FR3006515A1 - Protection electrique a l'aide d'un interrupteur a semi-conducteur. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif (100) pour protéger un circuit (110) contre des surintensités. Le dispositif (100) selon l'invention utilise des propriétés d'impédance variable d'un interrupteur à semi-conducteur (105), et comprend des moyens d'asservissement pour piloter l'impédance de l'interrupteur (105) en fonction des surintensités à corriger. Le but de l'invention est de limiter les contraintes matérielles de conception d'un circuit électrique, liées à la protection contre des surintensités.

Description

PROTECTION ELECTRIQUE A L'AIDE D'UN INTERRUPTEUR A SEMI-CONDUCTEUR DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine des procédés mis en oeuvre dans un aéronef, pour protéger un circuit électrique de l'aéronef contre des surintensités. L'invention concerne également un dispositif pour protéger un circuit électrique contre des surintensités, ledit circuit électrique comprenant une charge alimentée par une source d'alimentation électrique d'un aéronef. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Une surintensité est un courant électrique supérieur au courant nominal associé à une charge. Pour mémoire, le courant nominal d'une charge est le courant circulant dans cette charge dans des conditions idéales de fonctionnement. Des surintensités peuvent être générées par une source d'alimentation de cette charge, notamment en cas de court-circuit. Dans tout le texte, le terme « charge » désignera une charge électrique. On connaît dans l'art antérieur des dispositifs de protection d'un circuit contre des surintensités, mis en oeuvre dans des aéronefs. Ces dispositifs comprennent des interrupteurs électromécaniques, pouvant prendre un état fermé et un état ouvert. Lorsqu'une surintensité est détectée, on ouvre l'interrupteur. Il s'écoule quelques millisecondes entre le début de la surintensité, et l'instant où le circuit est ouvert grâce à l'ouverture de l'interrupteur électromécanique. Pendant ces quelques millisecondes, le circuit électrique est soumis à de très fortes intensités. Le circuit électrique doit donc être dimensionné pour pouvoir supporter ces fortes intensités pendant quelques millisecondes. Ces fortes intensités peuvent aller jusqu'à la valeur du courant de court-circuit de la source d'alimentation, en transitoire (pendant quelques millisecondes).

En particulier, les liaisons électriques entre une source d'alimentation de l'aéronef et une charge doivent supporter ces fortes intensités pendant plusieurs millisecondes. Pour cela, on réalise ces liaisons électriques à l'aide de câbles d'alimentation dimensionnés de façon à ce qu'ils supportent de tels courants électriques. Les câbles d'alimentation présentent donc une section très large, ce qui les rend particulièrement lourds et encombrants. Le caractère lourd et encombrant desdits câbles d'alimentation est contraire aux contraintes à respecter à bord d'un aéronef, dans lequel on recherche au contraire à minimiser ces deux paramètres.

Les nouvelles générations de sources d'alimentation dans les aéronefs présentent des niveaux de puissance particulièrement élevés. Il peut alors apparaître des surintensités de plusieurs centaines d'ampères, voire plusieurs milliers d'ampères, pendant quelques millisecondes. Ce sera par exemple le cas lors d'un court-circuit. Ces surintensités doivent donc être supportées par les câbles d'alimentation. Ces câbles d'alimentation spécifiques présentent alors une section, et donc un poids et un encombrement de plus en plus importants. Un objectif de la présente invention est de proposer un procédé de gestion des surintensités, mis en oeuvre dans un aéronef, et permettant de réduire le poids et l'encombrement d'un circuit électrique dans lequel ce procédé est mis en oeuvre.

Un autre objectif de la présente invention est de proposer un circuit électrique comprenant un dispositif de gestion des surintensités, destiné à être installé dans un aéronef, le dispositif de gestion des surintensités permettant de réduire le poids et l'encombrement du circuit électrique.

EXPOSÉ DE L'INVENTION Cet objectif est atteint avec un procédé mis en oeuvre dans un aéronef, pour protéger un circuit contre des surintensités, ledit circuit comprenant une charge, une source d'alimentation alimentant électriquement la charge et comprenant au moins un générateur électrique de l'aéronef, et une liaison électrique reliant la charge et la source d'alimentation, le procédé comprenant une étape de mesure d'un courant circulant sur la liaison électrique. Selon l'invention, le procédé comprend les étapes suivantes : comparaison du courant mesuré avec un courant de référence ; dès que le courant de mesure est supérieur au courant de référence, déclenchement d'un asservissement de l'impédance d'un interrupteur à semi-conducteur monté en série sur la liaison électrique, de façon à réguler le courant mesuré à la valeur du courant de référence, l'asservissement étant réalisé tant que le courant mesuré n'est pas redevenu inférieur au courant de référence ; mesure d'une durée dite durée de régulation, durant laquelle l'asservissement est mis en oeuvre; ouverture de l'interrupteur lorsque la durée de régulation est supérieure à une durée prédéterminée.

