EP3888111B1 - Dispositif de protection pour un circuit électrique et circuit électrique équipé d'un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de protection pour un circuit électrique et circuit électrique équipé d'un tel dispositif Download PDF

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EP3888111B1
EP3888111B1 EP19806289.5A EP19806289A EP3888111B1 EP 3888111 B1 EP3888111 B1 EP 3888111B1 EP 19806289 A EP19806289 A EP 19806289A EP 3888111 B1 EP3888111 B1 EP 3888111B1
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EP
European Patent Office
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fuse
protection device
current
circuit
conductor
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EP19806289.5A
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German (de)
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EP3888111A1 (fr
Inventor
Thibaut CHAILLOUX
Antoine Gerlaud
Jean-François OEUVRARD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mersen France SB SAS
Original Assignee
Mersen France SB SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Mersen France SB SAS filed Critical Mersen France SB SAS
Publication of EP3888111A1 publication Critical patent/EP3888111A1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/10—Adaptation for built-in fuses
    • H01H9/106—Adaptation for built-in fuses fuse and switch being connected in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • H01H39/006—Opening by severing a conductor

Definitions

  • the present invention relates to a protection device for an electric circuit, as well as an electric circuit equipped with such a protection device.
  • FR-3 041 143-B1 describes a hybrid protection device comprising a fuse and a pyrotechnic circuit breaker, also called “pyroelectric switch” or “pyrotechnic switch” or “pyro-switch” in English, connected in parallel with each other.
  • An additional fuse connected in series with a power zone of the pyrotechnic circuit breaker generates an electrical voltage when it melts in the event of an electrical fault. This electrical voltage serves as a signal to actuate the pyrotechnic circuit breaker.
  • the protection device can thus be controlled autonomously.
  • the patent US-2008137253 Quoted by FR-3 041 143-B1 describes a hybrid protection device comprising a fuse and a pyrotechnic circuit breaker, connected in parallel with each other.
  • the parallel fuse will not fulfill its function of helping to open the circuit breaker, which may lead to the total loss of the function requested.
  • the document US 2017/330714 A1 discloses a protection device according to the preamble of claim 1.
  • the invention more particularly intends to remedy by proposing a new protection device for an electric circuit having increased reliability.
  • the invention relates to a protection device according to claim 1.
  • the diagnostic system makes it possible to detect a failure of the protection device capable of preventing the pyrotechnic switch from cutting off the current if necessary.
  • the invention also relates to an electric circuit configured to be powered by an electric current, the electric circuit being equipped with a protection device according to the invention.
  • an electric circuit 1 configured to be powered by an electric current I and equipped with a protection device 2.
  • the electric circuit 1 comprises a load 3 and is intended to be connected to a current source, not shown, direct or alternating depending on the load 3.
  • the protection device 2 is capable of opening the electric circuit 1 when the latter is traversed by a fault electric current.
  • a fault electric current is considered to be any electric current I having an intensity greater than or equal to a nominal current value I n , also called nominal current I n .
  • This nominal current value I n is defined as being the maximum value of the current expected to flow in the protection device 2 in normal operation. It is predetermined as a function of the nature of the electrical circuit 1.
  • the electrical fault current is defined as the sum I n +I d , where I d designates an overcurrent.
  • the maximum electric potential difference which can be applied between the terminals of the protection device 2 by supplying the load 3, without interruption by the protection device 2, is called nominal voltage value and denoted V n in what follows. This nominal voltage value is also determined according to the nature of the electrical circuit. The choice of the nominal current values I n and of the nominal voltage value V n depends on the nature of the load 3 to be protected.
  • the electrical fault current I d is, for example, an overload current or a short-circuit current and constitutes a risk for the load 3 of the electrical circuit 1.
  • the protection device 2 comprises a first conductor 4 and a second conductor 6.
  • the first conductor 4 forms an electrical current input conductor
  • the second conductor 6 forms an electrical current output conductor.
  • Load 3 is connected to the output conductor.
  • the conductors 4 and 6 are configured to connect the protection device 2 to the rest of the electric circuit 1 and thus for the passage of any electric current.
  • the electrical current I which circulates between the conductors 4 and 6 is less than or equal to the nominal current value I n and the voltage voltage across the terminals of conductors 4 and 6 is less than or equal to the nominal voltage value V n .
  • the protection device 2 also comprises a first fuse 8 and a second fuse 10 electrically connected in series between the conductors 4 and 6.
  • the first fuse 8 is connected to the output conductor 6, while the second fuse 10 is connected in series between the input conductor 4 and the first fuse 8.
  • Note 5 an intermediate conductor connecting the fuses 8 and 10 to each other, which is therefore inserted between the conductors 4 and 6.
  • a fuse is a dipole whose terminals are electrically connected together only by a conductive element which is capable of being destroyed, generally by fusion due to the Joule effect, when it is traversed by an electric current which exceeds a threshold value.
  • This threshold value is here called “cut-off current”.
  • the cut-off voltage of a fuse called “ rated voltage " in English, is here defined as being the value of electrical voltage across the terminals of the fuse from which the fuse cannot interrupt the flow of current when the element driver was destroyed.
  • a fuse is said to be “melted” when the conductive element has been destroyed and no electric arc can form given the values of the electric voltages present in the electric circuit 1 . It then forms an electrically open circuit through which no electric current can flow.
  • a fuse is said to be “melting” when the electric current passing through it has exceeded the cut-off current, causing the conductive element to begin to melt, but the electric voltage across it is greater than the cut-off voltage of this fuse, resulting in the appearance of an electric arc between its terminals. The electric arc continues as long as the fuse is melting.
  • the first and second fuses 8 and 10 have different ratings.
  • the breaking current I 8 of the first fuse 8 is markedly lower than the nominal value I n ,.
  • By “significantly” is meant that the cut-off current is at least four times, for example ten times or fifty times, lower than the nominal value I n .
  • This dimensioning is made possible by the fact that the first fuse 8 is not normally intended to be traversed by the rated current I n .
  • the breaking current I 10 of the second fuse 10 is equal, in practice to within 1% or 3%, to the nominal value I n .
  • the breaking current I 8 of the first fuse 8 is significantly lower than the breaking current I 10 of the second fuse 10.
  • the cut-off voltage V 8 of the first fuse 8 is equal, in practice to within 1% or 3%, to the nominal value V n .
  • the cut-off voltage V 10 of the second fuse 10 is significantly lower than the nominal value V n .
  • the cut-off voltage is at least four times, for example five times or ten times, lower than the nominal value V n .
  • the cut-off voltage V 10 of the second fuse 10 is significantly lower than the cut-off voltage V 8 of the first fuse 8.
  • the protection device 2 also includes a pyroelectric switch 12 and a control circuit 14.
  • the pyroelectric switch 12 is connected in parallel to the first fuse 8 between the intermediate conductor 5 and the output conductor 6.
  • the pyroelectric switch 12 comprises a first zone 16 and a second zone 18.
  • the first zone 16 is called the control zone and is capable of receiving a trigger signal S.
  • the second zone 18 is called the power zone.
  • the power zone 18 is the part of the pyroelectric switch 12 electrically connected in parallel to the first fuse 8. It is configured for the passage of the electric current I which supplies the electric circuit 1.
  • the power zone 18 has a electrical resistance which is much lower than that of the first fuse 8, for example at least ten times lower.
  • the second fuse 10 begins to melt and an electric arc A, as visible at picture 2 , begins to appear between its bounds.
  • the part of electric current which crosses the first fuse 8 does not have an intensity sufficient to trigger the melting of the first fuse 8.
  • the second fuse 10 is sized and arranged to begin to melt before the first fuse 8.
  • the control zone 16 of the pyroelectric switch 12 comprises a resistor 20 able to heat up when an electric current passes through it.
