FR3055495A1

FR3055495A1 - Procede et dispositif de circuit pour couper une source de tension d'au moins un consommateur

Info

Publication number: FR3055495A1
Application number: FR1757897A
Authority: FR
Inventors: Gerhard Engel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2017-08-28
Publication date: 2018-03-02
Anticipated expiration: 2037-08-28
Also published as: CN107797596A; FR3055495B1; DE102016216213A1; IT201700094899A1

Abstract

Dispositif de circuit (100) pour couper une source de tension (6, 12) d'au moins un consommateur (5), comportant un capteur de courant (2) mesurant le courant fourni par la source (6, 12) alimentant le consommateur (5). Le dispositif (100) est muni d'une logique de commande (3) qui, en fonction du signal du capteur (2), actionne un commutateur (1) qui coupe l'alimentation en courant par le réseau (4) et une installation de mesure (7) de l'état du consommateur (5), reliée à la logique (3), qui actionne le commutateur (1) en fonction des signaux en parallèle et pratiquement simultanés du capteur de courant (2) et de l'installation de mesure (7) pour adapter le seuil de coupure du courant.

Description

(57) Dispositif de circuit (100) pour couper une source de tension (6, 12) d'au moins un consommateur (5), comportant un capteur de courant (2) mesurant le courant fourni par la source (6, 12) alimentant le consommateur (5).

Le dispositif (100) est muni d'une logique de commande (3) qui, en fonction du signal du capteur (2), actionne un commutateur (1) qui coupe l'alimentation en courant par le réseau (4) et une installation de mesure (7) de l'état du consommateur (5), reliée à la logique (3), qui actionne le commutateur (1 ) en fonction des signaux en parallèle et pratiquement simultanés du capteur de courant (2) et de l'installation de mesure (7) pour adapter le seuil de coupure du courant.

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Domaine de l’invention

La présente invention se rapporte à un dispositif de circuit pour couper une source de tension d’au moins un consommateur, le dispositif de circuit comportant au moins un capteur de courant mesurant directement ou indirectement au moins en partie le courant fourni par la source de tension et l’appliquant par un réseau, au consommateur, le dispositif de circuit étant muni d’une logique de commande qui, en fonction du signal de sortie du capteur de courant, actionne un commutateur électrique, notamment électronique qui coupe l’alimentation en courant par le réseau et en plus une installation de mesure qui mesure l’état du consommateur et dont la sortie est reliée à la logique de commande.

L’invention se rapporte également à un procédé de mise en œuvre d’un tel dispositif de circuit.

En d’autres termes, l’invention a pour objet un procédé et un dispositif de circuit pour couper une source de tension d’au moins un consommateur. Une solution simple pour couper une source de tension du consommateur est celle des fusibles. Les fusibles utilisent de façon générale des conducteurs froids (conducteurs PTC, conducteurs à coefficient positif de température) de sorte qu’aux conditions de fonctionnement normale la résistance est faible et pour des courants élevés, la matière s’échauffe et produisant pour ce type de matière, une forte augmentation de la résistance. La coupure du circuit se fait par la fusion d’une pièce définie de conducteur. La puissance thermique dégagée est décisive. Cette opération dépend fortement de la température ambiante, du temps et du degré de surintensité. Une sécurité caractéristique de la commande et du consommateur dans les réseaux embarqués de véhicule avec un fusible est une solution représentée à la figure 1.

Dans le cas d’appareils multimédia équipant un véhicule, il est habituel de prévoir un fusible intégré dans le bloc de raccordement (mini fusible ATO) dimensionné pour un courant de 10 A ou 15 A. Le fusible de 15 A a, par exemple, une intégrale de fusion de 240 A 2s et se déclenche pour un courant de 30 A après environ une seconde. Dans la plage comprise entre -40°C et +90°C, le courant de déclenchement varie de 110% à 90%. Pour une condition de surintensité de 35% (par exemple 20,25A pour un courant de mesure de 15A), la durée de déclenchement peut se situer entre 0,75 et 600 secondes.

Pour des appareils qui prennent des courants relativement faibles, on utilise parfois des sécurités SMD pour des raisons d’encombrement et de coût. Cette forme de réalisation présente, en outre, la difficulté d’un risque de dommage anticipé lors de la soudure, ce qui se traduit par un déclenchement incertain.

Ainsi, seuls les défauts qui se situent au-dessus d’un seuil de courant donné seront protégés, ce qui ne permet pas en définitive une protection efficace des appareils, mais seulement une protection de la ligne d’alimentation.