Alors que dans l'art antérieur, l'idée était de dimensionner l'ensemble du circuit électrique de façon à ce qu'il puisse supporter les surintensités, l'idée à la base de l'invention est de limiter ces surintensités. La solution proposée consiste à remplacer un interrupteur électromécanique utilisé classiquement comme disjoncteur dans un aéronef, par un interrupteur à semi- conducteur. Un interrupteur à semi-conducteur présente deux avantages notables : il offre un temps de réaction très court, typiquement de l'ordre de quelques microsecondes ; et il présente un mode ou état dit linéaire, dans lequel il présente une propriété d'impédance variable. On peut ainsi réguler le courant par un asservissement, dès que ce courant dépasse un seuil de courant prédéterminé intitulé courant de référence. Grâce à la régulation du courant, on évite que le courant ne prenne des valeurs trop élevées, supérieures au courant de référence. On peut en outre limiter sensiblement une durée pendant laquelle le circuit électrique doit supporter de forts courants, puisque le temps de réaction des interrupteurs à semi-conducteur est très court.

Grâce au procédé selon l'invention, on peut relâcher les contraintes sur le circuit électrique, comprenant une source d'alimentation, une charge, et une liaison électrique entre les deux. En particulier, on peut diminuer la section des câbles d'alimentation reliant la source d'alimentation et la charge. On diminue ainsi le poids et l'encombrement de l'ensemble de l'installation électrique dans l'aéronef. Les surintensités sont générées par une source d'alimentation du circuit électrique. Puisque le courant est régulé de façon à ce qu'il ne dépasse pas un courant de référence, le reste du circuit électrique n'a pas besoin d'être adapté à la capacité de la source d'alimentation. Quelle que soit la source d'alimentation, la condition pour que le circuit électrique soit protégé est que ce circuit supporte une surintensité correspondant à la différence entre le courant de référence et le courant nominal. Un avantage supplémentaire de l'invention est donc de proposer un procédé de protection contre des surintensités, permettant que les contraintes, correspondant à la faculté du reste du circuit électrique de supporter de forts courants, soient indépendantes de la source d'alimentation utilisée. On diminue ainsi les contraintes de compatibilités entre différents éléments d'un même circuit électrique. Le procédé propose en outre d'ouvrir l'interrupteur si l'asservissement dure trop longtemps, afin d'éviter de détruire l'interrupteur en le soumettant trop longtemps à une surintensité.

Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre dans un boîtier de distribution de puissance qui répartit sur des charges de l'aéronef, une puissance électrique fournie au moins par un générateur électrique de l'aéronef. Avantageusement, le procédé est mis en oeuvre pour diminuer le poids et l'encombrement de câbles d'alimentation électrique dans l'aéronef.

L'asservissement peut comprendre les étapes suivantes : calcul d'une différence entre le courant mesuré et le courant de référence ; - génération d'un signal de régulation, et ajustement de son amplitude en fonction de la différence entre le courant mesuré et le courant de référence ; modification de l'impédance de l'interrupteur en fonction de l'amplitude du signal de régulation.

L'interrupteur peut présenter à ses bornes une impédance qui dépend linéairement de l'amplitude du signal de régulation. Avantageusement, la mesure de courant comprend une génération d'un signal de mesure représentatif du courant mesuré, et on réalise un filtrage passe-bas sur le signal de mesure. De préférence, la mesure de courant comprend une génération d'un signal de mesure représentatif du courant mesuré, et on amplifie le signal de mesure. La durée prédéterminée peut être comprise entre dix millisecondes et une seconde. Le courant de référence est de préférence compris entre une et deux fois un courant dit nominal, correspondant au courant circulant sur la liaison électrique en l'absence de surintensité. L'invention concerne également un circuit électrique comprenant : une charge, une source d'alimentation alimentant électriquement la charge et comprenant au moins un générateur électrique d'aéronef, et une liaison électrique reliant la charge et la source d'alimentation. Selon l'invention, le circuit électrique comprend en outre un dispositif de protection du circuit contre des surintensités, le dispositif comprenant : des moyens de mesure du courant qui parcourt la liaison électrique ; un interrupteur à semi-conducteur monté en série sur la liaison électrique ; un comparateur pour comparer le courant mesuré avec un courant de référence ; - des moyens d'asservissement de l'impédance de l'interrupteur (105), adaptés à réguler le courant mesuré à la valeur du courant de référence ; des moyens de mesure de durée, pour mesurer une durée durant laquelle le courant mesuré est régulé à la valeur du courant de référence ; un comparateur de durée, pour comparer la durée mesurée avec une durée prédéterminée et commander l'ouverture de l'interrupteur lorsque la durée mesurée est supérieure à la durée prédéterminée.

Les moyens d'asservissement peuvent être connectés au comparateur, et adaptés à générer un signal de régulation et à ajuster son amplitude en fonction de la différence entre le courant mesuré et le courant de référence, les moyens d'asservissement étant connectés à l'interrupteur de façon à ce que le signal de régulation commande l'impédance aux bornes de l'interrupteur. L'interrupteur est avantageusement un transistor à effet de champ à grille isolée (MOSFET), un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT), ou un transistor à effet de champ à jonction (JFET). L'invention concerne enfin un aéronef comprenant : au moins un générateur électrique, des charges à alimenter électriquement, et un boîtier de distribution de puissance relié en entrée à l'au moins un générateur électrique, relié en sortie auxdites charges, et agencé pour répartir sur lesdites charges une puissance électrique fournie par l'au moins un générateur électrique.