  • the pyroelectric switch also comprises an explosive agent, not shown, for example an explosive powder, and a cut-off element, such as a piston or a guillotine.
  • the cut-off element which is not shown, is made of an electrically insulating material, for example plastic. It is able to cut the power zone 18.
  • the resistor 20 of the control zone 16 is crossed by an electric current, the resistor 20 heats up and triggers the detonation of the explosive agent which causes the element to tip over. from a first position where it is away from the power zone 18 to a second position where it cuts the power zone 18 so as to interrupt the passage of electric current in the electric circuit 1.
  • the control circuit 14 is configured to generate and transmit the trigger signal S to the control zone 16 of the pyroelectric switch 12.
  • the control circuit 14 is connected between the second fuse 10 and the control zone 16.
  • the trigger signal S produced by the control circuit 14 is an electric trigger current I s which is transmitted to the control zone 16.
  • the trigger current I s passes through the resistor 20 and triggers the pyroelectric switch 12 .
  • control circuit 14 may comprise one or more active and/or passive electrical components for the generation and transmission of the trigger signal S.
  • the control circuit 14 does not comprise an internal power source. .
  • the control circuit 14 comprises a potentiometer capable of controlling the trigger current I s transmitted to the pyroelectric switch 12.
  • the potentiometer is configured to modulate the intensity of the electric current I s which is supplied to the control zone 16 of the pyroelectric switch 12.
  • the potentiometer of the control circuit 14 is configured to control the opening speed of the pyroelectric switch 12.
  • the protection device 2 is configured to be in different configurations C1, C2, C3, and C4, namely a closing configuration C1, a first intermediate configuration C2, a second intermediate configuration C3 and an opening configuration C4.
  • the electric current I which supplies the electric circuit 1 is less than the nominal current I n and therefore the first and second fuses 8 and 10 are not melted.
  • the electric current I which supplies the electric circuit 1 is greater than the threshold value I n .
  • the second fuse 10 then begins to melt, and the electric arc A appears between its terminals.
  • This electric arc A causes the appearance of an electric supply voltage V, which is then supplied to the control circuit 14.
  • the cut-off voltage V 10 of the second fuse 10 is chosen so that the electric arc A remains present between its terminals while it is melting, as long as the current I flows.
  • the pyroelectric switch 12 is triggered and the first fuse 8 is closed.
  • the control circuit 14, powered by the voltage V elaborates from this voltage V and transmits the trigger signal S, in the form of the current I s , to the electrical resistor 20 of the control zone 16, by triggering the pyroelectric switch 12 which quickly opens the power zone 18.
  • the electric current I passes through the first fuse 8.
  • the first and second fuses 8 and 10 are melted. Indeed, from the moment when the second intermediate configuration C3 is reached, the electrical fault current causes the melting of the first fuse 8 after a predetermined period of time, of the order of a few milliseconds (ms) which depends on the characteristics of the first fuse 8. Since the value of the cut-off current I 8 of the first fuse 8 is chosen to be significantly lower than the value of the nominal current I n , the first fuse 8 melts very quickly when the current I passes through it. cutoff V 8 of the first fuse being equal to the nominal value V n , the fuse melts quickly and the electric arc across its terminals does not remain established for long, unlike the second fuse 10.
  • the control circuit 14 is represented as a "box" connected between the second fuse 10 and the control zone 16.
  • the control circuit 14 is represented by an electrical resistor 140, for the reasons developed below.
  • the electric resistor 140 is subjected to the supply voltage V generated across the terminals of the second fuse 10.
  • the value of the resistor 20 is less than ten times or one hundred times the value of the resistor 140. It is therefore the value of the resistor 140 which sizes the value of the current I s transmitted to the control zone 16.
  • the latter can be represented electrically by a simple resistor 140 in an electrical diagram, as is the case with figures 2 to 4 .
  • electrical resistor 140 is electrically connected in series with electrical resistor 20.
  • the assembly formed by resistor 20 and resistor 140 is electrically connected in parallel with the second fuse.
  • a method for protecting electrical circuit 1, equipped with protective device 2 is implemented when an electrical current I greater than nominal current I n occurs in electrical circuit 1 and passes through protective device 2.
  • the overcurrent I d is strictly greater than zero.
  • the protection device 2 is in the closing configuration C1, since the electric current I supplies the electric circuit 1 and the first and second fuses 8 and 10 are not melted. The protection method is described below.
  • a fault occurs in the power supply of the electric circuit 1 and the electric current passes through the protection device 2. Because of the electric current, and within an interval of time predetermined by the caliber of the second fuse 10, the second fuse 10 begins to melt and the electric arc A settles across the terminals of the second fuse 10. As mentioned above, the second fuse 10 is sized so that the electric arc A remains present between its terminals while it is melting, as long as the current I is present, which generates the supply voltage V and ensures the passage of the current. This voltage V is used to supply the control circuit 14. At the end of step a), the protection device 2 is in its first intermediate configuration C2 where the second fuse 10 is melting and the voltage d power V is supplied to the control circuit 14.
  • the control circuit 14 is a passive circuit, the supply voltage V supplied by the second fuse 10 represents the only power source of the circuit of control 14 necessary for the operation thereof.
  • the method comprises the melting of the second fuse 10 caused by the electric current I greater than I n and the supply of the control circuit 14.
  • the method then includes a step b) in which the control circuit 14 generates the trigger signal S, which corresponds to the electric trigger current I s . Then, the control circuit 14 transmits this trigger current I s to the pyroelectric switch 12, in particular to the control zone 16 of the pyroelectric switch 12. Since the electric arc A is always present at the terminals of the second fuse 10, the fault electric current I d still passes through the power zone 18 of the pyroelectric switch 12.
  • the method comprises the transmission, using the control circuit 14, of the trigger signal S to the pyroelectric switch 12.
  • the method comprises a step c) which comprises the triggering of the pyroelectric switch 12 and the breaking of the power zone 18 of the pyroelectric switch 12.
  • the electric current I s passes through the electric resistor 20 of the control zone 16 which heats up and triggers the detonation of the explosive agent of the pyroelectric switch 12.
  • the detonation of the explosive agent causes the breaking element to switch from its first position to its second position so as to cut off the power zone 18 of the pyroelectric switch 12.
  • the protection device 2 is in its second intermediate configuration C3 where the pyroelectric switch 12 is triggered, the power zone 18 is open and the first fuse 8 is still closed.
  • the method includes a step d) in which the electric current passes through the first fuse 8, since the power zone 18 of the pyroelectric switch 12 is open.
  • the first fuse 8 being undersized compared to the second fuse 10, the first fuse 8 melts quickly because of the electric current.
  • the protection device 2 ensures the opening of the electric circuit 1, since no electric arc occurs. installed at the terminals of zone 18 of switch 12.
  • An electric arc may appear at the terminals of the first fuse 8 when it melts, but it is quickly extinguished because the cut-off voltage of this first fuse 8 is of the same order of magnitude of the nominal voltage V n .
  • the electric circuit opens and the current I no longer flows. Arc A is extinguished in turn, and the second fuse 10 melts completely.
  • the protection device 2 is then in its open configuration C4 where the first and second fuses 8 and 10 are melted.
  • the protection device 2 comprises two pyroelectric switches similar to the pyrotechnic switch 12.
  • the two pyroelectric switches are connected in parallel to the first fuse 8 between the input conductor 4 and the conductor output 6.
  • each pyroelectric switch comprises an electrical resistor 20.
  • the electrical resistors are in parallel and are thus traversed by a part of the triggering electric current I s which causes the heating of these resistors, as explained above.
  • the protection device 2 comprises three or more pyroelectric switches connected in parallel.
  • each pyroelectric switch is configured to cut off a fault electric current I d having an intensity of 200 amps.