Une autre possibilité de protection des appareils de commande électroniques et des appareils multimédia, notamment dans les réseaux embarqués consiste à :

- déterminer dans les appareils de commande électroniques et les appareils multimédia la prise de courant maximale autorisée définie de manière précise (par exemple 1 IA +/- IA) ce qui signifie qu’en cas de dépassement d’une valeur fixe d’environ 10% (ici 1,1 A) pour une durée minimale relativement faible (pour exclure seulement les impulsions accentuées) (pointe de courant) on peut exclure un défaut accidentel. Il faut ainsi une mesure de courant précise et une coupure complète, rapide de la branche défectueuse de l’appareil. Cette condition peut être remplie par l’application d’une sécurité électronique. On connaît en particulier des solutions avec des éléments de coupure électronique ou disjoncteurs électroniques qui, en cas de dépassement d’un courant mesuré par un capteur, coupent l’alimentation électrique à l’aide d’un transistor à effet de champ ou limitent celle-ci. Ces solutions récentes sont, en général, appelées disjoncteurs ou fusibles électroniques ou dispositif de coupure de surintensité. Pour éviter que pour de brèves pointes, les appareils soient coupés complètement, il est habituel d’intégrer le courant appliqué pendant un certain temps. Les solutions connues, travaillant par intégration en fonction du temps, copient en quelque sorte les solutions par fusible en permettant néanmoins une plus grande précision et un temps de réaction plus rapide. D’autre part, limiter le courant peut ne pas être une mesure appropriée pour les cas critiques évoqués ci-après. Une représentation de principe d’un tel dispositif de protection avec un élément de coupure électronique est présenté à la figure 2.

- L’utilisation d’une coupure rapide et complète n’évite, toutefois, pas une classe importante de défauts. La protection, par exemple, de l’étage de puissance audio (amplificateur de puissance) nécessite le passage de courants très importants d’environ 10A (4 canaux de 20W à 14V et un rendement de 57%). Si ce courant n’est pas planifié par l’étage de puissance audio et consommé par les haut-parleurs mais est occasionné par une pièce défectueuse reliée au réseau d’alimentation, alors ce type de protection ne se déclenchera pas. La puissance prise par le composant défectueux constitue toutefois à ce moment un risque d’incendie. De tels incidents sur la plaque de circuit sont étonnamment rapides et avec la densité de garniture actuelle, ils se produisent déjà dans des plages de courant de 5 à 8 A (éventuellement 14 V de tension d’alimentation et de déclenchement postérieur.

Le document US 9030794 B2 décrit une installation de protection électronique avec une installation de coupure démarrant lentement (démarrage en douceur) et une sécurité de court-circuit. L’installation de coupure est munie d’un capteur de courant qui, en cas de surintensité, coupe l’alimentation en courant du consommateur par un disjoncteur électronique. Dans le cas où le consommateur a un court-circuit, cette protection spéciale de court-circuit protège la charge en coupant l’alimentation électrique par le commutateur électronique avant que l’installation de coupure, démarrant lentement, ne s’active. L’inconvénient de cette solution connue est que pour une lente montée en courant et un déclenchement de court-circuit défectueux, la coupure du consommateur ne se fera qu’à la limite supérieure fixe. On ne peut ici distinguer entre le courant total mesuré et utilisé par le consommateur ou la présence au moins en partie d’un courant de défaut.

Exposé et avantages de l’invention

La présente invention a pour objet un dispositif de circuit du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la logique de commande actionne le commutateur en fonction des signaux en parallèle et pratiquement simultanés du capteur de courant et de l’installation de mesure de façon à adapter de manière dynamique le seuil du courant pour lequel le commutateur électronique s’ouvre, à l’état mesuré du consommateur.

L’invention a également pour objet un procédé de coupure d’une source de tension d’un consommateur à l’aide d’un dispositif de circuit selon lequel le dispositif de circuit comporte au moins un capteur de courant qui mesure directement ou indirectement au moins une partie du courant fourni par la source de tension et qui alimente le consommateur à travers un réseau, le dispositif de circuit étant muni d’une logique de commande qui, en fonction du signal de sortie du capteur de courant actionne un commutateur électrique, notamment électronique qui peut couper l’alimentation en courant par le réseau et en plus une installation de mesure qui mesure l’état du consommateur et dont la sortie est reliée à la logique de commande, procédé caractérisé en ce que la logique de commande actionne le commutateur en fonction des signaux parallèles et pratiquement simultanés reçus du capteur de courant et de l’installation de mesure de façon à adapter la valeur limite de l’intensité à laquelle la logique de commande coupe le commutateur de façon dynamique à l’état mesuré du consommateur.

En d’autres termes, le cœur de l’invention est que la limite de déclenchement n’est pas une unique limite fixe, mais un seuil adapté de manière dynamique et qui, selon l’état de fonctionnement et les capteurs utilisés (dispositif de signalisation de valeurs de mesure) peut avoir une complexité quelconque. En d’autres termes, le cœur de l’invention est une information locale supplémentaire obtenue par retour de l’élément de sécurité vers une combinaison logique pour exploiter, de manière fiable ou non fiable, le courant surveillé par l’élément de sécurité. La plage en dessous du courant maximum autorisé sera intégrée en mode normal à la surveillance de défaut. Comme élément de sécurité, il est prévu une unité qui comporte le commutateur électronique, le dispositif de mesure de courant et la logique de commande.

