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WO2024209145A1 - Système et méthode de protection d'un système électronique d'actionnement contre un sur-courant - Google Patents

Système et méthode de protection d'un système électronique d'actionnement contre un sur-courant Download PDF

Info

Publication number
WO2024209145A1
WO2024209145A1 PCT/FR2024/050335 FR2024050335W WO2024209145A1 WO 2024209145 A1 WO2024209145 A1 WO 2024209145A1 FR 2024050335 W FR2024050335 W FR 2024050335W WO 2024209145 A1 WO2024209145 A1 WO 2024209145A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
module
control
control module
state
relaxation
Prior art date
Application number
PCT/FR2024/050335
Other languages
English (en)
Inventor
Martin PHAM VAN
Joël TOUZE
Nicolas MARTI
Fabien BALCON
Original Assignee
Safran Electronics & Defense
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Electronics & Defense filed Critical Safran Electronics & Defense
Publication of WO2024209145A1 publication Critical patent/WO2024209145A1/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/025—Disconnection after limiting, e.g. when limiting is not sufficient or for facilitating disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/22—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for distribution gear, e.g. bus-bar systems; for switching devices
    • H02H7/222—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for distribution gear, e.g. bus-bar systems; for switching devices for switches

Definitions

  • DESCRIPTION TITLE System and method for protecting an electronic actuation system against overcurrent
  • the technical field of the invention is that of activating functionalities of equipment, for example terrestrial, naval or aeronautical, by means of an electronic actuation system.
  • the present invention relates to a system and method for protecting an electronic actuation system against overcurrent.
  • the electronic actuation of functionalities of equipment or a system requires the activation of an external load by means of a control member.
  • a control member This is the case, for example, for the activation of a light, a solenoid valve or a servovalve of an aircraft.
  • This control member also called DSC for “Discrete Switch Output”, includes in particular a switch used to supply or interrupt the current in the load.
  • the DSO may be faced with breakdowns, in particular short circuits such as:
  • This circuit breaker system is however bulky since it includes four comparators. It also has the disadvantage of being sensitive and difficult to adjust. Indeed, the circuit breaker can be activated on load or voltage transients. In order to avoid this, it is necessary to add an additional circuit breaker reset device, which makes the circuit breaker system even more bulky and complex.
  • the invention offers a solution to the problems mentioned above, by allowing the protection of an electronic actuation system of an external load by the implementation of a relaxation module, producing relaxation oscillations in the event of overcurrent, and the implementation of a method allowing the interruption of an electrical command issued by the actuation system without having to reset a circuit breaker.
  • a first aspect of the invention relates to an electronic actuation system for an electric load, the actuation system comprising:
  • a control module configured to issue an electrical command
  • a power transistor configured to be actuated by the control module using the electrical control, in order to modify an on or off state of the electrical load
  • a control module configured to determine a control status signal based on whether the electrical load is on or off, and to transmit the control status signal to the control module;
  • a filter module configured to apply a delay to an evaluation of the load activation or deactivation state by the module. control, before the control state is determined by the control module;
  • the actuation system comprising a relaxation module for protecting the actuation system against an overcurrent, the relaxation module being configured to generate one or more relaxation oscillations one after the other, each relaxation oscillation being produced, upon occurrence of the overcurrent, by:
  • the relaxation module thus automatically protects the load against overcurrent, by generating relaxation oscillations whose amplitude and duration are controlled.
  • this system is compatible with any application in which a load is controlled by means of electrical controls, the load requiring protection against overcurrents, for example for land, naval or aeronautical equipment.
  • the protection system thus obtained is advantageous because it is robust, compact and of moderate manufacturing cost.
  • the filtering module makes it possible to overcome any latency of the electrical circuit between the control module and the load, and thus makes it possible to avoid false detection of inconsistency between the control state and the output state of the control module, after the moment when the electrical command is issued and before the load level reaches the activation value.
  • the actuation system according to the first aspect of the invention may have one or more complementary characteristics among the following, considered individually or according to all technically possible combinations.
  • the relaxation module comprises a current limiting circuit for limiting the current of the external load to a predetermined value during the activation period
  • the control module implements a disjunction algorithm comprising a step of controlling the disjunction of the power transistor after a predefined actuation period, when an input of the control module is in the deactivation state.
  • the relaxation module thus protects the load by generating relaxation oscillations by limiting the current in the power transistor and in the load.
  • the control module automatically stops the relaxation oscillations by the transistor disconnection command.
  • control module is further configured to:
  • control status signal indicates load deactivation, and the control module output is in the active state, change the control module output state to the inactive state.
  • the actuation system is further protected from overcurrents by the opening of the transistor automatically controlled by the control module.
  • the protection is ensured both by a relaxation, generating an ON/OFF flicker of the output of the electronic actuation system towards the load, carried out automatically by the electrical circuit of the relaxation module, and an automatic disconnection for example carried out by means of instructions included in a memory of the control module and implemented by a processor of said control module.
  • flicker is meant a cycle or a succession of periodic opening and closing cycles generated by the relaxation module.
  • the system according to the first aspect further comprises a clock module configured to actuate the comparison of the control state with the output state of the control module periodically at a predefined actuation period.
  • the relaxation module comprises a first sub-module configured to determine the activation duration, the first sub-module comprising:
  • a transistor comprising a control connected to a voltage dependent line of the power transistor control, a first and a second terminal;
  • a first resistor connected between the control and the first terminal of the transistor, a second resistor connected between the second terminal of the transistor and a first node and a fourth resistor connected between the first node and ground;
  • a capacitive block comprising a first capacitor connected between the first node and ground;
  • a voltage generator connected between the first resistor and the collector of the transistor
  • a first inverting gate comprising an input connected to the first node and an output connected to a second node.
  • the relaxation module comprises a second sub-module configured to determine the deactivation duration, the second sub-module comprising:
  • a third resistor connected between the second node and an output of the first submodule
  • a fourth transistor comprising a control, a first terminal connected to a control line of the power transistor for shunting the electrical control and a second terminal connected to ground;
  • a fifth resistor connected between the control and the second node, A sixth resistor connected in parallel to the fourth transistor;
  • a third capacitor connected between the second node and ground
  • the relaxation module thus makes it possible to have robust, space-saving and low-cost protection.
  • the relaxation module occupies approximately three times less surface area than a state-of-the-art system, in particular with four comparators.
  • a third aspect of the invention relates to an aircraft comprising the electrical device according to the second aspect of the invention.
  • a fourth aspect of the invention relates to a method for protecting a system for actuating a load against an overcurrent, the actuating system being, according to the first aspect of the invention, the method comprising: Activating an output state of the control module and issuing an electrical command by the control module, the electrical command being produced from control data, the electrical command actuating the power transistor to close the power transistor and place a load level associated with the electrical load at an activation value;
  • Activation of the power transistor in a linear operating mode for an activation duration the activation duration being determined by the relaxation module, the charge level being equal to a limit value during the activation period;
  • control status signal indicates load deactivation, and the control module output is in the active state, change the control module output state to the inactive state.
  • the actuation system further comprises a clock module, and the comparison of the control state with the output state of the control module is periodically performed at a comparison period defined by the clock module.
  • a fifth aspect of the invention relates to a computer program comprising instructions which, when the program is executed on a computer, cause the latter to implement the steps of the method according to the second aspect of the invention.
  • a sixth aspect of the invention relates to a computer-readable recording medium comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to implement the steps of the method according to the second aspect of the invention.
  • Figure 1 is a schematic representation of an actuation system according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a schematic representation of a relaxation module included in the actuation system.
  • Figure 3 is an example of the electrical circuit of the actuation system according to a first embodiment.
  • Figure 4 is a block diagram illustrating the sequence of steps of a method according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 5 is a graph showing the evolution over time of the main physical quantities involved in the actuation system.
  • Figure 6 is an example of the electrical circuit of the actuation system according to a second embodiment.
  • a first aspect of the invention relates to an electronic actuation system intended to actuate functionalities of equipment, for example land, naval or aeronautical equipment.
  • the electrical load performing the functionality is an indicator light, a servovalve, an engine stop control, a solenoid valve, etc.
  • the electrical load is for example an electrical load present in an aircraft, such as for example a rotary wing aircraft or a fixed wing aircraft.
  • the functionality is actuated by a modification of the current which supplies it.
  • the electronic actuation system 10 is shown schematically in FIG. 1 and comprises:
  • a control module 11
  • a control module 13
  • a relaxation module 14 and
  • the actuation system 10 comprises an output connected to the electrical load 20, i.e. an external load 20, to power and control the functionality external to the equipment, i.e. the external load 20.
  • a current I flows in this load represented at this output.
  • a modification, by the actuation system 10, of this current I allows the activation or deactivation of the functionality.
  • connection means the connection in the form of an electrical circuit of one element with another. This is, for example, a connection by electrical wires stretched directly between the elements or via other elements, not shown, serving as connection intermediaries, such as a prototyping board, a transmitter/receiver device, a transformer, a resistor, a coil, etc.
  • the control module 11 is configured to issue one or more electrical commands to the power transistor 12 in order to activate it (the transistor is also said to be closed or saturated) or deactivate it (the transistor is also said to be open or blocked). When the power transistor 12 is activated, it allows the current I from the output to pass to ground.
  • the control module 11 thus comprises a CMD output for transmitting the electrical command to the power transistor 12 via a control line of the relaxation module 14 connecting a command of the power transistor 12 to the CMD output.
  • the control module 11 also comprises a MON input, connected to the control module 13. The MON input allows the control module 11 to receive a control state determined by the control module 13.
  • the control module 11 is preferably an integrated circuit comprising a processor, a volatile memory and/or a non-volatile memory as well as the MON input and the CMD output.
  • the control module 11 is a microcontroller.
  • the advantage of a microprocessor is that it natively includes integrity tests, which makes the comparison of the data received at its MON input with the data emitted at its CMD output robust.
  • “Electrical control” means an electrical signal emitted by the control module 11 from its CMD output, and the reception of which by the power transistor 12 makes it possible to activate it, in particular to open or close the transistor 12, in order to modify the current I in the external load 20.
  • the electrical control is determined by the control module 11 according to control data.
  • the control data are digital or analog data emitted to the control module 11 or contained in the memory of said control module 11 and indicate to the control module 11 how and/or when to determine and/or emit the electrical control. The activation of the transistor 12 thus makes it possible to activate the desired functionality of the external load 20.
  • an output state of the control module 11 is activated by the control module 11.
  • the output state is preferably a binary variable that indicates whether the command is issued or not. For example, the output state takes the value
  • the transistor 12 is preferably a field effect transistor.
  • the transistor 12 is a MOSFET transistor (in English, "Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor” - “insulated gate field effect transistor") with N-type or P-type enhancement.
  • the transistor 12 comprises a drain, a source and a gate. Depending on the application case, the source, the drain and the gate are directly or indirectly connected to the other modules of the system 10 and to the external load 20.
  • the transistor 12 is connected to the control module 11 by the control line of the relaxation module 14, and one of its terminals is connected to the control module 13 and to the external load 20 and the other terminal to ground in this example (or to a voltage in another example).
  • the filtering module 15 is connected between the control module 13 and the transistor 12.
  • the transistor 12 is a bipolar transistor.
  • a voltage divider bridge is then integrated into the actuation system 10 on the basis of the transistor 12 in order to adapt the voltage across the bipolar transistor 12.
  • the actuation system 10 may also comprise an adaptation stage, not shown, between the control module 11 and the transistor 12, in order to adapt the voltage of the CMD output to the voltage supported by the transistor 12.
  • the control module 13 is configured to determine the control state to be transmitted to the control module 11.
  • the control module 13 is, on the one hand, connected to the control module 11 and, on the other hand, to the external load 20.
  • the control module 13 is connected to a node between the external load 20 and the transistor 12, possibly via the filtering module 15 when the latter is present.
  • the control state is determined as a function of a load level.
  • the control state is preferably a binary variable.
  • the control state takes, for example, the value 0 or 1.
  • the control state can also take a high value H (for the English "high") or a low value L (for the English "low").
  • control module 13 transmits a signal (digital or analog) corresponding to the control state, that is to say either a load activation state corresponding to a load activation value, or a load deactivation state corresponding to a load deactivation value.
  • charge level of the external load 20 is understood to mean the value of the current I flowing in the external load 20 and allowing activation or deactivation of the load.
  • activation of the external load 20 is understood to mean the activation of the desired functionality when the current I flows in the load, whether during its supply via the power transistor in the closed state or in a case where the current I flows in the external load 20 with the power transistor open.
  • the control module can receive information on the charge level by measuring a current at the high level of the load (an example of a measurement principle is a Hall effect current sensor between the + terminal and the load).
  • a measurement principle is a Hall effect current sensor between the + terminal and the load.
  • activation value means an intensity reached by the current I in the external load 20 required to activate the functionality.
  • the power transistor 12 is open, the charge level is close to a zero value.
  • the power transistor 12 can also be controlled in a linear operating mode by means of the relaxation module 14. In this case, the charge level is equal to a limit value liim.
  • the limit value Inm is predefined depending on the application, for example by the relaxation module 14. In the linear operating mode, the gate of the power transistor 12 is biased and the power transistor 12 becomes resistive, which limits the current flowing through it. The potential difference between the gate and the source of the power transistor 12 is therefore limited so that the power transistor 12 is in linear operating mode.