  • the protection device 2 is capable of breaking an electric current I having a total intensity of 400 amperes.
  • load 3 is electrically connected to first conductor 4. Electric current 1 then flows from second conductor 6 to first conductor 4 under normal operating conditions.
  • the device 2 further comprises a diagnostic system 30 comprising at least one sensor, for example to measure the current which circulates in the pyrotechnic switch 12, in particular the current which circulates in the fuse 8, and an electronic processing unit programmed to detect a failure of the protection device according to the current values measured.
  • the diagnostic system 30 comprises a first sensor 32 for measuring the current Is which flows in the control zone 16 and a second sensor 34 for measuring the current I which flows in the power zone 18.
  • electronic processing unit is programmed to compare the current values measured by the first sensor 32 and the second sensor 34 and to detect a failure of the protection device 2 according to the current values measured.
  • the system 30 comprises a sensor 32 for measuring the current flowing in the fuse 8.
  • the system 30 may additionally comprise a sensor 34 which measures the current flowing in the control zone 16.
  • the operation of the protection device 2 as described above with reference to the figure 1 to 5 is independent of the positioning of the sensors 32 and 34 and that the description which has been made of it can be transposed to the other embodiments in which the sensor(s) of the diagnostic system 30 are arranged differently.
  • At least one sensor 34 of the diagnostic system 30 is arranged to measure the current in the fuse 8, for example by being connected in series with the fuse 8.
  • the diagnostic system 30 can then comprise one or more additional sensors 32 which can be connected with the breaking component 12, for example with the control zone 16 as illustrated in the figure 3 And 6 and/or with power zone 18 and/or with fuse 10.
  • the diagnostic system 30 makes it possible to detect the appearance of a failure that may affect the proper functioning of the protection device 2, such as for example the failure of the control zone 16, a failure of the fuse 10, a failure of the fuse 8 associated with the cut-off component 12, or the accidental breaking of one of the connectors.
  • the value of the current Is measured by the sensor 34 is linked to the value of the current I measured by another sensor.
  • these two current values I and Is are linked by a proportionality relationship which is a function of the temperature of the protection device 2.
  • a failure is present in the protection device 2 if the value of the current Is measured by the sensor 34 is zero while the value of the current I measured by the other sensor is not zero.
  • the diagnostic system comprises a first electronic processing unit 36 which is connected to a second remote electronic processing unit 38, via a data link 40.
  • the second processing unit 38 is for example configured to, upon receipt of a signal indicating a failure, trigger safety measures for the circuit 1, such as for example disconnecting the electrical source supplying the circuit 1 or disconnecting the electrical load 3 , for example by means of a contactor or a switch, not shown.
  • the first sensor 32 and the second sensor 34 are both connected to the first processing unit 36.
  • the comparison and the detection of a failure are carried out by the first processing unit 36.
  • the first processing unit processing unit 36 is also programmed to send a fault detection signal to second processing unit 38 via bus 40.
  • the first sensor 32 is connected to the first processing unit 36.
  • the second sensor 34 is connected to the second processing unit 38.
  • the comparison and the detection of a failure are carried out by the second processing unit 36.
  • the first processing unit 36 is also programmed to transmit the current value measured by the current sensor to which it is connected to second processing unit 38 via bus 40.
  • sensors 32 and/or 34 are current sensors.
  • the current sensors 32 and/or 34 are Hall effect type sensors or inductive effect sensors or current transformers.
  • the sensors 32 and/or 34 include a voltage sensor which measures the electric voltage across the terminals of a resistor.
  • the sensors 32 and/or 34 include a current injection device including a coil surrounding the branch of the circuit in which the current to be measured flows, the device being capable of injecting into the branch, by means of the coil, an electric current having a predefined shape (eg a pulse or a sinusoidal signal).
  • the device comprises a second coil surrounding said branch and making it possible to measure the total current flowing in said branch, and a processing circuit makes it possible to automatically determine the value and/or the form of the signal of the current to be measured flowing in said branch.
  • the measurement of the current I by the system 30 is carried out indirectly, by measuring the electrical properties of the load 3.
  • the corresponding sensor is not associated with an electrical conductor of the circuit 1 but, on the contrary , is associated with load 3.
  • the second sensor 34 is then not necessarily a current sensor.
  • the processing units 36 and 38 comprise for example a dedicated electronic circuit and/or a programmable microcontroller.
  • the data link 40 is a wired link, for example a field bus such as a CAN bus or a LIN bus, or even a wireless link.
  • the various components of the diagnostic system 30 can be integrated into the same box.
  • At least some of the components of the diagnostic system 30 can be integrated into a single electronic element, such as an ASIC-type integrated circuit.
  • the diagnostic system 30 described above is modified so that the second sensor 34 is arranged to measure the current flowing through the first fuse 8.
  • the electronic processing unit is always programmed to compare the current values measured by the first sensor 32 and the second sensor 34 and to detect a failure of the protection device 2 according to the current values measured, but can be based on a calculation formula different from that described. Thus, it is not necessary to measure the current which circulates in the power zone 18.
  • an additional sensor similar to the second sensor 34 can be arranged to measure the current flowing through the second fuse 10. This makes it possible to determine whether the second fuse 10 is still electrically conductive and circuit 14 is still able to be powered by the voltage V supplied by the second fuse 10.
  • the diagnostic system includes a single sensor 32 or 34 to measure the current.
  • the sensor 32 or 34 is arranged to measure the current flowing through the fuse 8.
  • the electronic processing unit 36, 38 is programmed to detect a failure of the protection device 2 on the basis of the current values measured by the single sensor 32 or 34.
  • a diagnostic system similar to the diagnostic system 30 can be used in the embodiments of the protection device 2 comprising several cut-off components 12.
  • an implementation of the protection device 2 comprises two pyroelectric switches 12A, 12B whose respective power zones 18 are connected in series with the second fuse 10 between the first conductor 4 and the second conductor 6.
  • the diagnostic system 30 comprises then at least two sensors, for example analogous to sensor 32, each of the two sensors being arranged to measure the current flowing in the control zone of one of the two pyrotechnic switches.
  • the electronic processing unit is programmed to compare the current values measured by the two sensors in order to detect a failure of the protection device 2. This variant can be transposed to the case where the device 2 comprises more than two switches pyroelectric.
  • an alternative implementation of the protection device 2 comprises two pyroelectric switches 12A, 12B whose respective power zones 18 are connected in parallel to the first fuse 8 between the first conductor 4 and the second conductor 6.
  • the diagnostic system 30 then comprises at least two sensors, for example analogous to sensor 32, each of the two sensors being associated with one of the two pyrotechnic switches. For example, each of said sensors is arranged to measure the current flowing in the control zone of one of the two pyrotechnic switches.
  • the diagnostic system 30 may comprise a temperature sensor, preferably installed near or in contact with the device 2.
  • the unit processing electronics is programmed to correct the current measurements supplied by the or each sensor 32 and/or 34 as a function of the measured temperature.
  • a cut-off component 12 different from a pyrotechnic switch 12 such as a power switch controllable by an actuation signal.
  • the pyrotechnic switch 12 can be replaced by an electronic cut-off component 12 such as a circuit breaker or a contactor.
  • the power zone 18 corresponds to a breaking zone with separable contacts
  • the control zone 16 corresponds to a trigger mechanism capable of being controlled by an electric voltage to open the contacts of the power zone 18.
  • cut-off component 12 comprises a power transistor, control zone 16 then corresponding to a control electrode of the transistor, such as the gate of the transistor.
  • the second fuse 10 can be omitted.
  • the control circuit 14 can be omitted.
  • the trigger signal S of the cut-off component 12 is then generated by an external control circuit, or by the diagnostic system 30.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un dispositif de protection pour un circuit électrique, ainsi qu'un circuit électrique équipé d'un tel dispositif de protection.