Une caractéristique importante de l’invention est l’utilisation d’un capteur supplémentaire relié directement à la charge. Cela peut se faire, par exemple, sans la détection de sous-tension qui existe de toute façon, par exemple d’un étage de puissance intégré. En pratique, on surveille la pré-tension appliquée instantanément pour basculer rapidement en cas d’effondrement, c’est-à-dire pour couper le haut-parleur et ainsi éviter les bruits de claquement.

On simplifie, de manière particulière, la réalisation du dispositif de circuit de l’invention selon un développement caractérisé en ce que pour mesurer l’état du consommateur on relie au consommateur, au moins une installation de mesure qui mesure le courant arrivant au consommateur et/ou la tension appliquée au consommateur, cette installation de mesure fournissant à la logique de commande un signal correspondant au courant ou à la tension mesurés. Outre la mesure du courant ou de la tension pour la charge, il est également prévu, dans le cadre de l’invention, de mesurer d’autres états du consommateur avec une installation de mesure installée à proximité ou sur le consommateur comme, par exemple, pour détecter la chaleur, la couleur, les signaux acoustiques ou les modifications mécaniques. La mesure du courant ou de la tension par le consommateur est particulièrement avantageuse, car, d’une part, on peut facilement transformer la tension en des intensités et d’autre part, le capteur de courant mesure de toute façon le courant total. La logique de commande est ainsi réalisable d’une manière relativement simple est caractérisée en ce que pour mesurer l’état du consommateur, l’installation de mesure fournit un signal correspondant au courant traversant le consommateur, la logique de commande comporte un circuit de différence qui compare le courant mesuré par le capteur de courant et le courant mesuré par l’installation de mesure et en cas de différence suffisante des courants elle actionne le commutateur électronique dans le sens de la coupure du courant de défaut. Pour le reste, les capteurs mesurant le courant ou la tension sont de toute façon développés dans les circuits usuels du consommateur de sorte qu’ils peuvent servir en plus à l’exploitation du courant de défaut.

Pour réduire la place nécessaire et la prise de puissance du dispositif de circuit, il est prévu, que le dispositif de circuit et au moins la logique de commande du dispositif de circuit sont réalisés par un circuit intégré ou partiellement intégré. L’intégration consiste ici à intégrer la logique de plausibilité et de fournir des entrées cohérentes, mais aussi de faire toutes les surveillances côté réseau embarqué et si possible combiner plusieurs commutateurs de puissance dans un composant et ainsi surveiller le courant sortant. Il est, pour cela particulièrement important, de répartir l’énergie d’entrée d’alimentation pour l’intégrer dans la surveillance et qui, sans protéger, constitue un point de risque. En d’autres termes, une plaque de circuit à plusieurs couches comporte des couches d’isolation extrêmement minces. Si le réseau embarqué, non protégé, doit être réparti très largement sur cette plaque de circuit, on augmente le risque d’incendie.

Selon un développement de l’invention le commutateur électronique est muni d’un ou plusieurs transistors et/ou FET et/ou nanotubes de carbone et/ou de transistors FinFET de puissance.

De façon préférentielle, la logique de commande est réalisée sous la forme d’un circuit intégré. De même, selon un développement de l’invention, la logique de commande est une logique programmable caractérisée en ce qu’elle est munie d’un tableau qui indique la combinaison du courant mesuré par le capteur de courant et de l’état mesuré par l’installation de mesure, notamment la valeur du courant ou la valeur de la tension qui produit l’actionnement du commutateur électronique dans le sens de la coupure du courant de défaut. Cela permet d’adapter plus facilement le dispositif de circuit à différents consommateurs et/ou situations de risques.

Comme dans les consommateurs complexes il y a de toute façon un grand nombre de capteurs, selon un développement de l’invention la source de tension est la batterie du réseau embarqué d’un véhicule automobile et le consommateur est l’étage de puissance audio d’un appareil multimédia, notamment d’un autoradio relié au réseau embarqué du véhicule. Cela s’applique non seulement à l’invention pour des étages de puissance audio. Les appareils de loisir, modernes sont extrêmement complexes et ont de nombreuses fonctions internes de diagnostique. Un processeur de puissance peut consommer sans difficulté un maximum de 15 W. La logique de commande de l’élément de sécurité doit recevoir, indépendamment du programme, une unité logique de contrôle de plausibilité et adaptation dynamique pour tenir compte des données de capteurs des différentes branches. Ainsi, on appliquera les caractéristiques rappelées ci-dessus consistant à associer à chaque consommateur ou chaque partie de consommateur, son propre capteur de courant. On peut également envisager d’additionner les courant dans les différents consommateurs (ou les courants convertis à partir des tensions mesurées) pour les additionner et comparer la dimension des courants somme, au courant total dans la logique de commande et qui a été mesuré par un unique dispositif de mesure de courant total.