  • control state takes a different value to correspond to the charge level, in particular when the charge level is equal to the activation value, to the limit value or is zero.
  • control state is:
  • the activation state has the value H (or 1) when the charge level is equal to the activation value or the limit value Inm;
  • the deactivation state has the value L (or 0) when the charge level is zero.
  • the control state corresponds to the activation state when the charge level is equal to the limit value Inm on condition that the electronic actuation system 10 does not include the relaxation module 14 and the filtering module. 15.
  • the charge level is continuously evaluated by the control module 13, since the control module 13 is connected (directly or indirectly) to the external load 20. Alternatively, the charge level can be evaluated periodically by the control module 13, at a predetermined control period depending on the application case.
  • the control module 13 is configured to detect a change in the charge level. Upon detection of the change, the control state is modified to correspond to the modified charge level.
  • the charge level is preferably measured by means of an operational amplifier (not shown) which detects the voltage level between the power transistor 12 and the load.
  • the operational amplifier makes it possible to compare this voltage level with a reference voltage. The voltage is low when the power transistor 12 is closed and high when it is open. When the power transistor 12 is in linear operating mode, the voltage detected by the operational amplifier is high.
  • the filtering module 15 serves as a connection intermediary between the control module 13 and the external load 20.
  • the control module 13 is, on the one hand, connected to the control module 11 and, on the other hand, to the filtering module 15.
  • the control module 13 is then no longer connected to the external load 20 directly, but via the filtering module 15.
  • the filtering module 15 is configured to apply a delay ÎMON to the evaluation of the charge level by the control module 13. That is to say that when a modification of the current I in the external load 20 occurs, this modification is not instantly transmitted to the control module 13 but is delayed with a delay equal to the delay ÎMON applied by the filtering module 15.
  • the interest of such a filtering module 15 is to overcome a possible latency during the transfer of the electrical command from the control module 11 to the power transistor 12, in order to ensure consistency between the output state and the control state when the electrical command is issued.
  • the filtering module 15 also makes it possible to create an “erroneous” state between the CMD output and the MON input when the relaxation module 14 is activated. Without this filtering module 15, the state of control at the MON input follows the same oscillations as the relaxation, i.e. oscillations with a high oscillation frequency. With this filter module 15, the control state of the MON input remains low while the oscillations take place.
  • the control module 13 is, in its operation, equivalent to a diode in series with a bias resistor: when the power transistor 12 is closed, the current flows in the diode and the bias resistor and the control state takes, for example, the low value L or 0; when the power transistor 12 is open, the diode is blocked and the control state takes, for example, the high value H or 1.
  • the relaxation module 14 is configured to generate one or more relaxation oscillations when an overcurrent occurs at the output of the actuation system 10, for example in the event of a short circuit on the external load 20 or short circuit of the power transistor 12 at the bias voltage Vp of the external load 20.
  • the overcurrent occurs, for example, by a short circuit caused by the failure of an element of the external load 20, such as a faulty coil whose resistance becomes zero, or when two or more connectors touch each other on a connector.
  • the power transistor 12 enters a linear operating mode and the current I is limited to the limit value im.
  • the relaxation module 14 detects this overcurrent and forces the opening of the power transistor 12 during a deactivation time TOFF, after an activation time TON during which the transistor is in the linear operating mode.
  • the activation time TON and the deactivation time TOFF are defined by the relaxation module 14 and their respective duration depends on the application case. Preferably, the activation time TON is much lower than the deactivation time TOFF.
  • the activation time TON makes it possible to mask current transients such as current surges during activation of the external load 20, transients due to lightning attacks, transients of the bias voltage Vp of the external load 20.
  • an overcurrent module (not shown), for example a switch.
  • This overcurrent module polarizes the voltage between the transistor 12 and the load 20 by a voltage adapted to generate the overcurrent.
  • the interest of this overcurrent module is, on the one hand, to be able to verify the proper functioning of the actuation system 10, in particular to trigger the protection, and, on the other hand, to force the triggering of the protection in the event of failure of the detection of the overcurrent by the actuation system 10.
  • the sequence of the activation period TON and the deactivation period TOFF is a relaxation.
  • the repetition of the relaxation following a relaxation period generates the relaxation oscillations.
  • the relaxation period is greater than or equal to the sum of the activation duration TON and the deactivation duration TOFF.
  • the relaxation period is defined according to the application case.
  • the ratio of the durations TON/TOFF can be determined by the relaxation module 14 in consideration of the dissipated powers of the components of the actuation system 10, and in particular of the power transistor 12.
  • the relaxation oscillations are an artificial periodic phenomenon, electrically controlled, and produced by limiting then cutting off the current by actuating the power transistor 12. This oscillation phenomenon allows the control module 13 to detect that the desired functionality is not activated.
  • the activation duration TON is sufficiently long so that the power transistor 12 does not open during load or voltage transients.
  • the term “transient” means an overcurrent or overvoltage of very short duration, i.e. of a duration very small compared to the time constant for establishing the current in the load, making this transient phenomenon almost instantaneous.
  • the transient is generally of a duration of less than 1 ms, for example of the order of 100 ps for a load transient and of the order of 300 ps for a voltage transient such as a lightning strike.
  • the activation duration TON is at least greater than the duration of the longest transient phenomenon, and preferably of the order of 1 ms or greater than or equal to 1 ms.
  • the activation duration TON is greater than or equal to ten times the duration of a transient phenomenon.
  • the activation duration TON is at least greater than or equal to five times the duration of a transient phenomenon.
  • the TON activation duration is sufficiently long so as not to trigger the relaxation oscillations when the electrical command is issued, in the case where an overcurrent is transiently necessary to activate the desired functionality.
  • the deactivation duration TOFF may be of the order of ten times the activation duration TON, so that the control module 13 detects the zero current of the output and to reduce the constraints on the filtering module 15 before the control module 13.
  • the deactivation duration TOFF is greater than or equal to five times the activation duration TON, OR is greater than or equal to ten times the activation duration TON.
  • the deactivation duration TOFF may be longer in order to allow a single activation before the disconnection.
  • control state therefore takes a value equal to 0 or L during the deactivation duration TOFF.
  • the filtering module 15 then maintains the control state in the deactivation state during the activation duration TON.
  • the relaxation module 14 comprises a first sub-module 14a configured to determine the activation duration TON and to limit the current I during the activation duration TON, as well as a second sub-module 14b configured to determine the deactivation duration TOFF and to open the power transistor 12.
  • the relaxation module 14 also comprises a limitation sub-module 14c intended to limit the current I to the limit value liim in the event of an overcurrent.
  • the limitation sub-module 14c comprises a current measuring resistor in series with the power transistor 12 and a shunt line of the control of the power transistor 12 to shunt a portion of the current coming from the electrical control and thus limit the current I, the power transistor 12 then switching to a linear operating mode.
  • the shunt line comprises a limiting transistor whose control (Base) is connected between the measuring resistor and the power transistor 12, a first terminal, for example the collector, connected to the control of the power transistor 12 (optionally via a diode and/or a resistor) and the other terminal, for example an emitter, connected to ground.
  • Figure 3 shows a current limiting module that may be this limiting sub-module 14c but integrated into the relaxation module.
  • the first sub-module 14a comprises:
  • a transistor T1 comprising a control, here a base B, connected to a line depending on the voltage of the control of the power transistor 12, a first terminal, here a collector C, and a second terminal here an emitter E;
  • a first resistor R1 connected between the control (base B) and the first terminal (collector C) of the transistor T1, a second resistor R2 connected between the second terminal (the emitter E) and a first node, and a fourth resistor R4 connected between the first node and ground;
  • a capacitive block comprising a first capacitor C1 and a second capacitor C2 in parallel connected between the first node and ground (there could be only one or several in parallel);
  • a voltage generator TG1 connected between the first resistor R1 and the collector C;
  • a first inverting gate INV1 for example a Schmitt trigger, comprising an input connected to the first node and an output connected to a second node;
  • the line dependent on the voltage of the control of the power transistor 12 connected to the control of the transistor T1 can be connected to a node between a cathode of a diode 19 connected to the control of the power transistor 12 and a first terminal (collector) of the limiting transistor 17.
  • the limiting sub-module 14c is not included in the relaxation module 14.
  • the limiting module is replaced by an overcurrent detection module comprising, on the one hand, the resistor 18 in series with the power transistor 12 for measuring current and, on the other hand, the transistor 17 controlled according to the voltage across the resistor 18 to detect an overcurrent.
  • the line dependent on the voltage of the control of the power transistor 12 is connected to a node connected to the control of the power transistor 12 and to the first terminal of the limiting transistor 17.
  • the addition of the diode 19 allows, in addition to the detection of overcurrent, to limit the current and thus to protect the components of the electronic actuation system 10.
  • the output of the limiting sub-module 14c is connected to the input of the first sub-module 14a on the connection between the first resistor R1 and the transistor T1.
  • the second submodule 14b comprises:
  • a third resistor R3 connected between the second node and an output of the first submodule 14a (the output of the first inverting gate INV1);
  • a fourth transistor T2 comprising a control here a gate G, a first terminal, here a drain D, connected to the control line of the power transistor to shunt the electrical control and a second terminal, here a source S, connected to ground;
  • a fifth resistor R5 connected between the gate G and the second node, A sixth resistor R6 connected in parallel to the fourth transistor T2;
  • a third capacitor C3 connected between the second node (therefore to the third resistor) and ground;
  • a diode D1 connected in parallel to the third resistor R3, comprising a cathode connected to the input of the second sub-module 14b (therefore to the output of the first sub-module 14a) and an anode connected to the second node;
  • a second inverting gate INV2 for example another Schmitt trigger, comprising an input connected to the second node and an output connected to the fifth resistor R5.
  • the first resistor R1 2.15 k ⁇
  • the second resistor R2 47 kQ
  • the third resistor R3 100 kQ
  • the fourth resistor R4 33 kQ
  • the fifth resistor R5 100 Q;
  • the sixth resistor R6 39.2 k ⁇
  • the first and third capacitors C1, C3 22 nF;
  • the second capacitor C2 10 nF
  • Transistor T1 is a PNP bipolar transistor
  • the fourth transistor T2 is a P-channel depletion MOSFET field effect transistor.
  • the actuation system 10 may further comprise a clock module (not shown).
  • the clock module is preferably an integrated circuit of the HTR type, abbreviation for “real-time clock” (RTC).
  • RTC real-time clock
  • the clock module may be included in one of the modules of the actuation system 10, for example in the control module 11, or be an independent module.
  • the clock module is configured to produce a clock signal to the control module 11 in order to trigger a comparison between the control state and the output state.
  • the clock signal is for example an electrical signal which, when received by the control module 11, causes the comparison of the control state with the output state of the control module 11.
  • the clock signal is preferably emitted periodically at the control period IRTC.
  • the control period tRTc is defined by the clock module according to the application case.
  • the TOFFA TC ratio depends on the number of oscillations desired and depends on the intended application.
  • the TOFF deactivation time can be longer than the tRTc control period to trigger the disconnection after the first activation.
  • the tRTc control period In order to avoid detecting an inconsistency during the ÎMON delay, the tRTc control period must verify one of the following conditions:
  • the control period tRTc must be greater than the ÎMON delay
  • the first comparison of the control state with the output state of the control module 11 must be carried out after N implementations of the control period tRTc from the issue of the command, where N is a real number and such that N*tRTc > ÎMON.
  • the clock module is a set of computer instructions which, when executed by a computer, lead to the emission of a signal to trigger the comparison between the control state and the output state.
  • the role of the clock module is to limit the number of relaxation oscillations generated by the relaxation module 14, by the application of the IRTC control period.
  • FIG. 2 An exemplary embodiment of the actuation system 10 is provided in FIG. 2.
  • the application relates to a FADEC (Full Authority Digital Engine Control) type engine computer of a helicopter, controlling functionalities such as indicator lights, solenoids and solenoid valves.
  • the actuation system 10 controls the actuation of its power transistor 12 located between ground and the external load 20; we thus speak of an electronic actuation system 10 with cold point control (in English, “Ground Open”).
  • the actuation system 10 comprises the previously mentioned modules (control module 11, control module 13, relaxation module 14 and filtering module 15) and the power transistor 12.
  • the system 10 also comprises an “AND” type logic gate 16, a current limiter module comprising a limiting transistor 17, the measuring resistor 18 and a diode 19.
  • the voltage generator TG1 of the first sub-module 14a generates a voltage of the same order of magnitude as the output voltage of the logic gate 16 so as to block the diode 19 when the output voltage of the logic gate 16 becomes zero.
  • the measuring resistor 18 is in series with the power transistor 12, here between the transistor 12 and ground. Thus the voltage across the resistor 18 is dependent on its resistive value and on the current I flowing through the external load 20.
  • the logic gate 16 comprises a first input connected to the CMD output of the control module 11, a second input connected to an output of the relaxation module and an output 16a connected to a control node connected to the control of the power transistor.
  • the diode 19 comprises an anode connected to the control node and a cathode connected to a first terminal here a collector G of the limiting transistor 17.