Selon l'invention, le boîtier de distribution de puissance comprend au moins un dispositif de protection selon l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre de manière schématique un circuit électrique selon un mode de réalisation de l'invention, comprenant un dispositif de protection selon l'invention et permettant de mettre en oeuvre un procédé selon l'invention ; - la figure 2 illustre des courbes caractéristiques d'un interrupteur à semi- conducteur pouvant être utilisé dans le circuit illustré sur la figure 1; - la figure 3 illustre de manière schématique l'impédance aux bornes de l'interrupteur à semi-conducteur en fonction d'un signal de commande ; - la figure 4A illustre un premier exemple de courant circulant dans un circuit dans lequel on met en oeuvre le procédé illustré à la figure 1; - la figure 4B illustre un deuxième exemple de courant circulant dans un circuit dans lequel on met en oeuvre le procédé illustré à la figure 1; - la figure 5 illustre le courant avec et sans mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et des courbes de tenue au courant d'un câble d'alimentation électrique ; - la figure 6A illustre un exemple de courant circulant, au démarrage d'une charge, dans un circuit dans lequel on ne met pas en oeuvre de procédé selon l'invention ; la figure 6B illustre un exemple de courant circulant, au démarrage d'une charge, dans un circuit dans lequel on met en oeuvre le procédé illustré à la figure 1; la figure 7 illustre un boîtier de distribution de puissance pour un aéronef, comprenant des dispositifs selon l'invention ; et la figure 8 illustre un aéronef comprenant un boîtier de distribution de puissance tel que représenté sur la figure 7. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On va tout d'abord décrire, en référence à la figure 1, un dispositif de protection, 100, selon un mode de réalisation de l'invention. L'illustration du dispositif selon l'invention permettra d'illustrer également le procédé selon l'invention. Le dispositif de protection 100 est placé sur la liaison électrique 101, en série entre une source d'alimentation consistant en une source de tension, 102, et une charge, 103, par exemple un équipement électrique. L'ensemble comprenant la liaison électrique 101, la source de tension 102, la charge 103, et le dispositif de protection 100, forme un circuit électrique 110 selon l'invention. Le dispositif 100 protège le circuit électrique contre des surintensités parcourant la liaison en direction de la charge 103. En particulier, le dispositif 100 protège la charge 103 et la liaison électrique 101. La source de tension 102 peut comprendre une batterie d'un aéronef, et/ou un générateur électrique de l'aéronef. On appelle générateur électrique de l'aéronef un générateur électrique comprenant au moins un élément parmi : un ou plusieurs générateurs dans la nacelle recevant les moteurs, ces générateurs étant entraînés par les moteurs, le générateur dans le cône arrière du fuselage de l'aéronef, entraîné par le groupe auxiliaire de puissance (ou APU pour l'anglais « Auxiliary Power Unit »), le générateur de secours dans les ailes de l'aéronef, ou RAT pour l'anglais « Rom Air Turbine ».

La charge 103 est un équipement électrique de l'aéronef, devant être alimenté par un courant d'au moins 1 A, voire au moins 3 A, par exemple 3 A ou 5 A. Il est important de noter que le domaine de l'invention est celui des forts courants typiquement supérieurs à 1 A, par opposition au domaine des faibles courants utilisés en électronique.

Des moyens de mesure de courant 104 sont montés en série ou en parallèle sur la liaison électrique 101. Ils peuvent consister en : un capteur de courant à effet Hall, délivrant une tension proportionnelle à un champ magnétique généré par un courant ; un capteur shunt, délivrant une tension qui dépend d'un courant traversant une résistance de faible valeur ; - un ampèremètre thermique utilisant un fil résistant qui s'échauffe par effet Joule lors du passage du courant ; - tout autre moyen approprié pour mesurer un courant électrique.

Les moyens de mesure de courant 104 sont agencés pour mesurer le courant circulant sur la liaison électrique 101. Ils génèrent un signal de mesure Vnies représentatif du courant mesuré Imes. Un comparateur 106 reçoit en entrée ce signal de mesure Vmes et un signal de référence V,f. Le signal de référence V,f est représentatif d'une valeur seuil de courant intitulée courant de référence Iref. Cette valeur seuil est supérieure au courant nominal associé à la charge 103. Le comparateur 106 est agencé pour calculer une différence entre le signal de mesure Vnies et le signal de référence Vref. Vnies est représentatif du courant mesuré Inies. V,f est représentatif du courant de référence I,f. On calcule donc indirectement une différence entre le courant mesuré 'nies et le courant de référence I,f.