  • Dans le domaine de protection d'un circuit électrique, FR-3 041 143-B1 décrit un dispositif de protection hybride comportant un fusible et un coupe-circuit pyrotechnique, aussi nommé « interrupteur pyroélectrique » ou « interrupteur pyrotechnique » ou bien « pyroswitch » en anglais, connectés en parallèle entre eux. Un fusible additionnel connecté en série avec une zone de puissance du coupe-circuit pyrotechnique génère une tension électrique lorsqu'il fond en cas de défaut électrique. Cette tension électrique sert de signal pour actionner le coupe-circuit pyrotechnique. Le dispositif de protection peut ainsi être commandé de façon autonome. Le brevet US-2008137253 cité par FR-3 041 143-B1 décrit un dispositif de protection hybride comportant un fusible et un coupe-circuit pyrotechnique, connectés en parallèle entre eux. Toutefois, il existe un risque qu'en cas de défaillance, le fusible parallèle ne remplisse pas sa fonction d'aide à l'ouverture du coupe-circuit, ce qui peut conduire à la perte totale de la fonction demandée. De plus, le document US 2017/330714 A1 divulgue un dispositif de protection selon le préambule de la revendication 1.
  • C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un nouveau dispositif de protection pour un circuit électrique présentant une fiabilité accrue.
  • Dans cet esprit, l'invention concerne un dispositif de protection selon la revendication 1.
  • Grâce à l'invention, le système de diagnostic permet de détecter une défaillance du dispositif de protection susceptible d'empêcher l'interrupteur pyrotechnique de couper le courant en cas de nécessité.
  • Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel dispositif de protection comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises selon toute combinaison techniquement admissible :
    • le dispositif de protection comporte en outre : un circuit de commande configuré pour élaborer et transmettre le signal de déclenchement à la zone de commande du composant de coupure ; un deuxième fusible raccordé en série entre le premier conducteur et le premier fusible et apte à fournir une tension d'alimentation au circuit de commande, le circuit de commande étant raccordé entre le deuxième fusible et la zone de commande du composant de coupure ;
    • le système de diagnostic comporte un capteur additionnel agencé pour mesurer le courant qui circule dans la zone de puissance du composant de coupure ;
    • le système de diagnostic comporte un capteur additionnel agencé pour mesurer le courant qui circule au travers du deuxième fusible ;
    • le système de diagnostic comporte un capteur additionnel agencé pour mesurer le courant qui circule au travers de la zone de commande du composant de coupure ;
    • le dispositif de protection comprend au moins deux composants de coupure dont les zones de puissance respectives sont raccordées en série avec le deuxième fusible entre le premier conducteur et le second conducteur, le système de diagnostic comprenant au moins deux capteurs additionnels, chacun agencé pour mesurer le courant qui circule dans la zone de commande d'un des composants de coupure ;
    • le dispositif de protection comprend au moins deux composants de coupure raccordés en parallèle au premier fusible entre le premier conducteur et le second conducteur, le système de diagnostic comprenant au moins deux capteurs additionnels, chacun agencé pour mesurer le courant qui circule dans la zone de commande d'un des composants de coupure ;
    • le système de diagnostic comporte en outre une sonde de température et alors que l'unité électronique de traitement est programmée pour corriger les mesures de courant fournies par le ou chaque capteur en fonction de la température mesurée ;
    • l'unité électronique de traitement du système de diagnostic est connectée au circuit de commande et est en outre programmée pour générer un signal de déclenchement du composant de coupure lorsqu'elle détecte une défaillance du dispositif de protection ;
    • le composant de coupure est un interrupteur pyrotechnique.
  • L'invention concerne également un circuit électrique configuré pour être alimenté par un courant électrique, le circuit électrique étant équipé d'un dispositif de protection conforme à l'invention.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, d'un dispositif de protection, d'un circuit électrique et d'un procédé conformes à l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
    • [Fig 1] La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de protection conforme à l'invention et d'un circuit électrique comportant ce dispositif de protection ;
    • [Fig 2] La figure 2 est une représentation schématique du dispositif de protection à la figure 1, lorsqu'un deuxième fusible est fondu ;
    • [Fig 3] La figure 3 est une représentation analogue à la figure 2, lorsque le coupe-circuit pyrotechnique est ouvert ;
    • [Fig 4] La figure 4 est une représentation analogue à la figure 3, lorsqu'un premier fusible est fondu ;
    • [Fig 5] La figure 5 est un schéma blocs d'un procédé de protection conforme à l'invention ; et
    • [Fig 6] La figure 6 est une représentation analogue à la figure 1, pour un dispositif de protection et un circuit conformes à un deuxième mode de réalisation de l'invention.
  • À la figure 1, est représenté un circuit électrique 1 configuré pour être alimenté par un courant électrique I et équipé d'un dispositif de protection 2. Le circuit électrique 1 comprend une charge 3 et est destiné à être raccordé à une source non représentée de courant, continu ou alternatif en fonction de la charge 3. Le dispositif de protection 2 est apte à ouvrir le circuit électrique 1 lorsque celui-ci est traversé par un courant électrique de défaut. On considère un courant électrique de défaut tout courant électrique I ayant une intensité supérieure ou égale à une valeur nominale de courant In, aussi nommée courant nominal In. Cette valeur nominale de courant In est définie comme étant la valeur maximale du courant prévu pour circuler dans le dispositif de protection 2 en fonctionnement normal. Elle est prédéterminée en fonction de la nature du circuit électrique 1. Ainsi, dans la description qui va suivre, le courant électrique de défaut est défini comme la somme In + Id, où Id désigne un surcourant. La différence de potentiel électrique maximale qui peut être appliquée entre les bornes du dispositif de protection 2 en alimentant la charge 3, sans coupure par le dispositif de protection 2, est nommée valeur nominale de tension et notée Vn dans ce qui suit. Cette valeur nominale de tension est également déterminée en fonction de la nature du circuit électrique. Le choix des valeurs de courant nominal In et de la valeur nominale de tension Vn dépend de la nature de la charge 3 à protéger.
  • Le courant électrique de défaut Id est, par exemple, un courant de surcharge ou un courant de court-circuit et constitue un risque pour la charge 3 du circuit électrique 1. Le dispositif de protection 2 comprend un premier conducteur 4 et un second conducteur 6. Dans cet exemple, le premier conducteur 4 forme un conducteur d'entrée du courant électrique, et le second conducteur 6 forme un conducteur de sortie du courant électrique. La charge 3 est raccordée au conducteur de sortie. Les conducteurs 4 et 6 sont configurés pour raccorder le dispositif de protection 2 au reste du circuit électrique 1 et ainsi pour le passage de tout courant électrique. En régime de fonctionnement normal, c'est-à-dire en l'absence de courant électrique de défaut, le courant électrique I qui circule entre les conducteurs 4 et 6 est inférieur ou égal à la valeur nominale de courant In et la tension électrique aux bornes des conducteurs 4 et 6 est inférieure ou égale à la valeur nominale de tension Vn.
  • Le dispositif de protection 2 comprend également un premier fusible 8 et un deuxième fusible 10 raccordés électriquement en série entre les conducteurs 4 et 6. Le premier fusible 8 est raccordé au conducteur de sortie 6, alors que le deuxième fusible 10 est raccordé en série entre le conducteur d'entrée 4 et le premier fusible 8. On note 5 un conducteur intermédiaire reliant les fusibles 8 et 10 entre eux, qui est donc intercalé entre les conducteurs 4 et 6.