  • the second terminal, here an emitter E, of the limiting transistor 17 is connected to ground, thus the limiting transistor makes it possible to derive the electrical command coming out of the output 16a of the logic gate 16.
  • the limiting transistor 17 further comprises a control, here a base B, connected between the measuring resistor 18 and the power transistor 12.
  • the control of the limiting transistor 17 is directly dependent on the current flowing through the measuring resistor 18. If the current I is too high (greater than a maximum voltage Imax), the voltage Vbe (voltage between the first terminal, here a collector G, and the second terminal here the emitter E, of the limiting transistor 17) closes the limiting transistor 17 which derives the electrical command and if the current I is normal (less than I0), the voltage Vbe is insufficient and the limiting transistor 17 is open allowing the electrical control to close the power transistor 12. In operation, when the current I is between lo and Imax, the limiting transistor 17 is in linear mode and draws part of the current from the electrical control of the power transistor 12 which then also switches to linear mode, decreasing the current until it is equal to Him. Thus this block makes it possible to limit the current I to Him (it never reaches Imax).
  • the control module 13 is, on the one hand, connected to the filtering module 15 and, on the other hand, to the MON output.
  • the external load 20 is constantly connected to a bias voltage Vp and is only connected to ground if the power transistor 12 is closed.
  • the system 10 is therefore located between the load 20 and ground.
  • the voltage at the control of the fourth transistor T2 is zero and the logic gate 16 produces at its output 16a a non-zero voltage which allows the activation of the power transistor 12 in saturated mode and the actuation of the functionality.
  • the limiting transistor 17 is powered and can either be saturated (close) or switch to linear mode.
  • the voltage at the control of the fourth transistor T2 is then non-zero and the second input of the logic gate 16 is then connected to ground, resulting in a zero voltage at output 16a, after the activation time TON.
  • the power transistor 12 is then open, causing the opening of the current limiter 17, which allows the relaxation module 14, after the activation time TOFF, to send a signal to the logic gate 16 so that at output 16a the electrical control from the COM output supplies the power transistor 12 in linear (or saturated) mode, and so on.
  • the relaxation module generates the relaxation oscillations causing, at output 16a of the logic gate 16, electrical opening or closing commands (1 or 0) causing the operation of the power transistor 12 in linear or closed (saturated) mode, depending on the operation of the limiting transistor 17, or in open (blocked) mode.
  • This electrical mechanism automatically protects the external load 20 from overcurrent.
  • a second aspect of the invention relates to a method for protecting the actuation system 10 against overcurrent.
  • the method 100 comprises five steps numbered from 110 to 150.
  • the relaxation module 14 risks generating conducted emissions in electrical harnesses outside the actuation system 10.
  • the conducted emissions are disturbances generated at regular intervals of load current transients, in this case produced by the relaxation oscillations.
  • the actuation system 10 is disconnected after a certain time by the microcontroller detecting an inconsistency between the output state at the CMD output of the control module and the control state at the MON input.
  • the first step 110 is a step of activating the output state by the control module 11 and of transmitting the electrical command by the control module 11.
  • the electrical command is produced from the command data.
  • the electrical command actuates the power transistor 12 to close said power transistor 12 and place the charge level at the activation value lo.
  • the control module 13 After application of the delay ÎMON by the filtering module 15, the control module 13 detects the change in the load level and determines the control state so that it corresponds to the activation value lo. For example, the control state takes the high value (H or 1). Respectively, the activated output state can take the high value (H or 1).
  • the second step is then a step 120 of generating the relaxation oscillation(s).
  • the relaxation oscillations are variations of the current I through the external load 20.
  • the relaxation oscillations are produced by the relaxation module 14 upon occurrence of the overcurrent.
  • Each relaxation oscillation is produced by the sequence of two sub-steps 121 and 122.
  • the first sub-step 121 is a step of activating the power transistor 12 in a linear operating mode during the activation duration TON.
  • the charge level is equal to the limit value im.
  • the limit value him is imposed on the current I by the limitation sub-module 14c.
  • the linear mode of the power transistor 12 is automatically activated by the limiting transistor 17 upon occurrence of the overcurrent.
  • the second sub-step 122 is a step of opening the power transistor 12 during the deactivation duration TOFF, after the activation duration TON.
  • the charge level is zero during the deactivation duration TOFF.
  • the opening of the transistor is carried out by the relaxation module 14, which cancels the output 16a of the logic gate 16.
  • the third step is then a step 130 of detecting a modification of the charge level and of modifying the control state according to the charge level modified by the control module 13.
  • the third step 130 also comprises the transmission of the control state to the control module 11.
  • the fourth step is then a comparison step 140, by the control module 11 of the control state, indicating the modification of the charge level, with the output state.
  • the fourth step 140 comprises the prior reception of the control state by the control module 11.
  • the comparison makes it possible to determine whether the output state and the control state are consistent with each other. This involves verifying that the activation of the power transistor 12 is consistent with the electrical command issued. Four scenarios are then possible in particular:
  • the output state indicates that a command is not being issued, and the control state indicates that the transistor is closed, there is an inconsistency between the output state and the control state; this may further indicate that the power transistor 12 is shorted to ground or that the load 20 is shorted to ground.
  • the fifth step is then a step of deactivation 150 of the control state by the control module 11 when the control state is not consistent with the output state.
  • the control module 11 then stops emitting the electrical command to the power transistor 12.
  • the fourth step 140 is periodically repeated at the control period tRTc defined by the clock module, until the inconsistency of the output state and the control state is detected.
  • the comparison of the output state with the state of charge can be implemented at any time after the transmission of the electrical command, regardless of the occurrence of the overcurrent. This makes it possible to verify that the command transmitted has been taken into account by the power transistor 12 to activate the desired functionality.
  • the comparison of the output state with the state of charge is preferably initialized after the delay ÎMON, in order to take into account a possible delay between the transmission of the electrical command and the activation of the power transistor 12.
  • the comparison of the output state with the load state can also be periodically implemented, at the control period tRTc defined by the clock module.
  • the control module 11 includes in memory, for example in its non-volatile memory, instructions which, when executed by its processor, lead to the implementation of:
  • step 110 the activation of the output state of the control module 11 and the emission of the electrical command
  • step 140 receiving the control status determined by the control module 13 during the third step 130;
  • step 150 disabling the output state when the control state is not consistent with the output state.
  • FIG. 5 is shown a diagram of the evolution of the output state ECMD, of the control state EMON and of the current I over time.
  • the diagram is broken down into several phases numbered from (a) to (h).
  • the time scale t used is in no way representative of the actual operation of the actuation system 10 and is used here for purely illustrative purposes.
  • phase (a) prior to the transmission of the electrical command of the first step 110:
  • the ECMD output state is at a low value L
  • the EMON control state is at a low value L, and the current I, therefore the charge level, is zero.
  • phase (b) the electrical command is issued, in accordance with the first step 110.
  • the duration of phase (b) corresponds to the delay ÎMON and during this phase:
  • the ECMD output state is at a high value H
  • the EMON control state is at a low value L
  • phase (c) If the overcurrent occurs during phase (b), the EMON control state remains at the low value and the ECMD output state will automatically change to the low value L, after detection of the inconsistency at the end of the IRTC control period. [00107] At the beginning of phase (c), after the delay ÎMON imposed by the filtering module 15, the modification of the charge level, i.e. of the current I at the activation value lo, is detected by the control module. During phase (c):
  • the ECMD output state is at a high value H
  • the EMON control state is at a high value H
  • phase (d) At the beginning of phase (d), the overcurrent occurs.
  • the relaxation module 14 generates the relaxation oscillations, in accordance with the second step 120, to protect the actuation system 10 from possible damage.
  • the duration of phase (d) is equal to the delay ÎMON.
  • the ECMD output state is at a high value H
  • the EMON control state is at a high value H
  • the ECMD output state is at a high value H
  • the EMON control state is at a low value L
  • phase (f) At the beginning of phase (f), the relaxation oscillations have ceased and the inconsistency between the output state and the control state is detected by the control module 11, in accordance with the fourth and fifth steps 140 and 150. The power transistor 12 is then open. Phase (f) lasts until a new electrical command is issued to activate the power transistor 12. During phase (f):
  • the ECMD output state is at a low value L
  • the EMON control state is at a low value L, Tl
  • phase (g) At the beginning of phase (g), a new electrical command is issued and the actuation system behaves as during phase (b). During phase (h), the output state is modified to take into account the activation of the power transistor 12, as is the case for phase (c).
  • FIG. 6 Another example of embodiment of the actuation system 10 is proposed in FIG. 6.
  • the application again concerns the FADEC (Full Authority Digital Engine Control) type engine computer of the helicopter.
  • the actuation system 10 controls the actuation of its power transistor 12 located between the bias voltage Vp and the external load 20; this is thus referred to as an electronic actuation system 10 with hot-spot control (in English, “Polarization Open”).
  • the actuation system 10 comprises the previously mentioned modules (control module 11, control module 13, relaxation module 14 and filtering module 15) and the power transistor 12.
  • the system 10 also comprises the “AND” type logic gate 16, a fifth transistor 17a, a sixth transistor 17b, a seventh resistor 18a, an eighth resistor 18b, a ninth resistor 18c and the diode 19.
  • the power transistor 12 is preferably a PMOS (in English “p-channel metal-oxide-semiconductor”), to facilitate control.
  • Logic gate 16 comprises a first input, a second input and an output.
  • Diode 19 comprises an anode and a cathode.
  • Fifth and sixth transistors 17a and 17b each comprise a base B, a collector C and an emitter E.
  • the first input of logic gate 16 is connected to the output CMD of the control module 11.
  • the second input of logic gate 16 is connected to the relaxation module 14, and the output of logic gate 16 is connected to the base B of the fifth transistor 17a.
  • the emitter E of the fifth transistor 17a is connected to ground.
  • the relaxation module 14 is, moreover, connected to the emitter E of the sixth transistor 17b.
  • the collector of the sixth transistor 17b is connected to the bias voltage Vp.
  • the eighth resistor 18b is connected to the connection of the bias voltage Vp with the sixth transistor 17b.
  • the eighth resistor 18b is, moreover, connected to the drain of the power transistor 12.
  • the collector C of the fifth transistor 17a is connected to the ninth resistor 18c, itself also connected to the gate of the power transistor 12.
  • the source of the power transistor 12 is connected to the external load 20.
  • the filtering module 15 is connected to the connection of the power transistor 12 with the external load 20.
  • the control module 13 is connected to the filtering module 15, on the one hand, and to the MON input of the control module 11, on the other hand.
  • the diode 19 is placed in bypass, from the anode to the cathode of said diode 19, between the emitter E of the sixth transistor 17b and the ninth resistor 18c. [00126]
  • the base B of the sixth transistor is connected to the link between the eighth resistor 18b and the power transistor 12.
  • the seventh resistor 18a is in shunt between the cathode of the diode 19 and the drain D of the power transistor 12.
  • the external load 20 is connected to a bias voltage Vp when the transistor is closed and is isolated from the bias voltage Vp when the power transistor 12 is open.
  • the relaxation module 14 is therefore located between the load and the bias voltage.
  • the sixth transistor 17b switches to linear operating mode and the gate of the power transistor 12 is biased by the bias voltage Vp, through the sixth transistor 17b and the diode 19. This makes it possible to maintain the power transistor 12 in the linear operating mode and to limit the current in the external load 20. During this time, the relaxation oscillations take place. At the end of the activation time TON, the output of the logic gate 16 becomes zero and the fifth transistor 17a is then open. The power transistor 12 is thus blocked since the voltage VGS between its source S and its gate G is zero. This electrical mechanism makes it possible to automatically protect the control module 11 from overcurrent.
  • the proposed invention therefore has the double advantage that the relaxation module 14 occupies little volume in the actuation system 10 and that the disjunction is timed precisely while protecting the actuation system 10 so that it is not impacted by the transient phenomenon, thus avoiding a false tripping of the circuit breaker linked to the overcurrent. Furthermore, in the event of non-detection of the inconsistency, for example in the event of a malfunction of the monitoring module 13 or erroneous electronic control, the actuation system 10 remains protected by the relaxation oscillations generated by the relaxation module 14. Finally, in the event of a malfunction of the relaxation module 14 resulting in the non-generation of the relaxation oscillations, the current I flowing in the load is limited to the value Ilim. The transistor 12 may break due to the undissipated overload, thus isolating and protecting the actuation system 10 against the overcurrent of the load 20.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

Système et méthode de protection d'un système électronique d'actionnement contre un sur-courant Un aspect de l'invention concerne un système d'actionnement électronique d'une charge comportant : - Un module de commande; - Un transistor configuré pour être actionné par le module de commande au moyen d'une commande électrique afin de modifier un niveau de charge; - Un module de contrôle configuré pour déterminer un état de contrôle en fonction du niveau de charge, et pour transmettre l'état de contrôle au module de commande; - Un module de filtrage configuré pour appliquer un délai à une évaluation de l'état d'activation ou de désactivation de la charge par le module de contrôle : - Un module de relaxation destiné à protéger le système d'actionnement contre un sur-courant par génération de plusieurs oscillations de relaxation à une borne de la charge, chaque oscillation de relaxation étant produite par : o Activation du transistor dans un mode de fonctionnement linéaire durant une durée d'activation déterminée par le module de relaxation; et o Ouverture du transistor durant une durée de désactivation déterminée par le module de relaxation, successive à la durée d'activation.