Le comparateur 106 permet de détecter un dépassement de seuil, autrement dit lorsque le courant mesuré In-,' est supérieur au courant de référence Iref. La sortie du comparateur 106 est reliée à des moyens d'asservissement 107. Un asservissement est mis en oeuvre dès que le courant mesuré In-,' est supérieur au courant de référence Iref. Les moyens d'asservissement 107 asservissent l'impédance d'un interrupteur à semi-conducteur 105. L'interrupteur à semi-conducteur 105 est monté en série sur la liaison électrique 101, entre les moyens de mesure de courant 104 et la charge 103. L'impédance de l'interrupteur 105 s'oppose au passage du courant sur la liaison 101. Les moyens d'asservissement permettent de réguler le courant mesuré 'nies à la valeur du courant de référence Iref. En particulier, les moyens d'asservissement 107 sont agencés pour générer un signal de régulation V,g qui commande l'impédance de l'interrupteur 105. L'impédance de l'interrupteur 105 dépend de l'amplitude du signal de régulation V,g. Les moyens d'asservissement 107 ajustent donc l'amplitude du signal de régulation V,g en fonction de la différence, à chaque instant, entre le courant mesuré 'nies et le courant de référence ',f. Si le courant mesuré commence à augmenter, on augmente l'impédance de l'interrupteur 105. Si le courant mesuré commence à diminuer, on diminue l'impédance de l'interrupteur 105. Les moyens d'asservissement coopèrent donc à chaque instant avec le comparateur 106. On peut également prévoir que le comparateur 106 ne soit connecté aux moyens d'asservissement 107 que pour activer la régulation en courant, les moyens d'asservissement 107 comprenant ensuite des moyens soustracteurs propres, agencés pour calculer la différence entre le courant mesuré 'nies et le courant de référence Iref. Dans ce cas, on peut considérer que les moyens d'asservissement comprennent : un soustracteur pour calculer une différence entre le courant mesuré 'nies et le courant de référence lref ; - des moyens de régulation pour générer un signal de régulation V,g et ajuster son amplitude en fonction de la différence entre le courant mesuré 'nies et le courant de référence Iref, les moyens de régulation étant connectés à l'interrupteur de façon à ce que le signal de régulation Vreg commande l'impédance de l'interrupteur. L'asservissement est réalisé tant que le courant mesuré 'nies n'est pas redevenu inférieur ou égal au courant de référence lref. On ne prend pas en considération d'éventuelles oscillations dues au temps de réaction de l'asservissement. Par exemple, lors d'un court-circuit, il se produit une surintensité qui tend ensuite à diminuer jusqu'à ce que le courant retrouve sa valeur nominale. Ainsi, les moyens d'asservissement imposent d'abord une forte impédance de l'interrupteur 105, puis la font décroître progressivement jusqu'à ce qu'elle soit nulle. Lorsque l'impédance de l'interrupteur 105 est nulle, sans que le courant mesuré 'nies ne soit supérieur au courant de référence Iref, c'est que l'asservissement n'est plus mis en oeuvre. En pratique, il se peut que l'impédance de l'interrupteur ne soit pas exactement nulle. On considère donc que l'impédance de l'interrupteur 105 est nulle, lorsqu'elle est à sa valeur minimale.

Selon un exemple de réalisation de l'asservissement, l'impédance Z(t) de l'interrupteur est contrôlée de la manière suivante : - Z(to)=All ()- ldI ( mestoref), snesto)> Iref, puis Z(t+6t) = Z(t)+ B*(Imes (t+6t)- Iref), où A et B sont des réels positifs, et tic, est l'instant à compter duquel Imes>lref; - dès que Z(t+6t) = 0, on arrête la régulation et Z(t) = 0, V Imes(t), tant que Imes(t) < Iref. Le dispositif 100 comprend également des moyens de mesure de durée 108. Ces moyens de mesure de durée 108 mesurent une durée de régulation, durant laquelle l'asservissement est mis en oeuvre. La sortie des moyens de mesure de durée 108 est reliée à un comparateur de durée 109. Le comparateur de durée 109 reçoit également en entrée une durée prédéterminée Tref. Lorsque la durée de régulation atteint la durée prédéterminée Tref, le comparateur de durée commande l'ouverture de l'interrupteur 105. On peut considérer que les moyens de mesure de durée 108 et le comparateur de durée 109 forment ensemble un « timer ».

On voit donc que si le besoin de régulation persiste au-delà d'une durée prédéterminée, la charge 103 est mise hors tension par l'ouverture de l'interrupteur 105. La durée de référence Tref est définie de façon à éviter des ouvertures intempestives de l'interrupteur 105. On s'assure également que cette durée de référence Tref reste en adéquation avec les capacités de dissipation thermique de l'interrupteur 105. En effet, l'interrupteur 105 peut être détérioré s'il est parcouru par un courant supérieur ou égal au courant lref au-delà d'une durée maximale, dite durée limite de détérioration. On peut augmenter cette durée limite de détérioration à l'aide un interrupteur 105 comprenant plusieurs transistors montés en parallèle. La durée de référence Tref est généralement de l'ordre de la dizaine à la centaine de millisecondes. Si, avant que la durée de régulation n'atteigne la durée de référence Tref, il n'est plus nécessaire de réguler le courant, le comparateur de durée 109 est remis à zéro. Une nouvelle durée de régulation sera de nouveau mesurée à compter de la prochaine fois où un asservissement sera mis en oeuvre.

Autrement dit, selon l'exemple d'asservissement précité, l'impédance Z de l'interrupteur est alors contrôlée de la manière suivante : - Z(t0) = (to)- lref), dès que Imes(to)> lref, puis tant que t<Tref, Z(t+6t) = Z(t)+ BlImes (t+Ôt)- lref), où A et B sont des réels positifs, et to est l'instant à compter duquel Imes>lref ; - tant que t<Tref, dès que Z(t+6t) = 0, on arrête la régulation : Z(t) = 0, V I es(t), tant que Inles(t) < lref - sinon, dès que tTref, Z(t) = En résumé, l'interrupteur 105 peut prendre trois états : - un état ouvert dans lequel il bloque le passage du courant ; - un état fermé dans lequel il laisse passer le courant ; et - un état dit linéaire, dans lequel il présente à ses bornes une impédance variable.

L'interrupteur 105 présente trois bornes : une première borne pour recevoir un signal de commande, une second borne reliée aux moyens de mesure de courant 104 et une troisième borne reliée à la charge 103, l'impédance de l'interrupteur étant celle considérée entre ses seconde et troisième bornes. Le signal de commande est généré par les moyens d'asservissement 107. Le signal de commande est formé par le signal de régulation V,g, et pilote : - initialement, le passage de l'interrupteur 105 de l'état fermé à l'état linéaire ; - ensuite, l'évolution de la valeur de l'impédance de l'interrupteur 105.