  • De façon connue, un fusible est un dipôle dont les bornes sont raccordées électriquement entre elles uniquement par un élément conducteur qui est apte à être détruit, généralement par fusion due à l'effet Joule, lorsqu'il est traversé par un courant électrique qui dépasse une valeur seuil. Cette valeur seuil est ici nommée « courant de coupure ». La tension de coupure d'un fusible, nommée « rated voltage » en langue anglaise, est ici définie comme étant la valeur de tension électrique aux bornes du fusible à partir de laquelle le fusible ne peut pas interrompre le passage du courant lorsque l'élément conducteur a été détruit. Lorsqu'un fusible a commencé à fondre, si une tension supérieure à cette tension de coupure est appliquée entre ses bornes, alors un arc électrique se forme entre ces bornes et y perdure, autorisant la circulation d'un courant électrique.
  • Dans ce qui suit, un fusible est dit être « fondu » lorsque l'élément conducteur a été détruit et qu'aucun arc électrique ne peut se former compte tenu des valeurs des tensions électriques présentes dans le circuit électrique 1. Il forme alors un circuit électriquement ouvert au travers duquel aucun courant électrique ne peut circuler. Un fusible est dit être « en train de fondre » lorsque le courant électrique le traversant a dépassé le courant de coupure, entraînant un début de fusion de l'élément conducteur, mais que la tension électrique à ses bornes est supérieure à la tension de coupure de ce fusible, entraînant l'apparition d'un arc électrique entre ses bornes. L'arc électrique perdure tant que le fusible est en train de fondre.
  • Les premier et deuxième fusibles 8 et 10 ont des calibres différents. En particulier, le courant de coupure I8 du premier fusible 8 est nettement inférieur à la valeur nominale In,. Par « nettement », on entend que le courant de coupure est au moins quatre fois, par exemple dix fois ou cinquante fois inférieur à la valeur nominale In. Ce dimensionnement est rendu possible par le fait que le premier fusible 8 n'est normalement pas destiné à être traversé par le courant nominal In. Le courant de coupure I10 du deuxième fusible 10 est égal, en pratique à 1% ou 3% près, à la valeur nominale In. Ainsi, le courant de coupure I8 du premier fusible 8 est nettement inférieur au courant de coupure I10 du deuxième fusible 10.
  • La tension de coupure V8 du premier fusible 8 est égale, en pratique à 1% ou 3% près, à la valeur nominale Vn. La tension de coupure V10 du deuxième fusible 10 est nettement inférieure à la valeur nominale Vn. Par « nettement », on entend que la tension de coupure est au moins quatre fois, par exemple cinq fois ou dix fois inférieure à la valeur nominale Vn. Ainsi, la tension de coupure V10 du deuxième fusible 10 est nettement inférieure à la tension de coupure V8 du premier fusible 8.
  • Le dispositif de protection 2 comprend également un interrupteur pyroélectrique 12 et un circuit de commande 14.
  • L'interrupteur pyroélectrique 12 est raccordé en parallèle au premier fusible 8 entre le conducteur intermédiaire 5 et le conducteur de sortie 6. L'interrupteur pyroélectrique 12 comporte une première zone 16 et une deuxième zone 18.
  • La première zone 16 est dite zone de commande et est apte à recevoir un signal de déclenchement S. La deuxième zone 18 est dite zone de puissance.
  • La zone de puissance 18 est la partie de l'interrupteur pyroélectrique 12 électriquement raccordée en parallèle au premier fusible 8. Elle est configurée pour le passage du courant électrique I qui alimente le circuit électrique 1. En particulier, la zone de puissance 18 présente une résistance électrique qui est largement inférieure à celle du premier fusible 8, par exemple au moins dix fois inférieure. Ainsi, lorsque le courant électrique I traverse le dispositif de protection 2, on peut considérer qu'un tel courant électrique traverse le deuxième fusible 10 et la zone de puissance 18 de l'interrupteur pyroélectrique 12, puisque seulement une partie négligeable du courant électrique traverse le premier fusible 8.
  • En pratique, dans le cas où un courant électrique supérieur au courant nominal In traverse le dispositif de protection 2, le deuxième fusible 10 commence à fondre et un arc électrique A, comme visible à la figure 2, commence à apparaître entre ses bornes. La partie de courant électrique qui traverse le premier fusible 8 n'a pas une intensité suffisante pour déclencher la fusion du premier fusible 8. Ainsi, le deuxième fusible 10 est dimensionné et disposé pour commencer à fondre avant le premier fusible 8.
  • La zone de commande 16 de l'interrupteur pyroélectrique 12 comporte une résistance 20 apte à chauffer lorsqu'elle est traversée par un courant électrique. De façon connue en soi, l'interrupteur pyroélectrique comporte également un agent explosif non représenté, par exemple une poudre explosive, et un élément de coupure, tel qu'un piston ou une guillotine. L'élément de coupure, qui n'est pas représenté, est réalisé en matériau électriquement isolant, par exemple en plastique. Il est apte à couper la zone de puissance 18. En pratique, lorsque la résistance 20 de la zone de commande 16 est traversée par un courant électrique, la résistance 20 chauffe et déclenche la détonation de l'agent explosif qui fait basculer l'élément de coupure d'une première position où il est éloigné de la zone de puissance 18 à une deuxième position où il coupe la zone de puissance 18 de façon à interrompre le passage de courant électrique dans le circuit électrique 1.
  • Le circuit de commande 14 est configuré pour élaborer et transmettre le signal de déclenchement S à la zone de commande 16 de l'interrupteur pyroélectrique 12. Le circuit de commande 14 est raccordé entre le deuxième fusible 10 et la zone de commande 16. En pratique, le signal de déclenchement S élaboré par le circuit de commande 14 est un courant électrique Is de déclenchement qui est transmis à la zone de commande 16. Ainsi, le courant de déclenchement Is traverse la résistance 20 et déclenche l'interrupteur pyroélectrique 12.
  • De façon connue, le circuit de commande 14 peut comporter un ou plusieurs composants électriques actifs et/ou passifs pour la génération et la transmission du signal de déclenchement S. En particulier, le circuit de commande 14 ne comporte pas de source d'alimentation interne.
  • Selon une variante qui n'est pas représentée aux figures, le circuit de commande 14 comporte un potentiomètre apte à contrôler le courant de déclenchement Is transmis à l'interrupteur pyroélectrique 12. En pratique, le potentiomètre est configuré pour moduler l'intensité du courant électrique Is qui est fourni à la zone de commande 16 de l'interrupteur pyroélectrique 12. Ainsi, le potentiomètre du circuit de commande 14 est configuré pour contrôler la vitesse d'ouverture de l'interrupteur pyroélectrique 12.
  • Ainsi, le dispositif de protection 2 est configuré pour être dans différentes configurations C1, C2, C3, et C4, à savoir une configuration de fermeture C1, une première configuration intermédiaire C2, une deuxième configuration intermédiaire C3 et une configuration d'ouverture C4.
  • Dans la configuration de fermeture C1 représentée à la figure 1, le courant électrique I qui alimente le circuit électrique 1 est inférieur au courant nominal In et donc les premier et deuxième fusibles 8 et 10 ne sont pas fondus.
  • Dans la première configuration intermédiaire C2 représentée à la figure 2, le courant électrique I qui alimente le circuit électrique 1 est supérieur à la valeur de seuil In. Le deuxième fusible 10 commence alors à fondre, et l'arc électrique A apparaît entre ses bornes. Cet arc électrique A cause l'apparition d'une tension électrique d'alimentation V, qui est alors fournie au circuit de commande 14. En effet, la tension de coupure V10 du deuxième fusible 10 est choisie de façon à ce que l'arc électrique A reste présent entre ses bornes pendant qu'il est en train de fondre, tant que le courant I circule.