Description

DESCRIPTION TITRE : Système et méthode de protection d’un système électronique d’actionnement contre un sur-courant
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
[0001] Le domaine technique de l’invention est celui de l’activation de fonctionnalités d’un équipement, par exemple terrestre, naval ou aéronautique, au moyen d’un système électronique d’actionnement.
[0002] La présente invention concerne un système et une méthode pour protéger un système électronique d’actionnement contre un sur-courant.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
[0003] L’actionnement électronique de fonctionnalités d’un équipement ou d’un système nécessite l’activation d’une charge externe au moyen d’un organe de commande. C’est par exemple le cas pour l’activation d’un voyant, d’un électrorobinet ou d’une servovalve d’un aéronef. Cet organe de commande, également appelé DSC pour « Discrete Switch Output » (anglais de « sortie à commutation discrète ») comprend notamment un interrupteur servant à fournir ou à interrompre le courant dans la charge.
[0004] Durant toute sa durée de vie, le DSO peut être confronté à des pannes, en particulier des courts-circuits tels que :
Un court-circuit de la charge ;
Un court-circuit entre la sortie du DSO et une alimentation ;
Un court-circuit de la sortie du DSO avec la référence polarisant la charge du DSO.
[0005] Afin d’éviter tout endommagement en cas de court-circuit, le DSO doit être protégé et la charge déconnectée.
[0006] Il est connu de l’état de l’art d’utiliser un transistor principal pour assurer la fonction d’interrupteur, et d’ajouter en série une résistance pour mesurer le courant et un transistor bipolaire assurant une fonction de limitation en courant. Ainsi, lorsqu’un sur-courant se produit, la tension aux bornes de la résistance est maintenue constante par le transistor bipolaire et le transistor principal est activé dans un mode linéaire afin de dissiper de la puissance et limiter le courant dans la charge avec un courant maîtrisé. A cela s’ajoute un dispositif de disjonction, dans la charge, destiné à ouvrir le transistor principal au bout d’un certain temps si le sur-courant est anormalement maintenu à l’extérieur de l’équipement.
[0007] Ce système par disjonction est toutefois volumineux puisqu’il comprend quatre comparateurs. Il présente également l’inconvénient d’être sensible et difficile à régler. En effet, la disjonction peut s’activer sur des transitoires de charge ou de tension. Afin d’éviter cela, il est nécessaire de rajouter un dispositif supplémentaire de réarmement de la disjonction, ce qui rend le système par disjonction encore plus volumineux et complexe.
[0008] Il existe donc un besoin d’un moyen de protection d’un organe de commande, lors d’un défaut externe aboutissant à un sur-courant, qui soit robuste, peu encombrant et à moindre coût.
RESUME DE L’INVENTION
[0009] L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant la protection d’un système d’actionnement électronique d’une charge externe par l’implémentation d’un module de relaxation, produisant des oscillations de relaxation en cas de sur-courant, et la mise en œuvre d’une méthode permettant l’interruption d’une commande électrique émise par le système d’actionnement sans avoir à réarmer une disjonction.
[0010] Un premier aspect de l’invention concerne un système d’actionnement électronique d’une charge électrique, le système d’actionnement comportant :
Un module de commande configuré pour émettre une commande électrique
J
Un transistor de puissance configuré pour être actionné par le module de commande au moyen de la commande électrique, afin de modifier un état d’activation ou de désactivation de la charge électrique ;
Un module de contrôle configuré pour déterminer un signal d’état de contrôle en fonction de l’état d’activation ou de désactivation de la charge électrique, et pour transmettre le signal d’état de contrôle au module de commande ;
Un module de filtrage configuré pour appliquer un délai à une évaluation de l’état d’activation ou de désactivation de la charge par le module de contrôle, avant la détermination de l’état de contrôle par le module de contrôle ; le système d’actionnement comprenant un module de relaxation pour protéger le système d’actionnement contre un sur-courant, le module de relaxation étant configuré pour générer une ou plusieurs oscillations de relaxation les unes après les autres, chaque oscillation de relaxation étant produite, à occurrence du sur-courant, par :
Activation du transistor de puissance dans un mode de fonctionnement linéaire durant une durée d’activation déterminée par le module de relaxation ; et
Ouverture du transistor de puissance durant une durée de désactivation déterminée par le module de relaxation, la durée de désactivation étant successive à la durée d’activation.
[0011] Grâce à l’invention, il est possible de protéger le système d’actionnement électronique par la génération d’oscillations de relaxation au moyen du module de relaxation. Avantageusement, le module de relaxation protège ainsi automatiquement la charge contre le sur-courant, par génération d’oscillations de relaxation dont l’amplitude et la durée sont maîtrisées.
[0012] Par ailleurs, ce système est compatible avec toute application dans laquelle on pilote une charge au moyen de commandes électriques, la charge nécessitant une protection contre les sur-courants, par exemple pour des équipements terrestres, navals ou aéronautiques. Le système de protection ainsi obtenu est avantageux car robuste, peu encombrant et de coût de fabrication modéré.
[0013] Le module de filtrage permet de pallier une éventuelle latence du circuit électrique entre le module de commande et la charge, et permet ainsi d’éviter une fausse détection d’incohérence entre l’état de contrôle et l’état de sortie du module de commande, après l’instant où la commande électrique est émise et avant que le niveau de charge atteigne la valeur d’activation.
[0014] Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans les paragraphes précédents, le système d’actionnement selon le premier aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. [0015] Dans un mode de réalisation, le module de relaxation comprend un circuit de limitation de courant permettant de limiter le courant de la charge externe à une valeur prédéterminée pendant la durée d’activation, et le module de commande met en œuvre un algorithme de disjonction comprenant une étape de commande de disjonction du transistor de puissance après une période d’actionnement prédéfinie, lorsqu’une entrée du module de commande est dans l’état de désactivation.
[0016] Le module de relaxation protège ainsi la charge par génération d’oscillations de relaxation par limitation du courant dans le transistor de puissance et dans la charge. Le module de commande arrête automatiquement les oscillations de relaxation par la commande de disjonction du transistor.
[0017] Dans un mode de réalisation, le module de commande est en outre configuré pour :
Modifier un état de sortie du module de commande à partir de données de commande, l’état de sortie étant actif lorsque la commande électrique est émise et inactif lorsque la commande électrique n’est pas émise ;
Recevoir le signal d’état de contrôle, de la part du module de contrôle ; Comparer l’état de contrôle avec l’état de sortie du module de commande ; et
Si le signal d’état de contrôle indique la désactivation de la charge, et que la sortie du module de commande est à l’état actif, modifier l’état de sortie du module de commande à l’état inactif.
[0018] Grâce à ce mode de réalisation, le système d’actionnement est en outre protégé des sur-courants par l’ouverture du transistor contrôlée automatiquement par le module de commande. Avantageusement, la protection est à la fois assurée par une relaxation, générant un bagotement ON/OFF de la sortie du système d’actionnement électronique vers la charge, réalisée automatiquement par le circuit électrique du module de relaxation, et une disjonction automatique par exemple réalisée au moyen d’instructions comprises dans une mémoire du module de commande et mises en œuvre par un processeur dudit module de commande. On entend par « bagotement » un cycle ou une succession de cycles périodiques d’ouverture et fermeture générés par le module de relaxation. [0019] Dans un mode de réalisation, le système selon le premier aspect comporte en outre un module d’horloge configuré pour actionner la comparaison de l’état de contrôle avec l’état de sortie du module de commande de façon périodique à une période d’actionnement prédéfinie.
[0020] Le contrôle de la cohérence entre l’état de sortie du module de commande et l’état de contrôle est ainsi régulièrement effectué, ce qui permet de réduire les risques d’endommagement du système d’actionnement électronique, notamment du module de commande, et de la charge.
[0021] Dans un mode de réalisation, le module de relaxation comprend un premier sous-module configuré pour déterminer la durée d’activation, le premier sous-module comportant :
Un transistor, comprenant une commande reliée à une ligne dépendant de tension de la commande du transistor de puissance, une première et une deuxième borne ;
Une première résistance connectée entre la commande et la première borne du transistor, une deuxième résistance reliée entre la deuxième borne du transistor et un premier nœud et une quatrième résistance reliée entre le premier nœud et la masse ;
Un bloc capacitif comprenant un premier condensateur relié entre le premier nœud et la masse ;
Un générateur de tension reliée entre la première résistance et le collecteur du transistor ;
Une première porte inverseuse, comprenant une entrée reliée au premier nœud et une sortie reliée à un deuxième nœud.
[0022] Dans un exemple de ce mode de réalisation, le module de relaxation comprend un deuxième sous-module configuré pour déterminer la durée de désactivation, le deuxième sous-module comportant :
Une troisième résistance reliée entre le deuxième nœud et une sortie du premier sous-module ;
Un quatrième transistor, comprenant une commande, une première borne reliée à une ligne de commande du transistor de puissance pour shunter la commande électrique et une deuxième borne reliée à la masse ;
Une cinquième résistance reliée entre la commande et le deuxième nœud, Une sixième résistance reliée en parallèle au quatrième transistor ;
Un troisième condensateur relié entre le deuxième nœud et la masse ;
Une diode, comprenant une anode reliée au deuxième nœud et une cathode reliée à la sortie du premier sous-module ;
Une deuxième porte inverseuse, comprenant une entrée reliée au deuxième nœud et une sortie reliée à la cinquième résistance.
[0023] Grâce à ce mode de réalisation, le module de relaxation permet ainsi d’avoir une protection robuste, peu encombrante et à moindre coût. Avantageusement, le module de relaxation occupe approximativement trois fois moins de surface qu’un système de l’état de l’art, notamment à quatre comparateurs.
[0024] Un deuxième aspect de l’invention concerne un dispositif électrique comprenant un système selon le premier aspect de l’invention, et comprenant en outre une charge électrique, dans lequel le système selon le premier aspect est situé entre la charge et une masse, ou dans lequel le système est situé entre la charge et une tension de polarisation.
[0025] Un troisième aspect de l’invention concerne un aéronef comprenant le dispositif électrique selon le deuxième aspect de l’invention.
[0026] Un quatrième aspect de l’invention concerne une méthode de protection d’un système d’actionnement d’une charge contre un sur-courant, le système d’actionnement étant selon le premier aspect de l’invention, la méthode comprenant : Activation d’un état de sortie du module de commande et émission d’une commande électrique par le module de commande, la commande électrique étant produite à partir de données de commande, la commande électrique actionnant le transistor de puissance pour fermer le transistor de puissance et placer un niveau de charge associé à la charge électrique à une valeur d’activation ;
Génération d’une ou plusieurs oscillations de relaxation, chaque oscillation de relaxation étant produite, à occurrence d’un sur-courant, par :
Activation du transistor de puissance dans un mode de fonctionnement linéaire durant une durée d’activation, la durée d’activation étant déterminée par le module de relaxation, le niveau de charge étant égal à une valeur limite durant la durée d’activation ;
Ouverture du transistor de puissance durant une durée de désactivation successive à la durée d’activation, la durée de désactivation étant déterminée par le module de relaxation, le niveau de charge étant nul durant la durée de désactivation ;
Détection d’une modification du niveau de charge par le module de contrôle après un délai appliqué par le module de filtrage, détermination d’un état de contrôle par le module de contrôle en fonction du niveau de charge modifié, et transmission de l’état de contrôle au module de commande via un signal d’état de contrôle ;
Comparaison par le module de commande de l’état de contrôle avec l’état de sortie ; et
Si le signal d’état de contrôle indique une désactivation de la charge, et que la sortie du module de commande est à l’état actif, modifier l’état de sortie du module de commande à l’état inactif.
[0027] Grâce à ce deuxième aspect, il est possible de protéger de façon robuste et fiable la charge et le système d’actionnement, par la mise en œuvre conjointe de la relaxation de la sortie du système selon l’invention au moyen du module de relaxation et de la disjonction opérée automatiquement par le module de commande. De plus, la délai imposé par le module de filtrage permet de pallier une éventuelle latence du circuit électrique entre le module de commande et la charge, et d’éviter une fausse détection d’incohérence entre l’état de contrôle et l’état de sortie du module de commande, à l’instant où la commande électrique est émise et avant que le niveau de charge atteigne la valeur d’activation
[0028] Dans un mode de réalisation, le système d’actionnement comprend en outre un module d’horloge, et la comparaison de l’état de contrôle avec l’état de sortie du module de commande est périodiquement effectuée à une période de comparaison définie par le module d’horloge.
[0029] Le contrôle de la cohérence entre l’état de sortie du module de commande et l’état de contrôle est ainsi régulièrement effectué, ce qui permet de réduire les risques d’endommagement du système d’actionnement électronique, notamment du module de commande et de la charge. [0030] Un cinquième aspect de l’invention concerne un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, quand le programme est exécuté sur un calculateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre les étapes de la méthode selon le deuxième aspect de l’invention.
[0031] Un sixième aspect de l’invention concerne un support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre les étapes du procédé selon le deuxième aspect de l’invention.
[0032] L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0033] Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
La figure 1 est une représentation schématique d’un système d’actionnement selon un exemple de réalisation de l’invention.