Au moins l'un des éléments parmi le comparateur 106, les moyens d'asservissement 107, les moyens de mesure de durée 108, et les moyens de comparaison de durée 109, pourra être réalisé sous la forme d'un micro-contrôleur. L'interrupteur à semi-conducteur est formé par un ou plusieurs composant(s) électronique(s) à semi-conducteur, tel qu'un transistor. Il s'agit par exemple d'au moins un transistor, notamment un transistor à effet de champ à grille isolée (MOSFET), un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT), ou un transistor à effet de champ à jonction (JFET). On peut également parler d'interrupteur électronique pour désigner un interrupteur à semi-conducteur. On peut prévoir des moyens (non représentés) de mise en forme du signal de mesure Vmes. Ces moyens peuvent comprendre : - un filtre passe bas, destiné à lisser le signal de mesure afin de supprimer des bruits parasites et d'éviter un déclenchement intempestif de la régulation ; et - un amplificateur, destiné à amener le signal de mesure Vnies à une amplitude permettant de réaliser plus facilement les différentes fonctions souhaitées. La figure 2 illustre des courbes caractéristiques d'un transistor pouvant être utilisé comme interrupteur 105 dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 1. Ces courbes caractéristiques correspondent typiquement à une mise sous tension du transistor.

Le transistor est un transistor à effet de champ à grille isolée MOSFET à canal P. Le transistor présente trois bornes : une grille notée G, un drain noté D, et une source notée S, de manière connue en soi. Le transistor MOSFET est dit à enrichissement c'est-à-dire que son dopage est tel qu'il faut polariser la jonction GS entre la grille et la source en- deçà d'une tension de seuil VT (négative) pour obtenir l'existence d'un canal dans le transistor. La figure 2 donne une série de courbes 201, 202, 203, représentant la valeur du courant lm (courant circulant entre le drain et la source) en fonction de la tension Vps (tension entre le drain et la source). Chaque courbe 201, 202 ou 203 correspond à une valeur respective de la tension VGs entre la grille et la source. Pour VGs>VT, le courant lm est nul, le transistor est bloqué et l'interrupteur 105 est ouvert. Pour une courbe donnée 201 (respectivement 202, 203), si V1<VDs<0 (respectivement V2<VDs<0, V3<VDs<0), la dépendance entre le courant lm et la tension Vps est sensiblement linéaire. La courbe 201 présente une pente K telle que IDs=K*VDs, où K=-zi.

Le transistor se comporte donc comme une impédance Z. Selon la valeur de VGs, la pente K varie. On peut donc obtenir un comportement d'impédance variable pour le transistor, en jouant sur la valeur de la tension VGs. Si VDs<V1 (respectivement VDs<V2, VDs<V3), le transistor est en mode saturé. La tension Vps est constante, et l'impédance Z entre le drain et la source est nulle : l'interrupteur 105 est fermé. En contrôlant la valeur de la tension VGs au moyen du signal de régulation V,g, on peut contrôler le mode de fonctionnement dans lequel se trouve le transistor ainsi que l'impédance entre le drain et la source. Connaissant les caractéristiques d'un transistor, l'homme du métier saura aisément concevoir les moyens d'asservissement 107 pour qu'ils fournissent un signal de régulation Vreg adapté au comportement souhaité du transistor. La figure 3 illustre de manière schématique l'impédance de l'interrupteur à semiconducteur 105 en fonction d'un signal de commande V,g. Pour une amplitude du signal de commande comprise entre 0 et V't, l'interrupteur 105 est fermé : l'impédance à ses bornes est nulle. En pratique, elle peut prendre une valeur non nulle mais négligeable.

Pour une amplitude du signal de commande supérieure à Vbio, l'interrupteur 105 est ouvert. Pour une amplitude du signal de commande comprise entre V't et Vbio, l'interrupteur 105 présente une impédance qui dépend du signal de commande Vreg.

En mode linéaire, la plupart des transistors présentent une dépendance linéaire entre le signal régulation et l'impédance entre leurs bornes. Le pilotage de l'impédance est alors facilité. La figure 4A illustre un premier exemple de courant mesuré In-,' circulant sur la liaison 101, en fonction du temps t. A un instant To, le courant mesuré In-,' devient supérieur au courant de référence Iref. L'asservissement du courant à la valeur du courant de référence est mis en oeuvre. Ainsi, après un temps At correspondant à un temps de réaction du dispositif 100 selon l'invention, le courant mesuré In-,' est égal au courant de référence Iref. Avant écoulement d'une durée de référence Tref à compter de To, le courant mesuré 'nies est redevenu inférieur au courant de référence ',f. En particulier, le courant mesuré 'nies est redevenu inférieur au courant de référence Iref à un instant Touv. A partir de l'instant T'v, l'interrupteur 105 est fermé. La figure 4B illustre un deuxième exemple de courant mesuré 'nies circulant sur la liaison 101, en fonction du temps t. A un instant To, le courant mesuré 'nies devient supérieur au courant de référence Iref. Après écoulement d'une durée de référence Tref à compter de To, le courant mesuré 'nies n'est toujours pas redevenu inférieur au courant de référence ',f. Cela entraîne l'ouverture de l'interrupteur 105. Le courant mesuré 'nies est donc nul à compter de l'instant To+Tref.

