FR2670959A1 - Circuit for protecting electrical equipment against mains overvoltages - Google Patents
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Abstract
Description
Circuit de protection d'équipement électrique
contre des surtensions de secteur
La présente invention concerne un circuit de protection d'équipements électriques contre des surtensions de secteur.Electrical equipment protection circuit
against mains overvoltages
The present invention relates to a circuit for protecting electrical equipment against mains overvoltages.
Elle s'applique notamment à la protection d'équipements électriques ou électroniques contre les surtensions des réseaux, les erreurs de connexion ou les pannes des circuits d'alimentation. It applies in particular to the protection of electrical or electronic equipment against network overvoltages, connection errors or breakdowns of the supply circuits.
Dans les circuits de protection connus des réseaux continus basse tension, la protection contre les surtensions est généralement assurée par une mise en court-circuit du circuit d'alimentation au moyen d'un thyristor commandé par un circuit détecteur des anomalies du réseau d'alimentation. In known protection circuits of low-voltage DC networks, overvoltage protection is generally ensured by short-circuiting the supply circuit by means of a thyristor controlled by a circuit detecting anomalies in the supply network. .
Bien que des circuits équivalents aient été mis en oeuvre pour assurer également la protection d'équipements alimentés en courant alternatif, ceux-ci s 1avèrent à l'expérience inefficaces, soit que le thyristor ne protège que durant seulement une demi alternance, la tension de crête restant intacte pendant l'autre demi alternance, ce qui est suffisant pour endommager en cas de surtension l'équipement branché sur le réseau, soit que le thyristor protège les deux demi alternances en absorbant toutefois un courant de court-circuit important sans que soit pour autant limité le courant passant dans le pont des diodes d'alimentation de l'équipement. Although equivalent circuits have been implemented to also protect equipment supplied with alternating current, these prove to be ineffective in experience, that is to say that the thyristor only protects during half a wave, the voltage of peak remaining intact during the other half-wave, which is sufficient to damage in the event of an overvoltage the equipment connected to the network, or that the thyristor protects the two half-waves by absorbing however a large short-circuit current without being however, the current passing through the bridge of the equipment supply diodes is limited.
Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. The object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks.
A cet effet, l'invention a pour objet, un circuit de protection d'équipement électrique contre les surtensions de secteur, du type comportant un dispositif de mise en court-circuit de la tension alternative fournie par le secteur à l'équipement caractérisé en ce que le dispositif de mise en court-circuit est de type bidirectionnel et est commandé par un circuit de déclenchement fonctionnant indifféremment sur les alternances positive et négative de la tension alternative fournie par le secteur lorsque la tension fournie par le secteur dépasse une valeur de seuil prédéterminée. To this end, the subject of the invention is a circuit for protecting electrical equipment against mains overvoltages, of the type comprising a device for short-circuiting the alternating voltage supplied by the sector to the equipment, characterized in that the short-circuiting device is of the bidirectional type and is controlled by a tripping circuit operating indifferently on the positive and negative alternations of the alternating voltage supplied by the sector when the voltage supplied by the sector exceeds a threshold value predetermined.
Le circuit selon l'invention a pour principal avantage qu'il permet d'assurer la protection d'équipements électroniques contre les surtensions des réseaux d'alimentation, les erreurs de connexion d'équipements prévus d'être alimentés par exemple, sur un réseau 110 volts et qui sont branchés par erreur sur un réseau 220 volts, ou contre des surtensions produites par des pannes de circuits d'alimentation. Le circuit selon l'invention agit par court-circuit en aval d'un organe de coupure (fusible ou disjoncteur) qui ainsi coupe l'alimentation générale de l'équipement lorsque la surtension se produit. The main advantage of the circuit according to the invention is that it makes it possible to protect electronic equipment against overvoltages in supply networks, connection errors in equipment intended to be supplied, for example, on a network. 110 volts and which are connected by mistake to a 220 volt network, or against overvoltages produced by breakdowns of supply circuits. The circuit according to the invention acts by short circuit downstream of a breaking device (fuse or circuit breaker) which thus cuts the general supply of the equipment when the overvoltage occurs.