Selon un développement préférentiel de l’invention, la source de tension 6 est reliée à un contrôleur de tension 11 dont le signal de sortie est appliqué à la logique de commande 3 et dont l’actionnement du commutateur électronique 1 par la logique de commande 3 dépend en outre du signal de sortie du contrôleur de tension

11. Pour un étage audio de puissance, l’invention est particulièrement efficace car la puissance maximale demandée par l’étage de puissance est relativement élevée et en même temps elle varie fortement. Cela est vrai à la fois également pour des composants comparables de ce point de vue tels que, par exemple, des modules. A cela s’ajoute que pour l’étage de puissance audio, on résout ainsi, de manière élégante, le problème consistant toujours fournir la puissance à partir du réseau de bord du véhicule et d’assurer la protection toujours pour le courant maximal correspondant à la somme. Les appareils de commande et l’électronique de loisir dans le véhicule sont habituellement alimentés directement en 12 V à partir du réseau embarqué (ou 24 V pour les camions). La prise de courant par ces appareils varie d’un ordre de grandeur en fonction de l’état de fonctionnement actuel.

Pour appliquer l’avantage de l’invention au réseau embarqué de véhicule automobile, il faut tenir compte de ce que pratiquement tous les appareils électroniques équipant un véhicule automobile sont actuellement reliés en permanence à l’alimentation de bord et né3055495 cessitent au moins une forte alimentation électrique. Cela signifie que des parties permanentes de l’appareil sont à la tention du réseau embarqué et fonctionnent. En conséquence, sur les plaques de circuit, il y a des zones et des chemins tels qu’en cas de défaillance d’un composant (par exemple la rupture d’un condensateur en céramique, les défauts de semi-conducteurs) ou en cas de pénétration d’eau ou de corps étrangers conducteurs, présentant un risque de court-circuit. Pour éviter de tels défauts et encore plus des conséquences graves tels que des incendies ou des développements de fumée, on insère encore dans l’état de la technique actuel des sécurités de fusion dans le chemin de courant principal, informations qui ne sont pas directement utiles comme cela a été développé ci-dessus.

A côté de cela, il existe également, pour des applications spéciales, notamment des puissances faibles, des sécurités qui se rétablissent automatiquement, c’est-à-dire des dispositifs (PPTC) qui reviennent en mode normal, après la disparition du défaut ayant occasionné la surintensité et après refroidissement. Ces moyens sont toutefois limités aux applications pour lesquelles il n’est pas nécessaire d’avoir une coupure complète et avec lesquelles on peut compter sur un défaut appliqué de l’extérieur et qui pourra de nouveau disparaître. Pour les cas proposés ci-dessus on ne peut, toutefois pas, toujours compter sur une réparation automatique et le courant de court-circuit peut facilement atteindre 10A ou plus, ce qui correspond à une puissance de défaut suffisante pour occasionner un incendie. La figure 1 montre la solution de base selon l’état de la technique.

Pour améliorer la plausibilité de l’opération de coupure en cas de courant de défaut, le dispositif de circuit est muni d’un commutateur de rétablissement relié au circuit logique qui, après une coupure de courant de défaut, évite l’ouverture du commutateur électronique par le commutateur de rétablissement. Si le contrôleur de tension qui surveille la tension de la source de tension constate une sous-tension, il suffit alors d’appliquer au consommateur une soustension. Dans ce cas, le consommateur malgré la sous-tension mesurée sur lui ne sera pas coupée du réseau. Inversement, on peut constater une surtension sur une source de tension, ce qui conduit à une cou3055495 pure plus précoce du consommateur que pour la tension normale appliquée à la source de tension. Ainsi, grâce aux caractéristiques cidessus, on aura une plus grande sécurité et on évitera les coupures inutiles.

Selon un autre développement avantageux de l’invention la source de tension est reliée à un contrôleur de tension dont le signal de sortie est appliqué à la logique de commande et l’actionnement du commutateur électronique par la logique de commande dépend en outre du signal de sortie du contrôleur de tension.

Comme déjà évoqué ci-dessus, le dispositif de circuit peut comporter des composants à coupure (PPTC) qui coupent l’alimentation électrique et qui, le cas échéant, rétablissement automatiquement l’alimentation électrique. Dans ce cas, il est avantageux que la possibilité de rétablissement ne soit donnée que lorsque la cause des courants de défaut est éliminée.

But de l’invention

La présente invention a pour but de développer un circuit ou un procédé permettant de tenir compte de l’état mesuré de la charge pour le courant limite de coupure de la charge.

Dessins

La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l’aide d’exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 montre un dispositif de circuit muni d’une protection par fusible selon l’état de la technique, la figure 2 montre un dispositif de circuit muni d’un disjoncteur électronique, connu, la figure 3 montre un premier exemple de réalisation de l’invention, la figure 4 montre un second exemple de réalisation de l’invention, la figure 5 montre un troisième exemple de réalisation de l’invention, la figure 6 montre un quatrième exemple de réalisation de l’invention.