La figure 2 est une représentation schématique d’un module de relaxation compris dans le système d’actionnement.
La figure 3 est un exemple du circuit électrique du système d’actionnement selon un premier mode de réalisation.
La figure 4 est un schéma synoptique illustrant l’enchaînement des étapes d’une méthode selon un exemple de réalisation de l’invention.
La figure 5 est un graphique indiquant l’évolution dans le temps des principales grandeurs physiques mises en jeu par le système d’actionnement.
La figure 6 est un exemple du circuit électrique du système d’actionnement selon un deuxième mode de réalisation.
DESCRIPTION DETAILLEE
[0034] Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. [0035] Un premier aspect de l’invention concerne un système d’actionnement électronique destiné à actionner des fonctionnalités d’un équipement, par exemple un équipement terrestre, naval ou aéronautique. A titre d’exemple, la charge électrique réalisant la fonctionnalité est un voyant lumineux, une servovalve, une commande d’arrêt moteur, un électrorobinet, etc. La charge électrique est par exemple une charge électrique présente dans un aéronef, tel que par exemple un aéronef à voilure tournante ou un aéronef à voilure fixe. La fonctionnalité est actionnée par une modification du courant qui l’alimente.
[0036] Le système d’actionnement électronique 10 est schématisé sur la figure 1 et comprend :
Un module de commande 11 ;
Un transistor 12 ;
Un module de contrôle 13 ;
Un module de relaxation 14 ; et
Un module de filtrage 15.
[0037] Le système d’actionnement 10 comprend une sortie reliée à la charge 20 électrique, c’est-à-dire une charge 20 externe, pour alimenter et piloter la fonctionnalité externe à l’équipement, c’est-à-dire la charge 20 externe. Un courant I circule dans cette charge représentée à cette sortie. Une modification, par le système d’actionnement 10, de ce courant I permet l’activation ou la désactivation de la fonctionnalité.
[0038] On entend par « relié » ou par « connecté » le raccordement sous forme d’un circuit électrique d’un élément avec un autre. Il s’agit, par exemple, d’un raccordement par fils électriques tendus directement entre les éléments ou via d’autres éléments, non représentés, servant d’intermédiaires de connexion, tels une planche de prototypage, un dispositif émetteur/récepteur, un transformateur, une résistance, une bobine, etc.
[0039] Le module de commande 11 est configuré pour émettre une ou plusieurs commandes électriques vers le transistor de puissance 12 afin de l’activer (on dit également que le transistor est fermé ou saturé) ou le désactiver (on dit également que le transistor est ouvert ou bloqué). Lorsque le transistor de puissance 12 est activé, il laisse passer le courant I de la sortie à la masse. Le module de commande 11 comprend ainsi une sortie CMD pour émettre la commande électrique vers le transistor de puissance 12 par le biais d’une ligne de commande du module de relaxation 14 connectant une commande du transistor de puissance 12 à la sortie CMD. Le module de commande 11 comprend également une entrée MON, reliée au module de contrôle 13. L’entrée MON permet au module de commande 11 de recevoir un état de contrôle déterminé par le module de contrôle 13.
[0040] Le module de commande 11 est préférentiellement un circuit intégré comprenant un processeur, une mémoire volatile et/ou une mémoire non-volatile ainsi que l’entrée MON et la sortie CMD. A titre préférentiel, le module de commande 11 est un microcontrôleur. L’avantage d’un microprocesseur est qu’il comprend nativement des tests d’intégrité, ce qui rend robuste la comparaison des données reçues à son entrée MON avec les données émises à sa sortie CMD.
[0041] On entend par « commande électrique » un signal électrique émis par le module de commande 11 depuis sa sortie CMD, et dont la réception par le transistor de puissance 12 permet de l’activer, notamment pour ouvrir ou fermer le transistor 12, afin de modifier le courant I dans la charge 20 externe. La commande électrique est déterminée par le module de commande 11 en fonction de données de commande. Les données de commande sont des données numériques ou analogiques émises vers le module de commande 11 ou contenues dans la mémoire dudit module de commande 11 et indiquent au module de commande 11 comment et/ou quand déterminer et/ou émettre la commande électrique. L’activation du transistor 12 permet ainsi d’activer la fonctionnalité désirée de la charge 20 externe.
[0042] A l’émission de la commande électrique, un état de sortie du module de commande 11 est activé par le module de commande 11. L’état de sortie est préférentiellement une variable binaire qui indique si la commande est émise ou non. Par exemple, l’état de sortie prend, pour valeur
0 ou une valeur basse L (pour l’anglais « low >>) lorsque la commande n’est pas émise, l’état de sortie est alors inactif ou désactivé.
1 ou une valeur haute H (pour l’anglais « high >>) lorsque la commande est émise, l’état de sortie est alors actif.
[0043] Tant que l’état de sortie est actif, la commande électrique est émise par le module de commande 11 . [0044] Le transistor 12 est préférentiellement un transistor à effet de champ. Par exemple, le transistor 12 est un transistor MOSFET (en anglais, « Metal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor » - « transistor à effet de champ à grille isolée ») à enrichissement de type N ou de type P. Le transistor 12 comprend un drain, une source et une grille. En fonction du cas d’application, la source, le drain et la grille sont directement ou indirectement reliés aux autres modules du système 10 et à la charge 20 externe. Le transistor 12 est relié au module de commande 11 par la ligne de commande du module de relaxation 14, et une de ses bornes est reliée au module de contrôle 13 et à la charge 20 externe et l’autre borne à la masse dans cette exemple (ou à une tension dans un autre exemple). Le module de filtrage 15 est relié entre le module de contrôle 13 et le transistor 12.
[0045] Il est alternativement possible que le transistor 12 soit un transistor bipolaire. Un pont diviseur de tension est alors intégré dans le système d’actionnement 10 sur la base du transistor 12 afin d’adapter la tension aux bornes du transistor 12 bipolaire.
[0046] Le système d’actionnement 10 peut également comprendre un étage d’adaptation, non représenté, entre le module de commande 11 et le transistor 12, afin d’adapter la tension de la sortie CMD à la tension supportée par le transistor 12.
[0047] Le module de contrôle 13 est configuré pour déterminer l’état de contrôle à transmettre au module de commande 11. Le module de contrôle 13 est, d’une part, connecté au module de commande 11 et, d’autre part, à la charge 20 externe. Le module de contrôle 13 est connecté à un nœud entre la charge 20 externe et le transistor 12, éventuellement par le biais du module de filtrage 15 lorsque ce dernier est présent. L’état de contrôle est déterminé en fonction d’un niveau de charge. L’état de contrôle est préférentiellement une variable binaire. L’état de contrôle prend, par exemple, pour valeur 0 ou 1 . L’état de contrôle peut également prendre une valeur haute H (pour l’anglais « high >>) ou une valeur basse L (pour l’anglais « low >>). Ainsi le module de contrôle 13 transmet un signal (numérique ou analogique) correspondant à l’état de contrôle, c’est-à-dire soit un état d’activation de charge correspondant à une valeur d’activation de la charge, soit un état de désactivation de charge correspondant à une valeur de désactivation de la charge. [0048] On entend par « niveau de charge » de la charge 20 externe la valeur du courant I circulant dans la charge 20 externe et permettant une activation ou une désactivation de la charge. On entend par activation de la charge 20 externe l’activation de la fonctionnalité désirée quand le courant I circule dans la charge, que ce soit pendant son alimentation par le biais du transistor de puissance à l’état fermé ou encore dans un cas où le courant I circule dans la charge 20 externe en ayant le transistor de puissance ouvert. Selon un exemple, le module de contrôle peut recevoir une information du niveau de charge en mesurant un courant au niveau haut de la charge (un exemple de principe de mesure est un capteur de courant à effet hall entre la borne + et la charge). Lorsque la commande électrique est émise par le module de commande 11 au niveau de sa sortie CMD pour activer la fonctionnalité, le niveau de charge passe à une valeur d’activation lo. On entend par « valeur d’activation » une intensité atteinte par le courant I dans la charge 20 externe nécessaire pour activer la fonctionnalité. Lorsque le transistor de puissance 12 est ouvert, le niveau de charge est proche d’une valeur nulle. Dans la suite, il est expliqué que le transistor de puissance 12 peut aussi être commandé dans un mode de fonctionnement linéaire par le biais du module de relaxation 14. Dans ce cas, le niveau de charge est égal à une valeur limite liim. La valeur limite Inm est prédéfinie en fonction de l’application, par exemple par le module de relaxation 14. Dans le mode de fonctionnement linéaire, la grille du transistor de puissance 12 est polarisée et le transistor de puissance 12 devient résistif, ce qui limite le courant qui le traverse. La différence de potentiel entre la grille et la source du transistor de puissance 12 est donc limitée de sorte que le transistor de puissance 12 soit en mode de fonctionnement linéaire.
[0049] Ainsi, l’état de contrôle prend une valeur différente pour correspondre au niveau de charge, notamment lorsque le niveau de charge est égal à la valeur d’activation, à la valeur limite ou est nul. A titre d’exemple, l’état de contrôle est :
L’état d’activation a pour valeur H (ou 1 ) lorsque le niveau de charge est égal à la valeur d’activation ou à la valeur limite Inm ;
L’état de désactivation a pour valeur L (ou 0) lorsque le niveau de charge est nul.
[0050] L’état de contrôle correspond à l’état d’activation lorsque le niveau de charge est égal à la valeur limite Inm à la condition que le système d’actionnement électronique 10 ne comprenne pas le module de relaxation 14 et le module de filtrage 15. Lorsque ces deux derniers modules sont présents, le module de relaxation 14 limite l’intervalle de temps où l=liim, et le module de filtrage 15 masque l’état haut.
[0051] Le niveau de charge est évalué en continu par le module de contrôle 13, puisque le module de contrôle 13 est raccordé (directement ou indirectement) à la charge 20 externe. Alternativement, le niveau de charge peut être évalué périodiquement par le module de contrôle 13, à une période de contrôle prédéterminée en fonction du cas d’application.
[0052] Le module de contrôle 13 est configuré pour détecter une modification du niveau de charge. A détection de la modification, l’état de contrôle est modifié pour correspondre au niveau de charge modifié.
[0053] Le niveau de charge est préférentiellement mesuré au moyen d’un amplificateur opérationnel (non représenté) qui détecte le niveau de tension entre le transistor de puissance 12 et la charge. L’amplificateur opérationnel permet de comparer ce niveau de tension à une tension de référence. La tension est basse lorsque le transistor de puissance 12 est fermé et haute lorsqu’il est ouvert. Lorsque le transistor de puissance 12 est en mode de fonctionnement linéaire, la tension détectée par l’amplificateur opérationnelle est haute.
[0054] Le module de filtrage 15 sert d’intermédiaire de connexion entre le module de contrôle 13 et la charge 20 externe. Dans ce cas, le module de contrôle 13 est, d’une part, connecté au module de commande 11 et, d’autre part, au module de filtrage 15. Le module de contrôle 13 n’est alors plus connecté à la charge 20 externe directement, mais par l’intermédiaire du module de filtrage 15. Le module de filtrage 15 est configuré pour appliquer un délai ÎMON à l’évaluation du niveau de charge par le module de contrôle 13. C’est-à-dire que lorsqu’une modification du courant I dans la charge 20 externe advient, cette modification n’est pas instantanément répercutée au module de contrôle 13 mais est retardée avec retard égal au délai ÎMON appliqué par le module de filtrage 15.
[0055] L’intérêt d’un tel module de filtrage 15 est de pallier une latence éventuelle lors du transfert de la commande électrique depuis le module de commande 11 vers le transistor de puissance 12, afin d’assurer une cohérence entre l’état de sortie et l’état de contrôle à l’émission de la commande électrique. Le module de filtrage 15 permet également de créer un état « erroné » entre la sortie CMD et l’entrée MON lorsque le module de relaxation 14 est activé. Sans ce module de filtrage 15, l’état de contrôle à l’entrée MON suit les mêmes oscillations que la relaxation, c’est-à-dire des oscillations avec une fréquence d’oscillation élevée. Avec ce module de filtrage 15, l’état de contrôle de l’entrée MON reste à l’état bas alors que les oscillations ont lieu.
[0056] Le module de contrôle 13 est, dans son fonctionnement, équivalent à une diode en série avec une résistance de polarisation : lorsque le transistor de puissance 12 est fermé, le courant circule dans la diode et la résistance de polarisation et l’état de contrôle prend, par exemple, la valeur basse L ou 0 ; lorsque le transistor de puissance 12 est ouvert, la diode est bloquée et l’état de contrôle prend, par exemple, la valeur haute H ou 1.
[0057] Le module de relaxation 14 est configuré pour générer une ou plusieurs oscillations de relaxation lorsqu’un sur-courant advient au niveau de la sortie du système d’actionnement 10, par exemple en cas de court-circuit sur la charge 20 externe ou court-circuit du transistor de puissance 12 à la tension de polarisation Vp de la charge 20 externe. Le sur-courant advient, par exemple, par un court-circuit provoqué par la défaillance d’un élément de la charge 20 externe, telle qu’une bobine défaillante dont la résistance devient nulle, ou lorsque deux connectiques ou plus se touchent sur un connecteur.