De la sorte le circuit agit sans épuiser la réserve d'énergie stockée dans le condensateur du circuit de redressement et filtrage de l'équipement ce qui présente aussi les avantages que les diodes du pont de redressement n'ont pas à supporter le courant de décharge du condensateur et de permettre d'assurer la fonction sauvegarde de configuration de logiciel (stockage en RAM) souvent utilisée dans les matériels électroniques. In this way the circuit acts without exhausting the energy reserve stored in the capacitor of the rectifying circuit and filtering of the equipment, which also has the advantages that the diodes of the rectifying bridge do not have to withstand the discharge current. of the capacitor and make it possible to ensure the backup function of software configuration (storage in RAM) often used in electronic equipment.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront ci-après à l'aide de la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent
- Les - figures 1A et lB deux modes d'insertion d'un circuit de protection selon l'invention dans un équipement alimenté sur le réseau alternatif.Other characteristics and advantages of the invention will appear below with the aid of the description which follows given with reference to the appended drawings which represent
- The - Figures 1A and lB two modes of insertion of a protection circuit according to the invention in equipment supplied on the AC network.
- Les figures 2A et 2B deux modes de réalisation d'un circuit de protection selon l'invention correspondant respectivement aux modes de réalisation des figures 1A et lB
- Les figures 3A, 3B et 3C des graphes de représentation des instants de commande des circuits de protection des figures 2A et 2B.- Figures 2A and 2B two embodiments of a protection circuit according to the invention respectively corresponding to the embodiments of Figures 1A and lB
- Figures 3A, 3B and 3C represent graphs of the control instants of the protection circuits of Figures 2A and 2B.
Selon l'invention, le circuit de protection est destiné à être branché, soit comme le montre la figure 1A, au secondaire du transformateur d'alimentation d'un équipement, soit directement, comme représenté à la figure lB, sur le réseau alternatif d'alimentation de cet équipement. According to the invention, the protection circuit is intended to be connected, either as shown in FIG. 1A, to the secondary of the power supply transformer of an equipment, or directly, as shown in FIG. 1B, on the alternating network d of this equipment.
Sur la figure 1A, le circuit de protection 1 comporte deux bornes A et B reliées respectivement d'une part, aux extrémités d'un enroulement secondaire d'un transformateur 2 dont l'enroule- ment primaire est alimenté par le réseau alternatif par l'intermédiaire d'un organe de coupure (fusible ou disjoncteur) et éventuellement d'un filtre 3 et d'autre part, à un dispositif convertisseur 4 de la tension alternative développée au secondaire du transformateur 2 en une tension continue, le convertisseur 4 pouvant être réalisé par exemple, comme le montre la figure 1A, au moyen d'un pont de diodes 5 et d'un condensateur de filtrage 6. Le circuit de protection 1 est commandé par un circuit de commande 7 en fonction du niveau de la tension continue développée à la sortie du convertisseur 4. In FIG. 1A, the protection circuit 1 comprises two terminals A and B connected respectively on the one hand, to the ends of a secondary winding of a transformer 2, the primary winding of which is supplied by the alternating network by the '' through a cut-off device (fuse or circuit breaker) and possibly a filter 3 and on the other hand, to a device 4 for converting the alternating voltage developed at the secondary of transformer 2 into a direct voltage, converter 4 being able to be made for example, as shown in FIG. 1A, by means of a diode bridge 5 and a filtering capacitor 6. The protection circuit 1 is controlled by a control circuit 7 as a function of the level of the voltage continuous developed at the output of converter 4.
Un mode de réalisation d'un circuit de protection 1 applicable à la protection d'un équipement alimenté en énergie électrique par le secondaire d'un transformateur conformément à la représentation de la figure lA est montré à la figure 2A. Ce circuit comporte un dispositif bidirectionnel de mise en court-circuit de la tension alternative appliquée au convertisseur de tension alternative en tension continue de l'équipement, formé par un triac Q3 ou tout dispositif équivalent à thryristor capable de conduire sur les deux alternances positive et négative du secteur. Sur la figure 2A le triac Q3 est relié en série avec une inductance L1 et une résistance R1 entre les bornes A et B du dispositif de protection, pour limiter la vitesse de croissance et la valeur max du courant dans le triac Q3. An embodiment of a protection circuit 1 applicable to the protection of equipment supplied with electrical energy by the secondary of a transformer in accordance with the representation of FIG. 1A is shown in FIG. 2A. This circuit includes a bidirectional device for short-circuiting the alternating voltage applied to the converter from alternating voltage to direct voltage of the equipment, formed by a triac Q3 or any device equivalent to a thryristor capable of driving on the two alternations positive and sector negative. In FIG. 2A the triac Q3 is connected in series with an inductance L1 and a resistor R1 between the terminals A and B of the protection device, to limit the growth rate and the maximum value of the current in the triac Q3.