  • Dans la deuxième configuration intermédiaire C3 représentée à la figure 3, l'interrupteur pyroélectrique 12 est déclenché et le premier fusible 8 est fermé. Le circuit de commande 14, alimenté par la tension V, élabore à partir de cette tension V et transmet le signal de déclenchement S, sous la forme du courant Is, à la résistance électrique 20 de la zone de commande 16, en déclenchant l'interrupteur pyroélectrique 12 qui ouvre rapidement la zone de puissance 18. Ainsi, le courant électrique I traverse le premier fusible 8.
  • Dans la configuration d'ouverture C4 représentée à la figure 4, les premier et deuxième fusibles 8 et 10 sont fondus. En effet, à partir du moment où on atteint la deuxième configuration intermédiaire C3, le courant électrique de défaut provoque la fusion du premier fusible 8 après une période de temps prédéterminée, de l'ordre de quelques millisecondes (ms) qui dépend des caractéristiques du premier fusible 8. Comme la valeur du courant de coupure I8 du premier fusible 8 est choisie nettement inférieure à la valeur du courant nominal In, le premier fusible 8 fond très vite lorsqu'il est traversé par le courant I. La tension de coupure V8 du premier fusible étant égale à la valeur nominale Vn, le fusible fond rapidement et l'arc électrique à ses bornes ne reste pas établi longtemps, contrairement au deuxième fusible 10.
  • À la figure 1, le circuit de commande 14 est représenté comme un « boitier » raccordé entre le deuxième fusible 10 et la zone de commande 16. Aux figures 2 à 4, le circuit de commande 14 est représenté par une résistance électrique 140, pour les raisons développées ci-dessous. La résistance électrique 140 est soumise à la tension d'alimentation V générée aux bornes du deuxième fusible 10. Ici, la valeur de la résistance 20 est inférieure à dix fois ou à cent fois la valeur de la résistance 140. C'est donc la valeur de la résistance 140 qui dimensionne la valeur du courant Is transmis à la zone de commande 16. En effet, indépendamment des composants électriques du circuit de commande 14, celui-ci peut être représenté électriquement par une simple résistance 140 dans un schéma électrique, comme c'est le cas aux figures 2 à 4. Dans les schémas des figures 2 à 4, la résistance électrique 140 est raccordée électriquement en série avec la résistance électrique 20. L'ensemble formé par la résistance 20 et la résistance 140 est raccordé électriquement en parallèle avec le deuxième fusible.
  • Un procédé de protection du circuit électrique 1, équipé du dispositif de protection 2, est mis en oeuvre lorsqu'un courant électrique I supérieur au courant nominal In survient dans le circuit électrique 1 et traverse le dispositif de protection 2. Dans ce cas, le surcourant Id est strictement supérieur à zéro. Par défaut, le dispositif de protection 2 est dans la configuration de fermeture C1, puisque le courant électrique I alimente le circuit électrique 1 et les premier et deuxième fusibles 8 et 10 ne sont pas fondus. Le procédé de protection est décrit ci-dessous.
  • Au début de ce procédé, et au cours d'une étape initiale a), un défaut survient dans l'alimentation du circuit électrique 1 et le courant électrique traverse le dispositif de protection 2. À cause du courant électrique, et dans un intervalle de temps prédéterminé par le calibre du deuxième fusible 10, le deuxième fusible 10 commence à fondre et l'arc électrique A s'installe aux bornes du deuxième fusible 10. Comme mentionné ci-dessus, le deuxième fusible 10 est dimensionné de façon à ce que l'arc électrique A reste présent entre ses bornes pendant qu'il est en train de fondre, tant que le courant I est présent, ce qui génère la tension d'alimentation V et assure le passage du courant. Cette tension V est utilisée pour alimenter le circuit de commande 14. À l'issue de l'étape a), le dispositif de protection 2 est dans sa première configuration intermédiaire C2 où le deuxième fusible 10 est en train de fondre et la tension d'alimentation V est fournie au circuit de commande 14. Comme mentionné ci-dessus, puisque le circuit de commande 14 est un circuit passif, la tension d'alimentation V fournie par le deuxième fusible 10 représente la seule source d'alimentation du circuit de commande 14 nécessaire pour le fonctionnement de celui-ci. Ainsi, lors de l'étape a), le procédé comporte la mise en fusion du deuxième fusible 10 provoquée par le courant électrique I supérieur à In et l'alimentation du circuit de commande 14.
  • Le procédé comporte ensuite une étape b) dans laquelle le circuit de commande 14 élabore le signal de déclenchement S, qui correspond au courant électrique de déclenchement Is. Ensuite, le circuit de commande 14 transmet ce courant de déclenchement Is à l'interrupteur pyroélectrique 12, en particulier à la zone de commande 16 de l'interrupteur pyroélectrique 12. Puisque l'arc électrique A est toujours présent aux bornes du deuxième fusible 10, le courant électrique de défaut Id traverse encore la zone de puissance 18 de l'interrupteur pyroélectrique 12. Lors de l'étape b), le procédé comporte la transmission, à l'aide du circuit de commande 14, du signal de déclenchement S à l'interrupteur pyroélectrique 12.
  • Ensuite, le procédé comporte une étape c) qui comporte le déclenchement de l'interrupteur pyroélectrique 12 et la coupure de la zone de puissance 18 de l'interrupteur pyroélectrique 12. En pratique, le courant électrique Is traverse la résistance électrique 20 de la zone de commande 16 qui se réchauffe et déclenche la détonation de l'agent explosif de l'interrupteur pyroélectrique 12. Comme expliqué ci-dessus, la détonation de l'agent explosif fait basculer l'élément de coupure de sa première position vers sa deuxième position de façon à couper la zone de puissance 18 de l'interrupteur pyroélectrique 12. A l'issue de l'étape c), le dispositif de protection 2 se trouve dans sa deuxième configuration intermédiaire C3 où l'interrupteur pyroélectrique 12 est déclenché, la zone de puissance 18 est ouverte et le premier fusible 8 est encore fermé.
  • Enfin, le procédé comporte une étape d) dans laquelle le courant électrique traverse le premier fusible 8, puisque la zone de puissance 18 de l'interrupteur pyroélectrique 12 est ouverte. Le premier fusible 8 étant sous-dimensionné par rapport au deuxième fusible 10, le premier fusible 8 fond rapidement à cause du courant électrique Ainsi, le dispositif de protection 2 assure l'ouverture du circuit électrique 1, puisqu'aucun arc électrique ne s'installe aux bornes de la zone 18 de l'interrupteur 12. Un arc électrique peut apparaître aux bornes du premier fusible 8 lorsqu'il fond, mais il s'éteint rapidement du fait que la tension de coupure de ce premier fusible 8 est du même ordre de grandeur de la tension nominale Vn. Une fois que le premier fusible 8 est fondu, le circuit électrique s'ouvre et le courant I ne circule plus. L'arc A s'éteint à son tour, et le second fusible 10 fond complètement. Le dispositif de protection 2 se trouve alors dans sa configuration d'ouverture C4 où les premier et deuxième fusibles 8 et 10 sont fondus.
  • Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le dispositif de protection 2 comprend deux interrupteurs pyroélectriques semblables à l'interrupteur pyrotechnique 12. Les deux interrupteurs pyroélectriques sont raccordés en parallèle au premier fusible 8 entre le conducteur d'entrée 4 et le conducteur de sortie 6. En particulier, chaque interrupteur pyroélectrique comporte une résistance électrique 20. Les résistances électriques sont en parallèle et sont ainsi traversées par une partie du courant électrique de déclenchement Is qui provoque le réchauffement de ces résistances, comme expliqué ci-dessus.
  • Selon une variante qui n'est pas représentée aux figures, le dispositif de protection 2 comporte trois ou plus de trois interrupteurs pyroélectriques raccordés en parallèle.