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Description de modes de réalisation

Selon la figure 1, la tension Ubat de la batterie d’un véhicule est reliée par les bornes 6 et 12 à un fusible 13 traversé par le courant alimentant un consommateur 15 à travers un filtre de réseau 14. L’unité appelée filtre de réseau embarqué comporte un filtre pour lisser la tension ou les pointes de courant et un réseau 4 pour répartir le courant par le filtre et l’utilisateur 5. La fonction, le but et le fonctionnement ainsi que les inconvénients du fusible 13 ont été exposés de manière détaillée dans le préambule.

La figure 2 montre le principe d’un dispositif de circuit connu comportant un disjoncteur électronique. Les références 6 et 12 se rapportent là encore aux bornes de la batterie Ubat du véhicule alimentant, par le courant du réseau embarqué, l’utilisateur 5 non pas à travers un fusible 13 comme à la figure 1, mais par un disjoncteur électronique 1.

La figure 2 montre aussi schématiquement un réseau 4 qui symbolise les conducteurs allant vers le consommateur et le système de conducteur dans le dispositif de circuit.

Le dispositif de circuit connu selon la figure 2 est muni d’un dispositif de mesure d’intensité 2 appelé ci-après capteur d’intensité 2. Le capteur d’intensité mesure l’intensité du courant arrivant au consommateur lorsque le disjoncteur ou commutateur électronique 1 est passant à travers le réseau 4. Le signal de mesure fourni par le capteur de courant 2 est appliqué à une logique de commande 3 qui, en fonction du signal de mesure, actionne le commutateur électronique au disjoncteur 1. Le fonctionnement d’un tel circuit de surintensité présenté à la figure 2 et ses inconvénients sont ceux déjà développés ci-dessus. Le but de la logique de commande est d’éviter que le commutateur électronique 1 soit activé directement lorsque le courant traversant le capteur de courant dépasse le seuil prédéterminé. Bien plus, la logique de commande 3 doit adapter la coupure du courant aux conditions nécessaires à la pratique. Cela signifie, par exemple, que pour de courtes pointes de tension le commutateur ou disjoncteur électronique 1 ne doit pas s’ouvrir immédiatement, mais seulement lorsque le courant mesuré par le capteur de courant dépasse suffisamment longtemps le seuil. Un moyen pour constater cet état consiste, par exemple, à intégrer l’intensité mesurée du courant sur une certaine période. Dans ces conditions, la logique de commande de la figure 2 du disjoncteur électronique 1 copie le comportement d’un fusible.

Même si l’utilisation d’un disjoncteur ou commutateur électronique selon la figure 2 offre des avantages considérables par rapport à un fusible selon la figure 1, un tel commutateur électronique ne permet pas de prendre en compte une classe importante de défauts. Il s’agit des courants de défaut qui passent pratiquement entre la sortie du capteur de courant 2 et l’entrée du consommateur 5 c’est-à-dire, de préférence, dans le réseau 4. Cela est vrai notamment pour des consommateurs qui ont, a priori, une prise de puissance variant fortement ou qui peut varier et dont la prise de puissance maximale est relativement élevée. Par exemple, le capteur de courant 2 mesure un courant relativement important mais en dessous du seuil autorisé de sorte qu’une partie de ce courant important ne passe pas par le consommateur (qui est précisément réglé sur l’utilisation d’une puissance plus faible) mais passe comme courant de défaut par une résistance de court-circuit 9 (représentée symboliquement à la figure 3), pour aller à la masse. Comme déjà détaillé ci-dessus, de tels courants de défaut peuvent déclencher un incendie dans l’appareil. C’est pourquoi, la présente invention a principalement pour but d’assurer lorsque de tels courants de défaut se produisent, la coupure d’alimentation en courant du consommateur et aussi de l’élément de sécurité 10 (voir cela en contexte avec la définition donnée à la revendication 1) même au cas où le courant mesuré actuellement par le capteur de courant 2 est encore en dessous de ce seuil.

La figure 3 montre la structure de principe d’un dispositif de circuit 100 selon l’invention fonctionnant sous la forme d’un appareil de commande du réseau embarqué d’un véhicule automobile. La tension d’alimentation (réseau embarqué) est appliquée par le boîtier de branchement par ses deux bornes 6 et 12, à l’appareil de commande. Indirectement en aval, et avec une liaison aussi courte que possible on a le commutateur électronique 1 constitué avantageusement par un transistor à effet de champ. Celui-ci est branché pour être en mesure de couper totalement l’alimentation de l’appareil de commande.

Selon une variante possible, différentes parties de l’appareil de commande peuvent également être alimentées par un élément de coupure distinct comme cela est décrit en détail en relation avec les exemples des figures 5 et 6.