La figure 5 illustre par la courbe en trait fin continu 501 le courant mesuré 'nies circulant sur la liaison 101, en fonction du temps t. Il s'agit du courant mesuré 'nies circulant sur la liaison 101 lorsque le procédé selon l'invention est mis en oeuvre. Le courant de référence lref est compris entre 1,5 et 2 fois le courant nominal Inoni. On rappelle que le courant nominal In' est le courant prévu pour circuler sur la liaison 101 dans des conditions idéales de fonctionnement. Le courant nominal 'non, est généralement supérieur à 1A. Il est par exemple supérieur ou égal à 3A, et vaut par exemple 3A ou 5A.

A un instant tdef, apparaît une surintensité. Le courant mesuré 'mes dépasse la valeur du courant de référence ',f. Grâce au procédé et au dispositif selon l'invention, un signal de régulation permet de réguler le courant mesuré 'nies pour le ramener à la valeur du courant de référence Iref. Ainsi, après un temps At correspondant à un temps de réaction du dispositif 100 selon l'invention, le courant mesuré 'nies est égal au courant de référence Iref. Le temps de réaction At est très court, de l'ordre de quelques microsecondes, par exemple inférieur à dix microsecondes. On obtient ce temps de réaction particulièrement court grâce à l'utilisation d'un interrupteur électronique (interrupteur à semiconducteur). De tels temps de réaction seraient impossibles à obtenir avec des technologies classiques à base d'éléments de coupure électromécaniques. Lors de la surintensité, le courant mesuré atteint une valeur maximale lmax de l'ordre de trois à six fois la valeur du courant nominal 'non,. A titre de comparaison, on a également représenté à la figure 5 et par la courbe en trait pointillé 502, le courant circulant sur la liaison 101 dans l'art antérieur, en fonction du temps t. On utilise dans ce cas un câble d'alimentation électrique tel que décrit en introduction, présentant une section importante et donc un poids et un encombrement élevés. Le courant peut atteindre plus de trente fois la valeur du courant nominal 'nom, soit des courants de plusieurs centaines d'ampères, et mettre quelques centaines de millisecondes à revenir à la valeur du courant nominal. Pour des raisons de lisibilité de la figure, l'échelle n'est pas respectée entre la courbe 501 et les autres courbes de la figure 3. La ligne en trait mixte 503 correspond au courant nominal In'. On supposera que la charge est purement résistive. La surface comprise entre la courbe en trait pointillé 502 et la courbe en trait mixte 503, entre deux instants t, correspond à l'énergie que doit pouvoir supporter le câble d'alimentation électrique selon l'art antérieur. La courbe 504 en trait continu épais illustre la capacité du câble d'alimentation électrique à supporter de forts courants. La courbe 505 en trait pointillé épais illustre la limite de tenue mécanique du câble d'alimentation électrique. Si la courbe 502 du courant en fonction du temps passe au-dessus de la courbe 505, le câble d'alimentation électrique est détérioré.

La surface comprise entre la courbe en trait fin continu 501 et la courbe en trait mixte 503, entre deux instants t, correspond à l'énergie que doit pouvoir supporter un câble d'alimentation électrique, lorsqu'on met en oeuvre un procédé de protection selon l'invention. On voit donc que l'on peut diminuer largement les capacités du câble d'alimentation électrique à supporter de forts courants, et donc son poids et son encombrement. On a par exemple étudié un circuit électrique, dans lequel les liaisons électriques sont assurées par un câble d'alimentation électrique adapté à un courant nominal 'non, de trois ampères (3 A). On parle de protection à 3 A. On a pu montrer que le procédé selon l'invention permet de conserver cette même protection à 3 A, lorsque le courant nominal vaut 5 A. Pour cela, on a comparé : une première courbe illustrant les capacités du câble d'alimentation électrique à supporter des surintensités associées dans l'art antérieur à un courant nominal de 3 A; une deuxième courbe illustrant la valeur du courant mesuré pour un courant nominal 'non, = 3 A, et un courant de référence Iref = 4 A, lorsqu'on met en oeuvre le procédé selon l'invention ; et une troisième courbe illustrant la valeur du courant mesuré pour un courant nominal In' = 5 A, et un courant de référence Iref = 7 A, lorsqu'on met en oeuvre le procédé selon l'invention. On a pu montrer en particulier que la troisième courbe restait toujours sous la première courbe. Ainsi, une protection donnée permet d'être adaptée à de plus grandes valeurs de courant nominal, grâce au procédé et au dispositif selon l'invention. Cela revient à dire que pour un courant nominal donné, on peut diminuer les contraintes relatives à la tenue aux forts courants d'un circuit électrique, lorsque ce circuit électrique comprend un dispositif selon l'invention. De manière avantageuse, le procédé (respectivement le dispositif) selon l'invention est mis en oeuvre de manière centralisée, par exemple à la sortie de la source d'alimentation. On peut ainsi limiter l'ensemble des contraintes de tenue au courant pour les différents éléments du circuit électriques, notamment les liaisons électriques et les équipements électriques alimentés par ladite source. On illustre, en référence aux figures 6A et 6B, un avantage supplémentaire du procédé et du dispositif selon l'invention.