La grille g du triac est commandée par un circuit de déclenchement 8 représenté à l'intérieur d'une ligne fermée en pointIllés. Le circuit de commande 8 comporte un pont redresseur deux alternances type Graetz formé par quatre diodes D D2,
D3 et D4, et un interrupteur de courant formé par deux transistors Q1, Q2 de type de conductivité complémentaire, respectivement PNP et NPN sur la figure 2A et un phototransistor PH1 alimentés en parallèle avec une résistance R1l à l'intérieur d'une première diagonale PH du pont entre les cathodes communes des diodes D1 et D3 et les anodes communes des diodes D2 et D4.The gate g of the triac is controlled by a trigger circuit 8 shown inside a line closed in pointIllés. The control circuit 8 comprises a two-wave Graetz type rectifier bridge formed by four diodes D D2,
D3 and D4, and a current switch formed by two transistors Q1, Q2 of complementary conductivity type, respectively PNP and NPN in FIG. 2A and a phototransistor PH1 supplied in parallel with a resistor R1l inside a first diagonal PH of the bridge between the common cathodes of diodes D1 and D3 and the common anodes of diodes D2 and D4.
L'autre diagonale du pont est située entre les points D et
G communs respectivement aux diodes D1, D2 d'une part, et D3,
D4 d'autre part. Le point D est relié au point commun d'une résistance R2 et d'un condensateur C1. Les extrémités non communes de la résistance R2 et du condensateur C1 sont reliées respectivement à chacune des anodes A2 et A1 du triac Q3. Le point G est relié d'une part, à la grille du triac Q3 par l'intermédiaire d'une résistance Rg et d'une résistance R10 reliées en série. Les transistors Q1 et Q2 sont branchés entre les points F et H de la première diagonale du pont de diodes D1 à D4. Le collecteur du transistor Q1 est relié d'une part au point H par l'intermédiaire d'une résistance R8 et d'autre part, à la base du transistor Q2 dont l'émetteur est relié au point H.The other diagonal of the bridge is located between points D and
G common respectively to diodes D1, D2 on the one hand, and D3,
D4 on the other hand. Point D is connected to the common point of a resistor R2 and a capacitor C1. The non-common ends of the resistor R2 and of the capacitor C1 are connected respectively to each of the anodes A2 and A1 of the triac Q3. The point G is connected on the one hand, to the grid of the triac Q3 via a resistor Rg and a resistor R10 connected in series. The transistors Q1 and Q2 are connected between the points F and H of the first diagonal of the diode bridge D1 to D4. The collector of transistor Q1 is connected on the one hand to point H via a resistor R8 and on the other hand, to the base of transistor Q2 whose emitter is connected to point H.
Le collecteur du transistor Q2 est relié d'une part au point F par l'intermédiaire d'une résistance R4 branchée en parallèle sur deux diodes D7 et D8 disposées en série et d'autre part, à la base du transistor Q1. Le collecteur du phototransistor PH est relié d'une part, au point F par l'intermédiaire d'une diode
Zener D5, d'une résistance R5 et de la résistance R4 reliées en série et d'autre part, au point H par l'intermédiaire d'une diode Zener D6 placée en parallèle entre son collecteur et son émetteur. La base du phototransistor PH1 est reliée au point H par l'intermédiaire d'une résistance R6. La diode électroluminescente du phototransistor PH1 est commandée par une tension Vc appliquée par le circuit de commande 7 des figures lA et 1B.The collector of transistor Q2 is connected on the one hand to point F via a resistor R4 connected in parallel to two diodes D7 and D8 arranged in series and on the other hand, to the base of transistor Q1. The collector of the phototransistor PH is connected on the one hand, to point F via a diode
Zener D5, a resistor R5 and the resistor R4 connected in series and on the other hand, at point H via a Zener diode D6 placed in parallel between its collector and its transmitter. The base of the phototransistor PH1 is connected to the point H via a resistor R6. The light-emitting diode of the phototransistor PH1 is controlled by a voltage Vc applied by the control circuit 7 of FIGS. 1A and 1B.
