ceux représentés dans la figure 2 peuvent indiquer un défaut du dispositif de commutation correspondant. De façon avantageuse, des modes de réalisation de l'invention permettent de procéder à une évaluation individuelle du fonctionnement des dispositifs de commutation. Un simple essai intégré BIT, qui vérifie seulement le fonctionnement global du contrôleur de puissance à semi-conducteurs, ne serait normalement pas en mesure de détecter un dispositif défaillant, bloqué à l'état de circuit ouvert. Un avantage technique de la présente invention réside dans le fait que non seulement elle détecte des défaillances d'un dispositif unique, mais elle peut également vérifier individuellement la performance de limitation de courant de chaque dispositif. Par conséquent, l'invention peut assurer une couverture complète d'essais intégrés pendant le fonctionnement en service. Selon un autre mode de réalisation, les dispositifs de commutation ne comportent pas de contrôle de limite de courant.

Dans ce cas, on peut s'appuyer sur l'inductance de la source de tension 2 et l'inductance de câble 11, en combinaison avec un circuit déclencheur de courant rapide, pour empêcher le courant d'augmenter jusqu'à des niveaux dangereux au cours de l'impulsion d'essai. En d'autres termes, le contrôleur 3 du présent mode de réalisation fonctionnerait pour activer la séquence d'ouverture et de fermeture des dispositifs de commutation, de façon suffisamment rapide pour éviter une surcharge de courant.

Claims

REVENDICATIONS1. Circuit de commutation destiné à être connecté à une charge et à une source de tension, comprenant un ou plusieurs dispositifs de commutation pour mettre la charge sous tension et hors tension, un dispositif de tirage vers le bas pour court-circuiter la charge, en l'isolant ainsi de la source de tension, et un contrôleur pouvant fonctionner pendant que la charge est court-circuitée, pour activer au moins un des dispositifs de commutation à la fois, un courant passant dans le dispositif de commutation activé ou dans chaque dispositif de commutation activé et pouvant être mesuré pour vérifier si le dispositif de commutation activé ou chaque dispositif de commutation activé fonctionne correctement.
2. Circuit de commutation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de tirage vers le bas comprend un interrupteur placé en parallèle avec la charge, et la fermeture de l'interrupteur court-circuite la charge.
3. Circuit de commutation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de tirage vers le bas comprend un interrupteur électronique, électromécanique et/ou mécanique, comportant l'un quelconque ou plusieurs composants parmi un transistor à effet de champ, un transistor bipolaire, un transistor bipolaire à grille isolée, un triac et un relais à semi-conducteurs.
4. Circuit de commutation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de commutation ou chaque dispositif de commutation est activé individuellement.
5. Circuit de commutation selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un limiteur de courant pour limiter le courant passant dans le dispositif de commutation ou dans chaque dispositif de commutation.
6. Circuit de commutation selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de commutation ou chaque dispositif de commutation contient un limiteur de courant.
7. Circuit de commutation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'inductance du système est utilisée pour limiter le courant passant dans le dispositif de commutation ou dans chaque dispositif de commutation.
8. Circuit de commutation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'impédance du dispositif de tirage vers le bas est inférieure à l'impédance du dispositif de commutation ou de chaque dispositif de commutation.
9. Circuit de commutation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tension de sortie du circuit de commutation dans des conditions d'essai est négligeable comparée à la tension de sortie dans des conditions de fonctionnement normales.
10. Circuit de commutation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit peut être connecté à une source de tension C.A. ou C.C.
11. Circuit de commutation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de commutation ou chaque dispositif de commutation est constitué d'un dispositif de commutation à semi-conducteurs.
12. Procédé d'essai d'un circuit de commutation qui connecte une charge à une source de tension, le circuit de commutation comprenant un ou plusieurs dispositifs de commutation, le procédé comprenant le court-circuitage de la charge par activation d'un dispositif de tirage vers le bas, activation d'un ou plusieurs des dispositifs de commutation, mesure du courant traversant le dispositif de commutation ou chaque dispositif de commutation qui est activé, et détermination, à partir du signal de courant mesuré, si les dispositifs de commutation activés fonctionne(nt) correctement.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que les dispositifs de commutation sont activés de manière séquentielle, les uns après les autres.
14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs dispositifs de commutation sont activés pendant un laps de temps suffisant pour que le courant qui les traverse devienne sensiblement constant.
15. Procédé selon une des revendications 12 à 14, comprenant en outre la limitation du courant qui traverse chaque dispositif de commutation.
16. Circuit de commutation, sensiblement tel que décrit ici avec référence aux dessins annexés.
17. Procédé d'essai d'un circuit de commutation, sensiblement tel que décrit ici avec référence aux dessins annexés.