La figure 6A illustre un exemple de courant circulant, au démarrage d'un équipement électrique, lorsque l'on ne met pas en oeuvre de procédé selon l'invention. On observe une surintensité correspondant à un courant de charge. Le courant de charge peut atteindre une valeur maximale I maxi allant jusqu'à vingt fois la valeur du courant nominal Inoni. Le courant va mettre un temps Tden, de plusieurs millisecondes avant de se stabiliser à la valeur nominale du courant. Le circuit électrique, en particulier la charge à alimenter électriquement et la liaison électrique reliant ladite charge à une source d'alimentation électrique, devra donc pouvoir supporter une énergie, représentée hachurée à la figure 6A, et correspondant à la surface entre la courbe 601 du courant mesuré en fonction du temps et la courbe 602 constante à la valeur nominale du courant. La figure 6B illustre un exemple de courant circulant, au démarrage d'un équipement électrique, lorsque l'on met en oeuvre un procédé selon l'invention. Pour des raisons de lisibilité des figures, l'échelle n'est pas la même entre les figures 6A et 6B. La courbe 603 illustre la valeur du courant mesuré In-,' en fonction du temps. Comme illustré à la figure 5 : le courant mesuré ne dépasse pas un courant I max2 de l'ordre de trois à six fois le courant nominal, et - le courant mesuré est rapidement ramené à la valeur du courant nominal, après un temps At de l'ordre de quelques microsecondes.

Le circuit électrique, en particulier la charge à alimenter électriquement et la liaison électrique reliant ladite charge à une source d'alimentation électrique, devra donc pouvoir supporter une énergie, représentée hachurée à la figure 6B, et correspondant à la surface entre la courbe 603 du courant mesuré en fonction du temps et la courbe 602 constante à la valeur nominale du courant.

L'appel de courant lors du démarrage d'une charge entraîne l'apparition d'un transitoire de tension, aux bornes des autres charges reliées à la même source d'alimentation. Dans l'art antérieur, on évite par exemple cette perturbation en redémarrant les charges déjà en fonctionnement au démarrage d'une nouvelle charge.

On peut aussi ajouter des condensateurs permettant de limiter l'impact du transitoire de tension. L'invention permet de limiter le courant de charge, et ainsi de réduire le transitoire de tension. On évite ainsi que le démarrage d'une charge perturbe les autres charges déjà en fonctionnement. On peut ainsi s'affranchir de condensateurs lourds et encombrants destinés, dans l'art antérieur, à limiter l'impact du transitoire de tension sur les charges déjà en fonctionnement. L'invention est mise en oeuvre dans un aéronef, où les contraintes en poids et en encombrement sont considérables.

On va tout d'abord décrire, en référence à la figure 7, un boîtier de distribution de puissance 70 comprenant plusieurs dispositifs de protection 100 selon l'invention. On connaît dans l'art antérieur ces boîtiers de distribution de puissance pour aéronef, également appelés « coeurs électriques ». Un tel boîtier de distribution de puissance reçoit en entrée une énergie électrique fournie par au moins une source de tension de l'aéronef. Ici, on a représenté trois sources de tension 1021, 1022, 1023. Chaque source de tension 1021, respectivement 1022 ou 1023, peut comprendre un générateur électrique de l'aéronef, situé typiquement : - à l'arrière de l'aéronef dans un cône arrière du fuselage, - dans la nacelle moteur, ou - dans les ailes pour ce qui est des générateurs de secours. Le boîtier de distribution de puissance distribue la puissance électrique aux différentes charges électriques 1031, 1032 à l'intérieur de l'aéronef. On a représenté ici deux charges 1031, 1032, mais il va de soi que l'on peut en prévoir autant que nécessaire.

Le boîtier de distribution de puissance 70 est situé généralement à l'avant de l'aéronef, dans la baie avionique. Il est relié par des câbles d'alimentation électrique 701 aux différentes charges électriques. Ces charges électriques sont constituées par divers équipements électriques ou électroniques. Le boîtier de distribution de puissance 70 selon l'invention comporte plusieurs dispositifs 100 de protection de circuit. Avantageusement, on prévoit autant de dispositifs 100 selon l'invention qu'il y a de valeurs différentes du courant nécessaires pour alimenter les différentes charges. On peut prévoir un dispositif 100 selon l'invention par charge à alimenter électriquement par l'intermédiaire du boîtier de distribution de puissance 70. Chaque ensemble comprenant un dispositif 100 de protection, une charge 1031 ou 1032, un câble d'alimentation électrique 701, et au moins une des sources d'alimentation 1021, 1022, 1023, forme un circuit électrique selon l'invention. Enfin, on a représenté sur la figure 8, de façon schématique un aéronef 80 comprenant les sources d'alimentation 1021, respectivement 1022 ou 1023, les charges 1031, 1032, les câbles d'alimentation électrique 701, et le boîtier de distribution de puissance 70 tel que décrit en référence à la figure 7.