  • L'introduction de plusieurs interrupteurs pyroélectriques raccordés en parallèle permet au dispositif de protection 2 de couper un courant électrique I ayant une intensité très élevée. Par exemple, selon une variante non illustrée, chaque interrupteur pyroélectrique est configuré pour couper un courant électrique de défaut Id ayant une intensité de 200 ampères. Ainsi, le dispositif de protection 2 est apte à couper un courant électrique I ayant une intensité totale de 400 ampères.
  • En variante, la charge 3 est raccordée électriquement au premier conducteur 4. Le courant électrique 1 circule alors depuis le second conducteur 6 vers le premier conducteur 4 en régime de fonctionnement normal.
  • Dans tous ces modes de réalisation, le dispositif 2 comporte en outre un système de diagnostic 30 comprenant au moins un capteur, par exemple pour mesurer le courant qui circule dans l'interrupteur pyrotechnique 12, notamment du courant qui circule dans le fusible 8, et une unité électronique de traitement programmée pour détecter une défaillance du dispositif de protection en fonction des valeurs de courant mesurées. Dans des modes de réalisation, le système de diagnostic 30 comprend un premier capteur 32 pour mesurer le courant Is qui circule dans la zone de commande 16 et un deuxième capteur 34 pour mesurer le courant I qui circule dans la zone de puissance 18. L'unité électronique de traitement est programmée pour comparer les valeurs de courant mesurées par le premier capteur 32 et le deuxième capteur 34 et pour détecter une défaillance du dispositif de protection 2 en fonction des valeurs de courant mesurées.
  • Dans le mode de réalisation des figures 1 à 4, le système 30 comporte un capteur 32 pour mesurer le courant qui circule dans le fusible 8. En option, dans le mode de réalisation spécifiquement illustré à la figure 3, le système 30 peut en plus comporter un capteur 34 qui mesure le courant qui circule dans la zone de commande 16.
  • On comprend que le fonctionnement du dispositif de protection 2 tel que décrit précédemment en référence aux figure 1 à 5 est indépendant du positionnement des capteurs 32 et 34 et que la description qui en a été faite est transposable aux autres modes de réalisation dans lesquels le ou les capteurs du système de diagnostic 30 sont disposés différemment.
  • Comme illustré dans le mode de réalisation de la figure 6, au moins un capteur 34 du système de diagnostic 30 est agencé pour mesurer le courant dans le fusible 8, par exemple en étant connecté en série avec le fusible 8. Le système de diagnostic 30 peut alors comporter un ou plusieurs capteurs additionnels 32 qui peuvent être connectés avec le composant de coupure 12, par exemple avec la zone de commande 16 comme illustré sur les figures 3 et 6 et/ou avec la zone de puissance 18 et/ou avec le fusible 10.
  • Le système de diagnostic 30 permet de détecter l'apparition d'une défaillance pouvant affecter le bon fonctionnement du dispositif de protection 2, comme par exemple la défaillance de la zone de commande 16, une défaillance du fusible 10, une défaillance du fusible 8 associé au composant de coupure 12, ou la rupture accidentelle d'un des connecteurs.
  • En pratique, selon des exemples, en l'absence de défaillance du dispositif de protection 2, la valeur du courant Is mesurée par le capteur 34 est liée à la valeur du courant I mesurée par un autre capteur. Par exemple, ces deux valeurs de courant I et Is sont liées par une relation de proportionnalité qui est fonction de la température du dispositif de protection 2.
  • Par exemple, on considère qu'une défaillance est présente dans le dispositif de protection 2 si la valeur du courant Is mesurée par le capteur 34 est nulle alors que la valeur du courant I mesurée par l'autre capteur n'est pas nulle.
  • Selon des exemples de mise en oeuvre, le système de diagnostic comporte une première unité électronique de traitement 36 qui est connectée à une deuxième unité électronique de traitement 38 distante, par l'intermédiaire d'une liaison de données 40.
  • La deuxième unité de traitement 38 est par exemple configurée pour, dès réception d'un signal indiquant une défaillance, déclencher des mesures de mise en sécurité du circuit 1, comme par exemple déconnecter la source électrique alimentant le circuit 1 ou déconnecter la charge électrique 3, par exemple au moyen d'un contacteur ou d'un interrupteur, non illustrés.
  • Selon un premier exemple, le premier capteur 32 et le deuxième capteur 34 sont tous les deux raccordés à la première unité de traitement 36. La comparaison et la détection d'une défaillance sont réalisées par la première unité de traitement 36. La première unité de traitement 36 est en outre programmée pour envoyer un signal de détection d'un défaut à destination de la deuxième unité de traitement 38 par l'intermédiaire du bus 40.
  • Selon un deuxième exemple, comme illustré sur la figure 3, le premier capteur 32 est raccordé à la première unité de traitement 36. Le deuxième capteur 34 est raccordé à la deuxième unité de traitement 38. La comparaison et la détection d'une défaillance sont réalisées par la deuxième unité de traitement 36. La première unité de traitement 36 est en outre programmée pour transmettre la valeur de courant mesurée par le capteur de courant auquel elle est connectée à destination de la deuxième unité de traitement 38 par l'intermédiaire du bus 40.
  • Ces exemples peuvent être généralisés à des variantes comportant un nombre de capteurs 32, 34 différent de deux et/ou dans lequel le ou les capteurs 32, 34 sont disposés différemment.
  • De préférence, les capteurs 32 et/ou 34 sont des capteurs de courant. Par exemple, les capteurs de courant 32 et/ou 34 sont des capteurs de type à effet Hall ou des capteurs à effet inductif ou des transformateurs de courant.
  • En variante, les capteurs 32 et/ou 34 comportent un capteur de tension qui mesure la tension électrique aux bornes d'une résistance.
  • Selon encore une autre variante, les capteurs 32 et/ou 34 incluent un dispositif d'injection de courant incluant une bobine entourant la branche du circuit dans laquelle circule le courant à mesurer, le dispositif étant apte à injecter dans la branche, au moyen de la bobine, un courant électrique présentant une forme prédéfinie (par ex. une impulsion ou un signal sinusoïdal). Le dispositif comporte une deuxième bobine entourant ladite branche et permettant de mesurer le courant total circulant dans ladite branche, et un circuit de traitement permet de déterminer automatiquement la valeur et/ou la forme de signal du courant à mesurer circulant dans ladite branche.
  • Selon des variantes non illustrées, la mesure du courant I par le système 30 est réalisée indirectement, en mesurant des propriétés électriques de la charge 3. Ainsi, le capteur correspondant n'est pas associé à un conducteur électrique du circuit 1 mais, au contraire, est associé à la charge 3. Le deuxième capteur 34 n'est alors pas nécessairement un capteur de courant.
  • Les unités de traitement 36 et 38 comportent par exemple un circuit électronique dédié et/ou un microcontrôleur programmable.
  • La liaison de données 40 est une liaison filaire, par exemple un bus de terrain tel qu'un bus CAN ou un bus LIN, ou encore une liaison sans fil.
  • Selon des variantes, afin de gagner en compacité, les différents constituants du système de diagnostic 30 peuvent être intégrés dans un même boîtier.
  • Selon des exemples, au moins une partie des constituants du système de diagnostic 30 peuvent être intégrés dans un même élément électronique, tel qu'un circuit intégré de type ASIC.
  • Selon d'autres modes de réalisation, dont un exemple est illustré sur la figure 6, le système de diagnostic 30 précédemment décrit est modifié de sorte que le deuxième capteur 34 est agencé pour mesurer le courant qui circule au travers du premier fusible 8.
  • Dans ce cas, l'unité électronique de traitement est toujours programmée pour comparer les valeurs de courant mesurées par le premier capteur 32 et le deuxième capteur 34 et pour détecter une défaillance du dispositif de protection 2 en fonction des valeurs de courant mesurées, mais peut se baser sur une formule de calcul différente de celle décrite. Ainsi, il n'est pas nécessaire de mesurer le courant qui circule dans la zone de puissance 18.