[0058] Lors d’un défaut externe aboutissant à un sur-courant, le transistor de puissance 12 entre dans un mode de fonctionnement linéaire et le courant I est limité à la valeur limite im. Le module de relaxation 14 détecte ce sur-courant et impose l’ouverture du transistor de puissance 12 durant une durée de désactivation TOFF, après une durée d’activation TON durant laquelle le transistor est dans le mode de fonctionnement linéaire. La durée d’activation TON et la durée de désactivation TOFF sont définies par le module de relaxation 14 et leur durée respective dépend du cas d’application. Préférentiellement, la durée d’activation TON est très inférieure à la durée de désactivation TOFF. La durée d’activation TON permet de masquer des transitoires de courant tels que des appels de courant lors de l’activation de la charge 20 externe, des transitoires dus aux agressions foudre, des transitoires de la tension de polarisation Vp de la charge 20 externe.
[0059] Dans une variante, il est possible de générer le sur-courant artificiellement au moyen d’un module de sur-courant (non représenté), par exemple un interrupteur. Ce module de sur-courant polarise la tension entre le transistor 12 et la charge 20 par une tension adaptée pour générer le sur-courant. L’intérêt de ce module de sur-courant est, d’une part, d’être en mesure de vérifier le bon fonctionnement du système d’actionnement 10, notamment pour déclencher la protection, et, d’autre part, de forcer le déclenchement de la protection en cas de défaillance de la détection du sur-courant par le système d’actionnement 10.
[0060] L’enchaînement de la période d’activation TON et de la période de désactivation TOFF est une relaxation. La répétition de la relaxation suivant une période de relaxation engendre les oscillations de relaxation. La période de relaxation est supérieure ou égale à la somme de la durée d’activation TON et de la durée de désactivation TOFF. La période de relaxation est définie en fonction du cas d’application. Le ratio des durées TON/TOFF peut être déterminé par le module de relaxation 14 en considération des puissances dissipées des composants du système d’actionnement 10, et notamment du transistor de puissance 12.
[0061] En d’autres termes, les oscillations de relaxation sont un phénomène périodique artificiel, piloté électriquement, et produit par limitation puis coupure du courant grâce à l’actionnement du transistor de puissance 12. Ce phénomène d’oscillations permet au module de contrôle 13 de détecter que la fonctionnalité désirée n’est pas activée.
[0062] Préférentiellement, la durée d’activation TON est suffisamment longue afin que le transistor de puissance 12 ne s’ouvre pas durant des transitoires de charge ou de tension. On entend par « transitoire » un sur-courant ou une surtension de très courte durée, c’est-à-dire d’une durée très petite devant la constante de temps d’établissement du courant dans la charge, rendant ce phénomène transitoire quasiment instantané. Le transitoire est généralement d’une durée inférieure à 1 ms, par exemple de l’ordre de 100 ps pour un transitoire de charge et de l’ordre de 300 ps pour un transitoire de tension tel qu’un impact de foudre. Ainsi, la durée d’activation TON est au moins supérieure à la durée du phénomène transitoire le plus long, et préférentiellement de l’ordre de 1 ms ou supérieure ou égale à 1 ms.
[0063] Préférentiellement, la durée d’activation TON est supérieure ou égale à dix fois la durée d’un phénomène transitoire. La durée d’activation TON est au moins supérieure ou égal à cinq fois la durée d’un phénomène transitoire.
[0064] En outre, la durée d’activation TON est suffisamment longue pour ne pas déclencher les oscillations de relaxation à l’émission de la commande électrique, dans le cas où un sur-courant est transitoirement nécessaire pour activer la fonctionnalité désirée. [0065] La durée de désactivation TOFF peut être de l’ordre de dix fois la durée de d’activation TON, afin que le module de contrôle 13 détecte le courant nul de la sortie et de diminuer les contraintes sur le module de filtrage 15 avant le module de contrôle 13. Par exemple, la durée de désactivation TOFF est supérieure ou égale à cinq fois la durée d’activation TON, OU est supérieure ou égale à dix fois la durée d’activation TON. La durée de désactivation TOFF peut être plus longue afin de permettre une seule activation avant la disjonction.
[0066] Selon l’exemple précédent, l’état de contrôle prend donc une valeur égale à 0 ou à L durant la durée de désactivation TOFF. Le module de filtrage 15 maintient ensuite l’état de contrôle à l’état de désactivation durant la durée d’activation TON.
[0067] Ainsi que présenté sur la figure 2, le module de relaxation 14 comprend un premier sous-module 14a configuré pour déterminer la durée d’activation TON et pour limiter le courant I durant la durée d’activation TON, ainsi qu’un deuxième sous-module 14b configuré pour déterminer la durée de désactivation TOFF et ouvrir le transistor de puissance 12. Le module de relaxation 14 comprend également un sous-module de limitation 14c destiné à limiter le courant I à la valeur limite liim en cas de sur-courant. Le sous-module de limitation 14c comprend une résistance de mesure de courant en série avec le transistor de puissance 12 et une ligne de shunt de la commande du transistor de puissance 12 pour shunter une partie du courant provenant de la commande électrique et ainsi limiter le courant I, le transistor de puissance 12 passant alors dans un mode de fonctionnement linéaire. La ligne de shunt comprend un transistor de limitation dont la commande (Base) est connectée entre la résistance de mesure et le transistor de puissance 12, une première borne par exemple le collecteur, reliée à la commande du transistor de puissance 12 (optionnellement par le biais d’une diode ou/et une résistance) et l’autre borne, par exemple un émetteur, reliée à la masse. La figure 3 représente un module de limitation de courant pouvant être ce sous- module de limitation 14c mais intégré dans le module de relaxation.
[0068] Le premier sous-module 14a comprend :
Un transistor T1 , comprenant une commande, ici une base B, reliée à une ligne dépendant de la tension de la commande du transistor de puissance 12, une première borne, ici un collecteur C, et un une deuxième borne ici un émetteur E ; Une première résistance R1 connectée entre la commande (base B) et la première borne (collecteur C) du transistor T 1 , une deuxième résistance R2 reliée entre la deuxième borne (l’émetteur E) et un premier nœud, et une quatrième résistance R4 reliée entre le premier nœud et la masse ;
Un bloc capacitif comprenant un premier condensateur C1 et un deuxième condensateur C2 en parallèle reliée entre le premier nœud et la masse (il pourrait y en avoir un seul ou plusieurs en parallèle) ;
Un générateur de tension TG1 relié entre la première résistance R1 et le collecteur C ;
Une première porte inverseuse INV1 , par exemple une bascule de Schmitt, comprenant une entrée reliée au premier nœud et une sortie reliée à un deuxième nœud ; et
Dans ce mode de réalisation, représenté sur les figures 2 et 3, en l’occurrence la ligne dépendant de la tension de la commande du transistor de puissance 12 reliée à la commande du transistor T 1 , peut être connectée à un nœud entre une cathode d’une diode 19 reliée à la commande du transistor de puissance 12 et une première borne (collecteur) du transistor de limitation 17.
[0069] Alternativement, le sous-module de limitation 14c n’est pas compris dans le module de relaxation 14. Dans ce cas, le module de limitation est remplacé par un module de détection de sur-courant comprenant, d’une part, la résistance 18 en série avec le transistor de puissance 12 pour la mesure de courant et, d’autre part, le transistor 17 commandé selon la tension aux bornes de la résistance 18 pour détecter un sur-courant. Autrement dit, la ligne dépendant de la tension de la commande du transistor de puissance 12 est reliée à un nœud relié à la commande du transistor de puissance 12 et à la première borne du transistor 17 de limitation.
[0070] Cependant, comme on peut le voir dans le mode de réalisation représenté, l’ajout de la diode 19 permet, en outre de la détection de sur-courant, de limiter le courant et ainsi de protéger les composants du système d’actionnement électronique 10.
[0071] La sortie du sous-module de limitation 14c est reliée à l’entrée du premier sous-module 14a sur la liaison entre la première résistance R1 et le transistor T1 .
[0072] Par ailleurs, la sortie de la première porte inverseuse INV1 est reliée au deuxième sous-module 14b. [0073] Le deuxième sous-module 14b comprend :
Une troisième résistance R3 reliée entre le deuxième nœud et une sortie du premier sous-module 14a (la sortie de la première porte inverseuse INV1 ) ;
Un quatrième transistor T2, comprenant une commande ici une grille G, une première borne, ici un drain D, reliée à la ligne de commande du transistor de puissance pour shunter la commande électrique et une deuxième borne, ici une source S, reliée à la masse ;
Une cinquième résistance R5 reliée entre la grille G et le deuxième nœud, Une sixième résistance R6 reliée en parallèle au quatrième transistor T2 ;
Un troisième condensateur C3 relié entre le deuxième nœud (donc à la troisième résistance) et la masse ;
Une diode D1 , reliée en parallèle à la troisième résistance R3, comprenant une cathode reliée à l’entrée du deuxième sous-module 14b (donc à la sortie du premier sous-module 14a) et une anode reliée au deuxième nœud ;
Une deuxième porte inverseuse INV2, par exemple une autre bascule de Schmitt, comprenant une entrée reliée au deuxième nœud et une sortie reliée à la cinquième résistance R5.
[0074] Les spécificités des éléments des deux sous-modules sont telles que :
La première résistance R1 = 2,15 kQ ;
La deuxième résistance R2 = 47 kQ ;
La troisième résistance R3 = 100 kQ ;
La quatrième résistance R4 = 33 kQ ;
La cinquième résistance R5 = 100 Q ;
La sixième résistance R6 = 39,2 kQ ;
Les premier et troisièmes condensateur C1 , C3 = 22 nF ;
Le deuxième condensateur C2 = 10 nF ;
Le transistor T1 est un transistor bipolaire PNP ;
Le quatrième transistor T2 est un transistor à effet de champ MOSFET à appauvrissement canal P.
[0075] On notera que chaque résistance peut être formée par un ensemble de résistances et chaque bloc capacitif par un ensemble de condensateurs. [0076] Le système d’actionnement 10 peut en outre comprendre un module d’horloge (non représenté). Le module d’horloge est préférentiellement un circuit intégré de type HTR, abréviation de « horloge temps réel » (en anglais, « real-time clock » - RTC). Le module d’horloge peut être compris dans l’un des modules du système d’actionnement 10, par exemple dans le module de commande 11 , ou être un module indépendant. Le module d’horloge est configuré pour produire un signal d’horloge vers le module de commande 11 afin de déclencher une comparaison entre l’état de contrôle et l’état de sortie. Le signal d’horloge est par exemple un signal électrique qui, lorsque reçu par le module de commande 11 , provoque la comparaison de l’état de contrôle avec l’état de sortie du module de commande 11. Le signal d’horloge est préférentiellement émis périodiquement à la période de contrôle IRTC. La période de contrôle tRTc est définie par le module d’horloge en fonction du cas d’application. Le ratio TOFFA TC dépend du nombre d’oscillations désirées et dépend de l’application visée. La durée de désactivation TOFF peut être plus longue que la période de contrôle tRTc pour déclencher la disjonction après la première activation.
[0077] Afin d’éviter de détecter une incohérence durant le délai ÎMON, la période de contrôle tRTc doit vérifier l’une des conditions suivantes :
La période de contrôle tRTc doit être plus grande que le délai ÎMON ;
La première comparaison de l’état de contrôle avec l’état de sortie du module de commande 11 doit être effectuée après N implémentations de la période de contrôle tRTc à compter de l’émission de la commande, où N est un nombre réel et tel que N*tRTc > ÎMON.
[0078] Alternativement, le module d’horloge est un ensemble d’instructions informatiques qui, lorsqu’exécutées par un calculateur, conduise à l’émission d’un signal pour déclencher la comparaison entre de l’état de contrôle avec l’état de sortie. [0079] Le rôle du module d’horloge est de limiter le nombre d’oscillations de relaxation générées par le module de relaxation 14, par l’application de la période de contrôle IRTC.
[0080] Un exemple de réalisation du système d’actionnement 10 est proposé sur la figure 2. L’application concerne un calculateur moteur de type FADEC (en anglais, « Full Authority Digital Engine Control ») d’un hélicoptère, commandant des fonctionnalités telles que des voyants, des solénoïdes et des électrorobinets. Dans ce mode de réalisation, le système d’actionnement 10 contrôle l’actionnement de son transistor de puissance 12 situé entre la masse et la charge 20 externe ; on parle ainsi de système d’actionnement électronique 10 à commande point froid (en anglais, « Ground Open >>).
[0081] Sur la figure 3, le système d’actionnement 10 comprend les modules précédemment cités (module de commande 11 , module de contrôle 13, module de relaxation 14 et module de filtrage 15) et le transistor de puissance 12. Le système 10 comprend également une porte logique de type « AND » 16, un module limiteur de courant comprenant un transistor de limitation 17, la résistance de mesure 18 et une diode 19. Dans ce cas, le générateur de tension TG1 du premier sous-module 14a génère une tension du même ordre de grandeur que la tension en sortie de la porte logique 16 de sorte à bloquer la diode 19 lorsque la tension en sortie de la porte logique 16 devient nulle.