La commande du transistor à effet de champ comme commutateur électronique 1 nécessite des installations auxiliaires telle que, par exemple, une limitation permanente de la tension pour commander l’électrode de porte. Ces installations auxiliaires qui dépendent de la réalisation ne sont pas représentées séparément et sont contenues de façon correspondante dans le bloc de la logique de commande 3.

Pour réaliser la fonction de base, il faut un dispositif de mesure de courant 2 qui mesure le courant d’alimentation actuelle à rapporter au commutateur électronique 1 et fournit cette grandeur de mesure à la logique de commande 3. De façon connue et comme cela a été décrit en liaison avec la figure 2, à l’aide d’un intégrateur dans la logique de commande 3 et d’un comparateur de seuil, on détecte le dépassement du courant maximum par le capteur pendant un certain temps minimum et ensuite on ouvre le commutateur 1 (état non conducteur) jusqu’à avoir, par exemple, la coupure du réseau embarqué. Le circuit de la figure 3 peut implémenter des installations pour des tentatives alternatives de rétablissement. Ces tentatives de rétablissement (tentatives de rebranchement) doivent toutefois être évitées en cas de défaut grave qui peut éventuellement conduire à des dommages complémentaires, la condition et la sécurité de la détection d’un tel défaut. Dans la plupart des cas, entre l’élément de commutation et le consommateur de courant 5 effectif, il y a d’autres éléments de distribution de courant, au moins des chemins conducteurs, sur la plaque de circuit et qui sont représentés symboliquement sous la forme d’un réseau 4 à la figure 3. On peut avoir des dérivations vers d’autres consommateurs partiels. Si dans ce réseau de distribution contrôlé ou réseau 4, il y a un court-circuit (représenté symboliquement à la figure 3 comme résistance de court-circuit 9) alors le courant de court-circuit bien qu’inférieur au seuil prédéfini pour la coupure de la surintensité, peut développer de manière considérable de la chaleur par défaut.

La conséquence d’un courant de défaut passant par la résistance de court-circuit 9 dans le réseau 4 est qu’une grande partie du courant mesuré par le capteur de courant 2 traverse la résistance de court-circuit 9 et produit ainsi l’effondrement de la tension d’alimentation au niveau du consommateur 5. La surveillance locale de tension 7 sur le consommateur 5 détecte cette surtension et la signale à la logique de commande 3 de l’élément de sécurité 10. La combinaison logique du courant minimum par le capteur 2 au-dessus de zéro et en dessous du courant maximum autorisé avec en même temps signalement de la sous-tension par le capteur 5 correspond à un nouveau critère supplémentaire pour une coupure de sécurité.

Un cas simple peut se présenter comme suit : pour une intensité élevée sur le capteur de courant 2, supérieure au seuil réglé, on coupe toujours lorsque la détection de la sous-tension reconnaît une sous-tension alors que le seuil est au-dessus du courant maximum autorisé. Dans ce cas, on suppose qu’en général le courant de défaut est relativement important de sorte que la tension s’effondre sur le consommateur 5 et sollicite la détection de sous-tension 7. Ce cas simple convient bien pour la réalisation d’un circuit intégré dans lequel la logique de commande 3 ne fixe que certains seuils concernant les signaux de sortie du capteur de courant et de la détection de la sous-tension. Comme dans de nombreux appareils (par exemple dans l’étage de puissance d’un amplificateur audio) il est prévu de toute façon une détection de sous-tension (voir par exemple la coupure des haut-parleurs en mode silence en cas de sous-tension) l’invention peut se réaliser d’une manière relativement simple sous la forme d’un circuit intégré, c’est-àdire purement sous la forme d’un circuit en ce que le commutateur électronique 1 sera ouvert si le capteur de courant 2 et la détection de sous-tension 7 dépassent vers le haut ou vers le bas les seuils correspondants.

On aura une sécurité plus élevée par l’adaptation dynamique de l’opération de coupure du commutateur électronique 1 en fonction des signaux de sortie du capteur de courant 2 et de la détec3055495 tion de sous-tension 7. Cela peut se traduire en ce que pour un courant mesuré, important, par le capteur de courant 2 et aussi pour une tension supérieure à la sous-tension aux bornes du consommateur 5, la logique de commande 3 reconnaît un courant de défaut et ouvre le commutateur électronique 1. Cela repose sur la considération que le courant de défaut est essentiellement le courant correspondant à la différence entre le courant mesuré par le capteur de courant 2 et le courant traversant le consommateur 5. Si l’on met la logique de commande 3 en mesure d’activer l’ouverture du commutateur électronique 1 en fonction des valeurs instantanées des courants traversant le capteur de courant 2 et le consommateur 5, alors la coupure de courant de défaut sera possible même si le consommateur 5 n’est pas encore en soustension. Pour le technicien moyen cela peut représenter des difficultés techniques considérables consistant à convertir par le calcul, la tension aux bornes du consommateur 5 en une intensité de courant et de permettre à la logique de commande 3 pour une différence suffisamment grande, de séparer le courant traversant actuellement le capteur de courant 2 et le consommateur 3 pour couper par le commutateur électronique 2. On aura en outre une plus grande souplesse en munissant la logique de commande 3 de tableaux qui décrivent la combinaison des valeurs d’intensité fournies par le capteur 2 ou des valeurs de tension sur le consommateur 5, valeurs pour lesquelles il faut ouvrir le commutateur électronique 1.