Avantageusement, l'aéronef est à structure métallique, ladite structure assurant le retour de courant depuis les charges vers les génératrices électriques. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention permet de limiter le courant maximum circulant dans tout le réseau électrique d'un aéronef. On peut ainsi limiter les contraintes sur de nombreux éléments de l'aéronef, à savoir : la structure métallique de l'aéronef ; les équipements électriques ou électroniques à alimenter, en réduisant leurs contraintes d'installation et d'aménagement interne (en d'autres termes, si le courant arrivant à un équipement est limité efficacement, on réduit les besoins de protections supplémentaires à l'entrée de l'équipement) ; - le boîtier de distribution de puissance qui n'a plus besoin de résister aux courants de court-circuit des génératrices électriques ; les câbles d'alimentation ; les torons de câbles électriques, intitulés harnais. En particulier, on peut réduire de quelques dizaines, voire quelques centaines de kilogrammes, le poids total de l'aéronef.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Procédé mis en oeuvre dans un aéronef (80), pour protéger un circuit contre des surintensités, ledit circuit comprenant une charge (103), une source d'alimentation (102) alimentant électriquement la charge et comprenant au moins un générateur électrique de l'aéronef, et une liaison électrique (101) reliant la charge et la source d'alimentation, le procédé comprenant une étape de mesure d'un courant circulant sur la liaison électrique (101), caractérisé par les étapes suivantes : comparaison du courant mesuré (In,') avec un courant de référence (Iref); - dès que le courant de mesure (In,') est supérieur au courant de référence (Iref), déclenchement d'un asservissement de l'impédance d'un interrupteur à semiconducteur (105) monté en série sur la liaison électrique (101), de façon à réguler le courant mesuré (In,') à la valeur du courant de référence (Tref), l'asservissement étant réalisé tant que le courant mesuré (In,') n'est pas redevenu inférieur au courant de référence (Iref) ; mesure d'une durée dite durée de régulation, durant laquelle l'asservissement est mis en oeuvre; ouverture de l'interrupteur (105) lorsque la durée de régulation est supérieure à une durée prédéterminée (Tref).
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans un boîtier de distribution de puissance (70) qui répartit sur des charges (1031, 1032) de l'aéronef, une puissance électrique fournie au moins par un générateur électrique (1021, 1022, 1023) de l'aéronef.
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour diminuer le poids et l'encombrement de câbles d'alimentation électrique (701) dans l'aéronef (80).
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'asservissement comprend les étapes suivantes :calcul d'une différence entre le courant mesuré (lnies) et le courant de référence (Iref); génération d'un signal de régulation (Vreg), et ajustement de son amplitude en fonction de la différence entre le courant mesuré (lnies) et le courant de référence (Iref) ; modification de l'impédance de l'interrupteur en fonction de l'amplitude du signal de régulation (Vreg).
5. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'interrupteur (105) présente à ses bornes une impédance qui dépend linéairement de l'amplitude du signal de régulation (Vreg).
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la mesure de courant comprend une génération d'un signal de mesure (Vnies) représentatif du courant mesuré (lnies), et en ce qu'on réalise un filtrage passe-bas sur le signal de mesure (Vnies).
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la mesure de courant comprend une génération d'un signal de mesure (Vnies) représentatif du courant mesuré (lnies), et en ce qu'on amplifie le signal de mesure (Vnies).
8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la durée prédéterminée (T,f) est comprise entre dix millisecondes et une seconde.
9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le courant de référence (I,f) est compris entre une et deux fois un courant dit nominal (lnom), correspondant au courant circulant sur la liaison électrique (101) en l'absence de surintensité.
10. 10. Circuit électrique (110) comprenant : une charge (103),une source d'alimentation (102) alimentant électriquement la charge et comprenant au moins un générateur électrique d'aéronef, et une liaison électrique (101) reliant la charge et la source d'alimentation, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif (100) de protection du circuit contre des surintensités, le dispositif (100) comprenant : des moyens de mesure du courant (104) qui parcourt la liaison électrique ; un interrupteur à semi-conducteur (105) monté en série sur la liaison électrique (101) ; un comparateur (106) pour comparer le courant mesuré (lnies) avec un courant de référence (Iref) ; des moyens d'asservissement (107) de l'impédance de l'interrupteur (105), adaptés à réguler le courant mesuré (lnies) à la valeur du courant de référence (lref) ; des moyens de mesure de durée (108), pour mesurer une durée durant laquelle le courant mesuré (lnies) est régulé à la valeur du courant de référence (lref) ; un comparateur de durée (109), pour comparer la durée mesurée avec une durée prédéterminée (T,f) et commander l'ouverture de l'interrupteur (105) lorsque la durée mesurée est supérieure à la durée prédéterminée.
11. 11. Circuit électrique (110) selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens d'asservissement (107) sont connectés au comparateur (106) et adaptés à générer un signal de régulation (V,g) et à ajuster son amplitude en fonction de la différence entre le courant mesuré (lnies) et le courant de référence (I,f), les moyens d'asservissement étant connectés à l'interrupteur (105) de façon à ce que le signal de régulation (V,g) commande l'impédance aux bornes de l'interrupteur (105).
12. 12. Circuit électrique (110) selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que l'interrupteur (105) est un transistor à effet de champ à grille isolée (MOSFET), un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT), ou un transistor à effet de champ à jonction (J F ET).
13. 13. Aéronef (80) comprenant :au moins un générateur électrique (1021, 1022, 1023), des charges à alimenter électriquement (1031, 1032), et un boîtier de distribution de puissance (70) relié en entrée à au moins un générateur électrique (1021, 1022, 1023), relié en sortie auxdites charges (1031, 1032), et agencé pour répartir sur lesdites charges une puissance électrique fournie par au moins un générateur électrique, caractérisé en ce que le boîtier de distribution de puissance (70) comprend au moins un dispositif de protection (100) selon l'une quelconque des revendications 10 à 12.10