[0082] La résistance de mesure 18 est en série avec le transistor de puissance 12, ici entre le transistor 12 et la masse. Ainsi la tension aux bornes de la résistance 18 est dépendante de sa valeur résistive et du courant I traversant dans la charge 20 externe.
[0083] La porte logique 16 comprend une première entrée reliée à la sortie CMD du module de commande 11 , une deuxième entrée reliée à une sortie du module de relaxation et une sortie 16a reliée à un nœud de commande reliée à la commande du transistor de puissance. La diode 19 comprend une anode reliée au nœud de commande et une cathode reliée à une première borne ici un collecteur G du transistor de limitation 17. La deuxième borne, ici un émetteur E, du transistor de limitation 17 est reliée à la masse, ainsi le transistor de limitation permet de dériver la commande électrique sortant de la sortie 16a de la porte logique 16. Le transistor de limitation 17 comprend en outre une commande, ici une base B, reliée entre la résistance de mesure 18 et le transistor de puissance 12. Ainsi la commande du transistor de limitation 17 est directement dépendante du courant traversant la résistance de mesure 18. Si le courant I est trop élevé (supérieure à une tension maximale Imax), la tension Vbe (tension entre la première borne, ici un collecteur G, et la deuxième borne ici l’émetteur E, du transistor de limitation 17) ferme le transistor de limitation 17 ce qui dérive la commande électrique et si le courant I est normal (inférieure à I0), la tension Vbe est insuffisante et le transistor de limitation 17 est ouvert permettant à la commande électrique de fermer le transistor de puissance 12. En fonctionnement, lorsque le courant I est entre lo et Imax, le transistor de limitation 17 est en mode linéaire et prélève une partie du courant de la commande électrique du transistor de puissance 12 qui alors passe aussi en mode linéaire, diminuant le courant jusqu’à être égal à Him . Ainsi ce bloc permet de limiter le courant I à Him (il n’atteint jamais Imax).
[0084] Le module de contrôle 13 est, d’une part, relié au module de filtrage 15 et, d’autre part, à la sortie MON.
[0085] Dans ce mode de réalisation, la charge 20 externe est constamment reliée à une tension de polarisation Vp et n’est reliée à la masse que si le transistor de puissance 12 est fermé. Le système 10 est donc situé entre la charge 20 et la masse. [0086] Ainsi, lorsque la commande électrique est émise et que le transistor de limitation 17 est ouvert, la tension à la commande du quatrième transistor T2 est nulle et la porte logique 16 produit à sa sortie 16a une tension non-nulle qui permet l’activation du transistor de puissance 12 en mode saturé et l’actionnement de la fonctionnalité. Puis, lorsque le sur-courant se produit, le transistor de limitation 17 est alimenté et peut soit être saturé (se fermer), soit passer en mode linéaire. La tension à la commande du quatrième transistor T2 est alors non-nulle et la deuxième entrée de la porte logique 16 est alors reliée à la masse, entraînant en sortie 16a une tension nulle, après la durée d’activation TON, Le transistor de puissance 12 est alors ouvert, provoquant l’ouverture du limiteur de courant 17, ce qui permet au module de relaxation 14, après la durée d’activation TOFF, d’envoyer un signal à la porte logique 16 pour qu’en sortie 16a la commande électrique depuis la sortie COM alimente le transistor de puissance 12 dans le mode linéaire (ou saturé), et ainsi de suite. Autrement dit le module de relaxation engendre les oscillations de relaxation provoquant, à la sortie 16a de la porte logique 16, des commandes électrique d’ouverture ou de fermeture (1 ou 0) entraînant le fonctionnement du transistor de puissance 12 en mode linéaire ou fermé (saturé), selon le fonctionnement du transistor de limitation 17, ou en mode ouvert (bloqué). Ce mécanisme électrique permet de protéger automatiquement la charge 20 extérieure du sur-courant.
[0087] Un deuxième aspect de l’invention concerne une méthode de protection du système d’actionnement 10 contre le sur-courant. La méthode 100, dont l’enchaînement des étapes est synthétisé sur la figure 4, comprend cinq étapes numérotées de 110 à 150. [0088] Le module de relaxation 14 risque de générer des émissions conduites dans des harnais électriques en dehors du système d’actionnement 10. Les émissions conduites sont des perturbations générées à intervalles régulier de transitoire de courant de charge, en l’occurrence ici produites par les oscillations de relaxation. Afin de limiter les risques d’émissions conduites, le système d’actionnement 10 est disjoncté au bout d’un certain temps par le microcontrôleur détectant une incohérence entre l’état de sortie à la sortie CMD du module de commande et l’état de contrôle à l’entrée MON.
[0089] La première étape 110 est une étape d’activation de l’état de sortie par le module de commande 11 et d’émission de la commande électrique par le module de commande 11. La commande électrique est produite à partir des données de commande. La commande électrique actionne le transistor de puissance 12 pour fermer ledit transistor de puissance 12 et placer le niveau de charge à la valeur d’activation lo.
[0090] Après application du délai ÎMON par le module de filtrage 15, le module de contrôle 13 détecte la modification du niveau de charge et détermine l’état de contrôle pour qu’il corresponde à la valeur d’activation lo. Par exemple, l’état de contrôle prend la valeur haute (H ou 1). Respectivement, l’état de sortie activé peut prendre la valeur haute (H ou 1 ).
[0091] La deuxième étape est ensuite une étape de génération 120 de la ou des oscillations de relaxation. Les oscillations de relaxation sont des variations du courant I à travers la charge 20 externe. Les oscillations de relaxation sont produites par le module de relaxation 14 à l’occurrence du sur-courant. Chaque oscillation de relaxation est produite par l’enchaînement de deux sous-étapes 121 et 122.
[0092] La première sous-étape 121 est une étape d’activation du transistor de puissance 12 dans un mode de fonctionnement linéaire durant la durée d’activation TON. Pendant la durée d’activation TON, le niveau de charge est égal à la valeur limite im. La valeur limite him est imposée au courant I par le sous-module de limitation 14c. Le mode linéaire du transistor de puissance 12 est automatiquement activé par le transistor de limitation 17 à l’occurrence du sur-courant.
[0093] La deuxième sous-étape 122 est une étape d’ouverture du transistor de puissance 12 durant la durée de désactivation TOFF, après la durée d’activation TON. Par l’ouverture du transistor de puissance 12, le niveau de charge est nul durant la durée de désactivation TOFF. L’ouverture du transistor est effectuée par le module de relaxation 14, qui annule la sortie 16a de la porte logique 16.
[0094] La troisième étape est ensuite une étape de détection 130 d’une modification du niveau de charge et de modification de l’état de contrôle en fonction du niveau de charge modifié par le module de contrôle 13. La troisième étape 130 comprend également la transmission de l’état de contrôle au module de commande 11.
[0095] Lorsque la modification du courant I survient à l’occurrence du sur-courant, par le phénomène d’oscillations de relaxation, cette modification est transmise au module de contrôle 13 avec un retard égal au délai ÎMON. La modification du niveau de charge est donc détectée par le module de contrôle 13 après le délai ÎMON appliqué par le module de filtrage 15, et l’état de contrôle indiquant cette modification n’est donc déterminé qu’après ce délai ÎMON.
[0096] La quatrième étape est ensuite une étape de comparaison 140, par le module de commande 11 de l’état de contrôle, indiquant la modification du niveau de charge, avec l’état de sortie. La quatrième étape 140 comprend préalablement la réception de l’état de contrôle par le module de commande 11 .
[0097] La comparaison permet de déterminer si l’état de sortie et l’état de contrôle sont cohérents l’un avec l’autre. Il s’agit ici de vérifier que l’activation du transistor de puissance 12 est conforme à la commande électrique émise. Quatre cas de figure sont alors notamment possibles :
Si l’état de sortie indique qu’une commande est émise, et l’état de contrôle indique que le transistor est fermé, il y a cohérence entre l’état de sortie et l’état de contrôle ; Si l’état de sortie indique qu’une commande est émise, et si l’état de contrôle indique que le transistor est ouvert, il y a incohérence entre l’état de sortie et l’état de contrôle ;
Si l’état de sortie indique qu’une commande n’est pas émise, et si l’état de contrôle indique que le transistor est ouvert, il y a cohérence entre l’état de sortie et l’état de contrôle ;
Si l’état de sortie indique qu’une commande n’est pas émise, et si l’état de contrôle indique que le transistor est fermé, il y a incohérence entre l’état de sortie et l’état de contrôle ; cela peut, en outre, indiquer que le transistor de puissance 12 est en court-circuit à la masse ou que la charge 20 est court-circuitée à la masse.
[0098] La cinquième étape est ensuite une étape de désactivation 150 de l’état de contrôle par le module de commande 11 lorsque l’état de contrôle n’est pas cohérent avec l’état de sortie. Le module de commande 11 cesse alors d’émettre la commande électrique vers le transistor de puissance 12.
[0099] S’il y a cohérence entre l’état de sortie et l’état de contrôle, la quatrième étape 140 est périodiquement répété à la période de contrôle tRTc définie par le module d’horloge, jusqu’à détection de l’incohérence de l’état de sortie et de l’état de contrôle.
[00100] En outre, la comparaison de l’état de sortie avec l’état de charge peut être mise en œuvre à tout instant après l’émission de la commande électrique, indépendamment de l’occurrence du sur-courant. Ceci permet de vérifier que la commande émise a bien été prise en compte par le transistor de puissance 12 pour activer la fonctionnalité désirée. La comparaison de l’état de sortie avec l’état de charge est préférentiellement initialisée après le délai ÎMON, afin de prendre en compte un éventuel retard entre la transmission de la commande électrique et l’activation du transistor de puissance 12.
[00101] La comparaison de l’état de sortie avec l’état de charge peut également être périodiquement mise en œuvre, à la période de contrôle tRTc définie par le module d’horloge. [00102] Le module de commande 11 comprend en mémoire, par exemple dans sa mémoire non-volatile, des instructions qui, lorsqu’exécutées par son processeur, conduisent à la mise en œuvre de :
A la première étape 110, l’activation de l’état de sortie du module de commande 11 et l’émission de la commande électrique ;
A la quatrième étape 140, la réception de l’état de contrôle déterminé par le module de contrôle 13 lors de la troisième étape 130 ;
Toujours à la quatrième étape 140, la comparaison de l’état de contrôle avec l’état de sortie ; et
A la cinquième étape 150, la désactivation de l’état de sortie lorsque l’état de contrôle n’est pas cohérent avec l’état de sortie.
[00103] Sur la figure 5 est représenté un diagramme de l’évolution de l’état de sortie ECMD, de l’état de contrôle EMON et du courant I au cours du temps. Le diagramme est décomposé en plusieurs phases numérotées de (a) à (h). L’échelle de temps t utilisée n’est aucunement représentative du fonctionnement réel du système d’actionnement 10 et est utilisée ici à titre purement illustratif.
[00104] Durant la phase (a), antérieure à l’émission de la commande électrique de la première étape 110 :
L’état de sortie ECMD est à une valeur basse L,
L’état de contrôle EMON est à une valeur basse L, Et le courant I, donc le niveau de charge, est nul.
[00105] Au début de la phase (b), la commande électrique est émise, conformément à la première étape 110. La durée de la phase (b) correspond au délai ÎMON et durant cette phase :
L’état de sortie ECMD est à une valeur haute H,
L’état de contrôle EMON est à une valeur basse L,
Et le courant I, donc le niveau de charge, est à la valeur d’activation lo.
[00106] Si le sur-courant survient au cours de la phase (b), l’état de contrôle EMON reste à la valeur basse et l’état de sortie ECMD passera automatiquement à la valeur basse L, après détection de l’incohérence à la fin la période de contrôle IRTC. [00107] Au début de la phase (c), après le délai ÎMON imposé par le module de filtrage 15, la modification du niveau de charge, c’est-à-dire du courant I à la valeur d’activation lo, est détectée par le module de contrôle. Durant la phase (c) :
L’état de sortie ECMD est à une valeur haute H,
L’état de contrôle EMON est à une valeur haute H
Et le courant I, donc le niveau de charge, est à la valeur d’activation lo.
[00108] Au début de la phase (d), le sur-courant survient. Durant la phase (d) le module de relaxation 14 génère les oscillations de relaxation, conformément à la deuxième étape 120, pour protéger le système d’actionnement 10 d’un éventuel endommagement. La durée de la phase (d) est égale au délai ÎMON. Plusieurs oscillations de relaxation sont, dans cet exemple, générées à la période de relaxation durant la phase (d) et :
L’état de sortie ECMD est à une valeur haute H,
L’état de contrôle EMON est à une valeur haute H
Et le courant I, donc le niveau de charge, est à la valeur limite liim durant la durée d’activation TON et nul durant la durée de désactivation TOFF.
[00109] Si une seule oscillation de relaxation est générée, c’est-à-dire lorsque TOFF est très grand devant tRTc (TOFF » twc), alors le système disjonctera après la première oscillation après détection de l’incohérence, à la fin de la période de contrôle IRTC.
[00110] A la phase (e), les oscillations de relaxation se poursuivent et le module de contrôle 13 détecte la modification du niveau de charge après la période de contrôle tRTc, conformément à la troisième étape 130 :
L’état de sortie ECMD est à une valeur haute H,
L’état de contrôle EMON est à une valeur basse L,
Et le courant I, donc le niveau de charge, est à la valeur limite liim durant la durée d’activation TON et nul durant la durée de désactivation TOFF.