  • Selon d'autres variantes, comme expliqué ci-dessus, un capteur additionnel analogue au deuxième capteur 34 peut être agencé pour mesurer le courant qui circule au travers du deuxième fusible 10. Cela permet de déterminer si le deuxième fusible 10 est toujours électriquement conducteur et que le circuit 14 est toujours apte à être alimenté par la tension V fournie par le deuxième fusible 10.
  • Selon des implémentations alternatives, le système de diagnostic comporte un seul capteur 32 ou 34 pour mesurer le courant. Dans ce cas, le capteur 32 ou 34 est agencé pour mesurer le courant qui circule au travers du fusible 8.
  • Dans ce cas, l'unité électronique de traitement 36, 38 est programmée pour détecter une défaillance du dispositif de protection 2 sur la base des valeurs de courant mesurées par le seul capteur 32 ou 34.
  • En pratique, mesurer le courant qui circule dans le fusible 8 permet de vérifier si ce fusible est toujours électriquement conducteur.
  • Selon des variantes non illustrées, un système de diagnostic analogue au système de diagnostic 30 peut être utilisé dans les modes de réalisation du dispositif de protection 2 comprenant plusieurs composants de coupure 12.
  • Par exemple, une implémentation du dispositif de protection 2 comporte deux interrupteurs pyroélectriques 12A, 12B dont les zones de puissance respectives 18 sont raccordées en série avec le deuxième fusible 10 entre le premier conducteur 4 et le second conducteur 6. Le système de diagnostic 30 comprend alors au moins deux capteurs, par exemple analogues au capteur 32, chacun des deux capteurs étant agencé pour mesurer le courant qui circule dans la zone de commande d'un des deux interrupteurs pyrotechniques. Dans ce cas, l'unité électronique de traitement est programmée pour comparer les valeurs de courant mesurées par les deux capteurs afin de détecter une défaillance du dispositif de protection 2. Cette variante peut être transposée au cas où le dispositif 2 comporte plus de deux interrupteurs pyroélectriques.
  • Dans un autre exemple, une implémentation alternative du dispositif de protection 2 comporte deux interrupteurs pyroélectriques 12A, 12B dont les zones de puissance respectives 18 sont raccordées en parallèle au premier fusible 8 entre le premier conducteur 4 et le second conducteur 6. Le système de diagnostic 30 comprend alors au moins deux capteurs, par exemple analogues au capteur 32, chacun des deux capteurs étant associé à l'un des deux interrupteurs pyrotechniques. Par exemple, chacun desdits capteurs est agencé pour mesurer le courant qui circule dans la zone de commande d'un des deux interrupteurs pyrotechniques.
  • Selon d'autres aspects, le système de diagnostic 30 selon l'un quelconque des modes de réalisation présentés ci-dessus peut comporter un capteur de température, de préférence installé à proximité ou au contact du dispositif 2. Dans ce cas, l'unité électronique de traitement est programmée pour corriger les mesures de courant fournies par le ou chaque capteur 32 et/ou 34 en fonction de la température mesurée.
  • Les différents modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent être généralisés à un composant de coupure 12 différent d'un interrupteur pyrotechnique 12, tel qu'un interrupteur de puissance commandable par un signal d'actionnement.
  • Par exemple, en variante, l'interrupteur pyrotechnique 12 peut être remplacé par un composant de coupure 12 électronique tel qu'un disjoncteur ou un contacteur. Dans ce cas, la zone de puissance 18 correspond à une zone de coupure à contacts séparables, et la zone de commande 16 correspond à un mécanisme de déclenchement apte à être commandé par une tension électrique pour ouvrir les contacts de la zone de puissance 18. Selon d'autres exemples, le composant de coupure 12 comporte un transistor de puissance, la zone de commande 16 correspondant alors à une électrode de commande du transistor, telle que la grille du transistor.
  • Selon des variantes, le deuxième fusible 10 peut être omis. Dans ce cas, le circuit de commande 14 peut être omis. Le signal de déclenchement S du composant de coupure 12 est alors généré par un circuit de commande extérieur, ou par le système de diagnostic 30.
  • Les variantes envisagées ci-dessus peuvent être combinées entre elles pour générer de nouveaux modes de réalisation de l'invention.

Claims (11)

  1. Dispositif (2) de protection pour un circuit électrique (1) configuré pour transmettre un courant électrique (I), le dispositif de protection comportant :
    - un premier conducteur (4) et un second conducteur (6),
    - un premier fusible (8) raccordé au second conducteur (6),
    - au moins un composant de coupure (12) d'un courant électrique raccordé en parallèle au premier fusible, le composant de coupure (12) comportant une zone de commande (16), apte à recevoir un signal (S) de déclenchement, et une zone de puissance (18) pour le passage du courant électrique, et
    - un système de diagnostic (30) comprenant au moins un capteur (32, 34) pour mesurer le courant qui circule dans le fusible (8) et une unité électronique de traitement (36, 38),
    caractérisé en ce que l'unité électronique de traitement est programmée pour détecter une défaillance du dispositif de protection (2) en fonction des valeurs de courant mesurées.
  2. Dispositif (2) de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif (2) de protection comporte en outre :
    - un circuit (14) de commande configuré pour élaborer et transmettre le signal de déclenchement (S) à la zone de commande du composant de coupure (12) ;
    - un deuxième fusible (10) raccordé en série entre le premier conducteur (4) et le premier fusible (8) et apte à fournir une tension (V) d'alimentation au circuit de commande (14), le circuit de commande étant raccordé entre le deuxième fusible (10) et la zone de commande (16) du composant de coupure (12).
  3. Dispositif (2) de protection selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le système de diagnostic (30) comporte un capteur additionnel agencé pour mesurer le courant qui circule dans la zone de puissance (18) du composant de coupure (12).
  4. Dispositif de protection selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système de diagnostic (30) comporte un capteur additionnel agencé pour mesurer le courant qui circule au travers du deuxième fusible (10).
  5. Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de diagnostic (30) comporte un capteur additionnel (32) agencé pour mesurer le courant qui circule au travers de la zone de commande (16) du composant de coupure (12).
  6. Dispositif (2) de protection selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux composants de coupure (12) dont les zones de puissance respectives (18) sont raccordées en série avec le deuxième fusible (10) entre le premier conducteur (4) et le second conducteur (6), le système de diagnostic (30) comprenant au moins deux capteurs additionnels, qui sont chacun agencés pour mesurer le courant qui circule dans la zone de commande d'un des composants de coupure.
  7. Dispositif (2) de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux composants de coupure (12) raccordés en parallèle au premier fusible (8) entre le premier conducteur (4) et le second conducteur (6), le système de diagnostic (30) comprenant au moins deux capteurs additionnels, qui sont chacun agencés pour mesurer le courant qui circule dans la zone de commande d'un des composants de coupure.
  8. Dispositif (2) de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de diagnostic (30) comporte en outre une sonde de température et en ce que l'unité électronique de traitement (36, 38) est programmée pour corriger les mesures de courant fournies par le ou chaque capteur (32, 34) en fonction de la température mesurée.
  9. Dispositif (2) de protection selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité électronique de traitement (36, 38) du système de diagnostic (30) est connectée au circuit (14) de commande et est en outre programmée pour générer un signal de déclenchement (S) du composant de coupure (12) lorsqu'elle détecte une défaillance du dispositif de protection (2).
  10. Dispositif (2) de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant de coupure (12) est un interrupteur pyrotechnique.
  11. Circuit électrique (1) configuré pour être alimenté par un courant électrique (I), le circuit électrique étant équipé d'un dispositif de protection (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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