La figure 4 montre une variante de réalisation de l’invention par rapport au mode de réalisation de la figure 3. Dans cette variante de l’invention, en plus des bornes 6, 12 fournissant la tension du réseau embarqué Ubat, on a un moniteur de tension 11 dont la sortie est reliée à la logique de commande 3. Cette forme de réalisation de l’invention crée un contrôle de plausibilité supplémentaire des critères de coupure du commutateur électronique 1. Si en effet on constate que le réseau embarqué lui-même est en sous-tension, il est prévisible que le consommateur est en sous-tension. Si effectivement la détection de sous-tension 7 constate une sous-tension, celle-ci sera fondée par la sous-tension aux bornes 6, 12 du réseau embarqué. De façon correspondante dans ce cas, il n’est pas intéressant de couper par le commu3055495 tateur électronique 1 car il est très probable qu’ il n’y a pas de courant de défaut. Pour le reste, la réalisation de l’invention selon la figure 4 est très largement identique à celle de la figure 3 de sorte que la description faite ci-dessus reste applicable.

La figure 5 montre un autre mode de réalisation de l’invention utilisant plusieurs capteurs de courant 2 pour surveiller plusieurs parties d’un consommateur 5 ou plusieurs consommateurs 5. On pourra surveiller les différents courants des consommateurs 5 par rapport à différents seuils ce qui se traduit par une plus grande précision de la détection des défauts. La forme de réalisation de l’invention selon la figure 5 consiste en principe à utiliser plusieurs fois et de manière quasi parallèle le procédé décrit en liaison avec la figure 4. La logique de commande 3 est construite pour qu’à l’aide du commutateur électronique 1 elle coupe tous les consommateurs et l’élément de sécurité 10 du réseau embarqué dès qu’on détecte un courant de défaut au moins pour un consommateur 5. La forme de réalisation de l’invention selon la figure 5 convient tout particulièrement pour des circuits complexes à plusieurs consommateurs 5 en particulier si ces consommateurs ont une consommation maximale relativement élevée de courant et que leur prise de puissance peut se régler indépendamment. La forme de réalisation de la figure 5 est alors particulièrement efficace si les consommateurs sont tous installés sur une unique plaque de circuit car dans le cas d’un courant de défaut suffisamment proche d’un unique consommateur, toute la plaque de circuit risque d’être détruite. En particulier, la réalisation du circuit de la figure 5 permet de délimiter la position du courant de défaut en reconnaissant dans la logique de commande 3 lequel des différents consommateurs 5 a été coupé par un courant de défaut. La solution du commutateur électronique 1 décrite en liaison avec la figure 3 peut s’appliquer en évaluant les courants traversant le consommateur respectif et les capteurs de courant à l’aide de la logique de commande 3 comme dans la réalisation de la figure 5.

L’exemple de réalisation de la figure 6 est un complément de la réalisation de la figure 4 détaillant la possibilité de commander la logique de commande par le courant traversant le consommateur 5. Les explications données à cet effet en liaison avec la figure 4 s’appliquent de sorte que l’on peut également utiliser une mesure relativement simple à exécuter du courant différentiel entre le capteur de courant 5 et le capteur de courant d’utilisateur 8. En principe, on peut réaliser les capteurs de retour par les capteurs de courant locaux et ainsi on aura la différence des valeurs de mesure du capteur de courant 2 et du capteur 8 sur la charge 5 pour la valeur du courant de défaut. On aura ainsi un critère de déclenchement de sécurité. On pourra alors (première loi de Kirchhoff) faire la somme de plusieurs courants locaux mesurés et les comparer à la valeur fournie par le capteur 2.

NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX

Commutateur électronique / disjoncteur Dispositif de mesure de courant / capteur de courant Logique de commande

Réseau électrique Borne de la batterie Détection de sous-tension Résistance de court-circuit Elément de sécurité Contrôleur de tension Borne de la batterie Fusible

Filtre de bord Consommateur Dispositif de circuit

Claims

REVENDICATIONS

1°) Dispositif de circuit (100) pour couper une source de tension (6, 12) d’au moins un consommateur (5) le dispositif de circuit comportent au moins un capteur de courant (2) mesurant directement ou indirectement au moins en partie le courant fourni par la source de tension (6, 12) qui l’appliquant par un réseau (4) au consommateur (5), le dispositif de circuit (100) étant muni d’une logique de commande (3) qui, en fonction du signal de sortie du capteur de courant (2), actionne un commutateur électrique, notamment électronique (1) qui coupe l’alimentation en courant par le réseau (4) et en plus une installation de mesure (7) qui mesure l’état du consommateur (5) et dont la sortie est reliée à la logique de commande (3), dispositif de circuit caractérisé en ce que la logique de commande (3) actionne le commutateur (1) en fonction des signaux en parallèle et pratiquement simultanés du capteur de courant (2) et de l’installation de mesure (7) de façon à adapter de manière dynamique le seuil du courant pour lequel le commutateur électronique (1) s’ouvre, à l’état mesuré du consommateur (5).
2°) Dispositif de circuit (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins une installation de mesure (7) pour mesurer l’état du consommateur (5) est reliée au consommateur (5) qui mesure le courant arrivant au consommateur (5) et/ou la tension appliquée au consommateur (5), cette installation de mesure fournissant à la logique de commande un signal correspondant au courant ou à la tension mesurés.
3°) Dispositif de circuit (100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour mesurer l’état du consommateur, l’installation de mesure (7) fournit un signal correspondant au courant traversant le consommateur (5), la logique de commande (3) comporte un circuit de différence qui com3055495 pare le courant mesuré par le capteur de courant (2) et le courant mesuré par l’installation de mesure (7) et en cas de différence suffisante des courants, elle actionne le commutateur électronique (1) dans le sens de la coupure du courant de défaut.
4°) Dispositif de circuit (100) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de circuit (100) et au moins sa logique de commande (3) du sont réalisés par un circuit intégré ou partiellement intégré.
5°) Dispositif de circuit (100) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le commutateur électronique (1) est muni d’un ou plusieurs transistors et/ou FET et/ou nano tubes de carbone et/ou de transistors FinFET et de puissance.
6°) Dispositif de circuit (100) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la logique de commande (3) a un tableau indiquant la combinaison du courant mesuré par le capteur de courant (2) et de l’état mesuré par l’installation de mesure (7), notamment la valeur du courant ou la valeur de la tension qui actionne le commutateur électronique (1) dans le sens de la coupure du courant de défaut.
7°) Dispositif de circuit (100) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’ il est comporte plusieurs consommateurs (5) distincts ou une partie d’un unique consommateur (5) auquel est associé chaque fois un capteur de courant (2) particulier ou une installation de mesure (7) particulière, les capteurs de courant (2) et les installations de mesure (7) étant reliés à la logique de commande (3) par des lignes distinctes de sorte que la logique de commande (3) n’est reliée qu’à un unique commutateur électronique (1) et la logique de commande (3) pour une combinaison appropriée des valeurs des signaux fournis par le capteur de courant (2) et l’installation de mesure (7) coupe le consommateur (5) ou les parties d’un consommateur (5) ou tous les consommateurs (5) ou des parties d’un consommateur (5) de la source de tension (6) par le commutateur électronique (1).
8°) Dispositif de circuit (100) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la source de tension (6) est batterie du réseau embarqué d’un véhicule automobile et le consommateur (5) est l’étage de puissance audio d’un appareil multimédia, notamment d’un autoradio relié au réseau embarqué du véhicule.
9°) Dispositif de circuit (100) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la source de tension (6) est reliée à un contrôleur de tension (11) dont le signal de sortie est appliqué à la logique de commande (3) et dont l’actionnement du commutateur électronique (1) par la logique de commande (3) dépend en outre du signal de sortie du contrôleur de tension (11).
10°) Dispositif de circuit (100) selon l’une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu’ il comporte un commutateur de rétablissement relié au circuit logique (3), après une coupure de courant de défaut, le commutateur de rétablissement évite l’ouverture du commutateur électronique (3).
11°) Procédé de coupure d’une source de tension (6) d’un consommateur (5) à l’aide d’un dispositif de circuit (100) selon lequel le dispositif de circuit (100) comporte au moins un capteur de courant (2) qui mesure directement ou indirectement au moins une partie du courant fourni par la source de tension (6) et qui alimente le consommateur (5) à travers un réseau (4), le dispositif de circuit (100) étant muni d’une logique de commande (3) qui, en fonction du signal de sortie du capteur de courant (2) actionne un commutateur électrique, notamment électronique (1) qui peut couper l’alimentation en courant par le réseau (4) et en plus une installa3055495 tion de mesure (7) qui mesure l’état du consommateur (5) et dont la sortie est reliée à la logique de commande (3), procédé caractérisé en ce que la logique de commande (3) actionne le commutateur (1) en fonction des 5 signaux parallèles et pratiquement simultanés reçus du capteur de courant (2) et de l’installation de mesure (7) de façon à adapter la valeur limite de l’intensité à laquelle la logique de commande (3) coupe le commutateur (2) de façon dynamique à l’état mesuré du consommateur (5).

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