[00111] Au début de la phase (f), les oscillations de relaxation ont cessé et l’incohérence entre l’état de sortie et l’état de contrôle est détectée par le module de commande 11 , conformément aux quatrième et cinquième étapes 140 et 150. Le transistor de puissance 12 est alors ouvert. La phase (f) dure jusqu’à ce qu’une nouvelle commande électrique soit émise pour activer le transistor de puissance 12. Durant la phase (f) :
L’état de sortie ECMD est à une valeur basse L,
L’état de contrôle EMON est à une valeur basse L, Tl
Et le courant I, donc le niveau de charge, est nul.
[00112] Au début de la phase (g), une nouvelle commande électrique est émise et le système d’actionnement se comporte comme durant la phase (b). Durant la phase (h), l’état de sortie est modifié pour prendre en compte l’activation du transistor de puissance 12, de même qu’il en est pour la phase (c).
[00113] Un autre exemple de réalisation du système d’actionnement 10 est proposé sur la figure 6. L’application concerne à nouveau le calculateur moteur de type FADEC (en anglais, « Full Authority Digital Engine Control ») de l’hélicoptère. Dans ce mode de réalisation, le système d’actionnement 10 contrôle l’actionnement de son transistor de puissance 12 situé entre la tension de polarisation Vp et la charge 20 externe ; on parle ainsi de système d’actionnement électronique 10 à commande point chaud (en anglais, « Polarization Open >>).
[00114] Sur la figure 6, le système d’actionnement 10 comprend les modules précédemment cités (module de commande 11 , module de contrôle 13, module de relaxation 14 et module de filtrage 15) et le transistor de puissance 12. Le système 10 comprend également la porte logique de type « AND >> 16, un cinquième transistor 17a, un sixième transistor 17b, une septième résistance 18a, une huitième résistance 18b, une neuvième résistance 18c et la diode 19. Le transistor de puissance 12 est préférentiellement un PMOS (en anglais « p-channel metal-oxide-semiconductor >>, semiconducteur métal oxyde à p-canaux), pour faciliter la commande.
[00115] La porte logique 16 comprend une première entrée, une deuxième entrée et une sortie. La diode 19 comprend une anode et une cathode. Le cinquième et le sixième transistors 17a et 17b comprennent chacun une base B, un collecteur C et un émetteur E.
[00116] La première entrée de la porte logique 16 est reliée à la sortie CMD du module de commande 11. La deuxième entrée de la porte logique 16 est reliée au module de relaxation 14, et la sortie de la porte logique 16 est reliée à la base B du cinquième transistor 17a.
[00117] L’émetteur E du cinquième transistor 17a est relié à la masse.
[00118] Le module de relaxation 14 est, par ailleurs, relié à l’émetteur E du sixième transistor 17b.
[00119] Le collecteur du sixième transistor 17b est relié à la tension de polarisation Vp. [00120] La huitième résistance 18b est reliée à la liaison de la tension de polarisation Vp avec le sixième transistor 17b. La huitième résistance 18b est, par ailleurs, reliée au drain du transistor de puissance 12.
[00121] Le collecteur C du cinquième transistor 17a est relié à la neuvième résistance 18c, elle-même par ailleurs reliée à la grille du transistor de puissance 12. [00122] La source du transistor de puissance 12 est reliée à la charge 20 externe.
[00123] Le module de filtrage 15 est relié à la liaison du transistor de puissance 12 avec la charge 20 externe.
[00124] Le module de contrôle 13 est relié au module de filtrage 15, d’une part, et à l’entrée MON du module de commande 11 , d’autre part.
[00125] La diode 19 est placée en dérivation, de l’anode vers la cathode de ladite diode 19, entre l’émetteur E du sixième transistor 17b et la neuvième résistance 18c. [00126] La base B du sixième transistor est reliée à la liaison entre la huitième résistance 18b et le transistor de puissance 12.
[00127] La septième résistance 18a est en dérivation entre la cathode de la diode 19 et le drain D du transistor de puissance 12.
[00128] Dans ce mode de réalisation, la charge 20 externe est reliée à une tension de polarisation Vp lorsque le transistor est fermé et est isolée de la tension de polarisation Vp lorsque le transistor de puissance 12 est ouvert. Le module de relaxation 14 est donc situé entre la charge et la tension de polarisation.
[00129] Ainsi, en cas de court-circuit pendant la durée d’activation TON, le sixième transistor 17b passe en mode de fonctionnement linéaire et la grille du transistor de puissance 12 est polarisée par la tension de polarisation Vp, à travers le sixième transistor 17b et la diode 19. Ceci permet de maintenir le transistor de puissance 12 dans le mode de fonctionnement linéaire et de limiter le courant dans la charge 20 externe. Pendant ce temps, les oscillations de relaxation ont lieu. A la fin de la durée d’activation TON, la sortie de la porte logique 16 devient nulle et le transistor cinquième 17a est alors ouvert. Le transistor de puissance 12 est ainsi bloqué puisque la tension VGS entre sa source S et sa grille G est nulle. Ce mécanisme électrique permet de protéger automatiquement le module de commande 11 du sur-courant.
[00130] L’invention proposée présente donc le double avantage que le module de relaxation 14 occupe peu de volume dans le système d’actionnement 10 et que la disjonction est temporisée de façon précise tout en protégeant le système d’actionnement 10 pour qu’il ne soit pas impacté pas par le phénomène transitoire, évitant ainsi un faux déclenchement de la disjonction lié au sur-courant. De plus en cas de non-détection de l’incohérence, par exemple en cas de dysfonctionnement du module de surveillance 13 ou de commande électronique erronée, le système d’actionnement 10 reste protégé par les oscillations de relaxation générées par le module de relaxation 14. Enfin, en cas de dysfonctionnement du module de relaxation 14 entraînant la non-génération des oscillations de relaxation, le courant I circulant dans la charge est limité à la valeur Ilim. Le transistor 12 peut casser du fait de la surcharge non dissipée, isolant et protégeant alors le système d’actionnement 10 contre le sur-courant de la charge 20.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Système d’actionnement (10) électronique d’une charge électrique (20), le système d’actionnement (10) comportant :
- Un module de commande (11 ) configuré pour émettre une commande électrique ;
- Un transistor de puissance (12) configuré pour être actionné par le module de commande (11 ) au moyen de la commande électrique, afin de modifier un état d’activation ou de désactivation de la charge électrique (20) ;
- Un module de contrôle (13) configuré pour déterminer un signal d’état de contrôle en fonction de l’état d’activation ou de désactivation de la charge électrique (20), et pour transmettre le signal d’état de contrôle au module de commande (11 ) ;
- Un module de filtrage (15) configuré pour appliquer un délai (ÎMON) à une évaluation de l’état d’activation ou de désactivation de la charge par le module de contrôle (13), avant la détermination de l’état de contrôle par le module de contrôle (13) ; le système d’actionnement (10) étant caractérisé en ce qu’il comprend un module de relaxation (14) pour protéger le système d’actionnement (10) contre un sur-courant, le module de relaxation (14) étant configuré pour générer une ou plusieurs oscillations de relaxation les unes après les autres, chaque oscillation de relaxation étant produite, à occurrence du sur-courant, par :
- Activation du transistor de puissance (12) dans un mode de fonctionnement linéaire durant une durée d’activation (TON) déterminée par le module de relaxation (14) ; et
- Ouverture du transistor de puissance (12) durant une durée de désactivation (TOFF) déterminée par le module de relaxation (14), la durée de désactivation (TOFF) étant successive à la durée d’activation (TON).
[Revendication 2] Système (10) selon la revendication précédente, dans lequel le module de relaxation (14) comprend un circuit de limitation de courant permettant de limiter le courant de la charge (20) externe à une valeur prédéterminée pendant la durée d’activation (TON), et le module de commande (11 ) met en œuvre un algorithme de disjonction comprenant une étape de commande de disjonction du transistor de puissance (12), après une période d’actionnement (IRTC) prédéfinie, lorsque le signal d’état de contrôle indique une désactivation de la charge.
[Revendication 3] Système (10) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le module de commande (11 ) est en outre configuré pour :
- Modifier (110) un état de sortie du module de commande à partir de données de commande, l’état de sortie étant actif lorsque la commande électrique est émise et inactif lorsque la commande électrique n’est pas émise ;
- Recevoir le signal d’état de contrôle, de la part du module de contrôle (13) ;
- Comparer (140) l’état de contrôle avec l’état de sortie du module de commande ; et
- Si le signal d’état de contrôle indique la désactivation de la charge, et que la sortie du module de commande est à l’état actif, modifier (150) l’état de sortie du module de commande à l’état inactif.
[Revendication 4] Système (10) selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre un module d’horloge configuré pour actionner la comparaison de l’état de contrôle avec l’état de sortie du module de commande (11 ) de façon périodique à une période d’actionnement (IRTC) prédéfinie.
[Revendication 5] Système (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le module de relaxation (14) comprend un premier sous-module (14a) configuré pour déterminer la durée d’activation (TON), le premier sous- module (14a) comportant :
- Un transistor (T1 ), comprenant une commande (B) reliée à une ligne dépendant de tension de la commande du transistor de puissance (12), une première et une deuxième borne (C, E) ; - Une première résistance (R1 ) connectée entre la commande (B) et la première borne (C) du transistor (T1 ), une deuxième résistance (R2) reliée entre la deuxième borne (E) du transistor (T1) et un premier nœud et une quatrième résistance (R4) reliée entre le premier nœud et la masse ;
- Un bloc capacitif comprenant un premier condensateur (C1 ) relié entre le premier nœud et la masse ;
- Un générateur de tension (TG1 ) reliée entre la première résistance (R1 ) et le collecteur du transistor (T1 ) ;
- Une première porte inverseuse (INV1 ), comprenant une entrée reliée au premier nœud et une sortie reliée à un deuxième nœud.
[Revendication s] Système (10) selon la revendication précédente, dans lequel le module de relaxation (14) comprend un deuxième sous-module (14b) configuré pour déterminer la durée de désactivation (TOFF), le deuxième sous- module (14b) comportant :
- Une troisième résistance (R3) reliée entre le deuxième nœud et une sortie du premier sous-module (14a) ;
- Un quatrième transistor (T2), comprenant une commande (G), une première borne (D) reliée à une ligne de commande du transistor de puissance (12) pour shunter la commande électrique et une deuxième borne (S) reliée à la masse ;
- Une cinquième résistance (R5) reliée entre la commande (G) et le deuxième nœud,
- Une sixième résistance
(R6) reliée en parallèle au quatrième transistor (T2) ;
- Un troisième condensateur (03) relié entre le deuxième nœud et la masse ;
- Une diode (D1 ), comprenant une anode reliée au deuxième nœud et une cathode reliée à la sortie du premier sous-module (14a) ;
- Une deuxième porte inverseuse (INV2), comprenant une entrée reliée au deuxième nœud et une sortie reliée à la cinquième résistance (R5).
[Revendication 7] Dispositif électrique comprenant un système (10) selon l’une des revendications précédentes, et comprenant en outre une charge électrique (20), dans lequel le système (10) est situé entre la charge (20) et une masse, ou dans lequel le système (10) est situé entre la charge (20) et une tension de polarisation (Vp).
[Revendication 8] Aéronef comprenant le dispositif électrique selon la revendication 7.
[Revendication 9] Méthode (100) de protection d’un système d’actionnement (10) d’une charge (20) contre un sur-courant, le système d’actionnement (10) étant selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, la méthode (100) comprenant :
- Activation (110) d’un état de sortie du module de commande (11) et émission d’une commande électrique par le module de commande (11 ), la commande électrique étant produite à partir de données de commande, la commande électrique actionnant le transistor de puissance (12) pour fermer le transistor de puissance (12) et placer un niveau de charge associé à la charge électrique (20) à une valeur d’activation (lo) ;
- Génération (120) d’une ou plusieurs oscillations de relaxation, chaque oscillation de relaxation étant produite, à occurrence d’un sur-courant, par : o Activation (121 ) du transistor de puissance (12) dans un mode de fonctionnement linéaire durant une durée d’activation (TON), la durée d’activation (TON) étant déterminée par le module de relaxation (14), le niveau de charge étant égal à une valeur limite (him) durant la durée d’activation (TON) ; o Ouverture (122) du transistor de puissance (12) durant une durée de désactivation (TOFF) successive à la durée d’activation (TON), la durée de désactivation (TOFF) étant déterminée par le module de relaxation (14), le niveau de charge étant nul durant la durée de désactivation (TOFF) ; - Détection (130) d’une modification du niveau de charge par le module de contrôle (13) après un délai (ÎMON) appliqué par le module de filtrage (15), détermination d’un état de contrôle par le module de contrôle (13) en fonction du niveau de charge modifié, et transmission de l’état de contrôle au module de commande (11) via un signal d’état de contrôle ;
- Comparaison (140) par le module de commande (11) de l’état de contrôle avec l’état de sortie ; et
- Si le signal d’état de contrôle indique une désactivation de la charge, et que la sortie du module de commande est à l’état actif, modification de (150) l’état de sortie du module de commande à l’état inactif.
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