Selon la configurationde la figure 2A le circuit de protection peut être commandé de deux façons différentes, selon que le photocoupleur PH1 est sollicité ou non, par le circuit de commande 7. Lorsque le photocoupleur PH1 n'est pas sollicité, le circuit de protection se déclenche lorsque la tension instantanée appliquée aux bornes A et B atteint, comme le montre la figure 3A, la somme des deux tensions d'avalanche des diodes Zener D5 et D6. La conduction des diodes D5 et D6 entraîne celle du transistor Q1, puis celle du transistor Q2 et enfin la commande du triac Q3 par le courant de décharge du condensateur C1 dans le circuit formé par la diode D1, des diodes D7, D8, le transistor Q2 et la diode D4 dans le cas d'une demi alternance positive.Compte tenu de ce qui précède le courant de déclenchement du dispositif de protection est égale au quotient de la tension développée entre la base et l'émetteur du transistor Q1 par la résistance R4. Naturellement le dispositif de commutation qui vient d'être décrit peut être déclenché sur l'une ou l'autre alternance de la tension alternative appliquée entre les bornes A et B du fait du montage en pont des diodes D1 à D4 qui effectue un redressement double alternance. According to the configuration of FIG. 2A, the protection circuit can be controlled in two different ways, depending on whether the photocoupler PH1 is stressed or not, by the control circuit 7. When the photocoupler PH1 is not stressed, the protection circuit is triggers when the instantaneous voltage applied to terminals A and B reaches, as shown in FIG. 3A, the sum of the two avalanche voltages of the Zener diodes D5 and D6. The conduction of diodes D5 and D6 causes that of transistor Q1, then that of transistor Q2 and finally the control of triac Q3 by the discharge current of capacitor C1 in the circuit formed by diode D1, diodes D7, D8, the transistor Q2 and diode D4 in the case of a positive half-wave. Taking into account the above the tripping current of the protection device is equal to the quotient of the voltage developed between the base and the emitter of transistor Q1 by the resistance R4. Naturally the switching device which has just been described can be triggered on either alternation of the alternating voltage applied between the terminals A and B due to the bridging of the diodes D1 to D4 which performs a double rectification sandwich course.
L'ensemble Q2' R89 D7, D D8 constitue l'équivalent d'un thyristor, ce qui permet d'obtenir une croissance rapide du courant de commande du triac Q3. I1 présente par rapport à un thyristor réel, l'avantage d'avoir une sensibilité au déclenchement beaucoup plus précise que celui-ci. The assembly Q2 'R89 D7, D D8 constitutes the equivalent of a thyristor, which makes it possible to obtain rapid growth of the control current of the triac Q3. I1 has the advantage over a real thyristor of having a much more precise trigger sensitivity than this.
Les diodes D7, D8 et la résistance R7 permettent de limiter le courant dans le transistor Q1 et par conséquent dans les bases des deux transistors. Le courantp rincipal circule à travers les éléments D7, D8 et collecteur-émetteur de Q2, ces trois éléments sont dimensionnés en conséquence. The diodes D7, D8 and the resistor R7 make it possible to limit the current in the transistor Q1 and consequently in the bases of the two transistors. The main current flows through the elements D7, D8 and collector-emitter of Q2, these three elements are dimensioned accordingly.
Le rôle de la résistance R2 est, avec celui du condensateur C1, de filtrer d'éventuels parasites et d'éviter au moment du déclenchement que les courants de décharge du condensateur
C1 ne s'écoulent entièrement dans le circuit d'anode du triac Q3 au lieu de passer dans l'électrode de commande de celui-ci. En choisissant pour la constante de temps R2 C1 une valeur très faible devant la période de la tension secteur aucun déphasage significatif par rapport à la tension secteur ne peut être apporté par le circuit R2C1.The role of the resistor R2 is, with that of the capacitor C1, to filter possible parasites and to avoid at the time of tripping that the discharge currents of the capacitor
C1 does not flow entirely through the anode circuit of the triac Q3 instead of passing through the control electrode of the latter. By choosing for the time constant R2 C1 a very low value before the period of the mains voltage, no significant phase shift relative to the mains voltage can be provided by the circuit R2C1.
Lorsque le photocoupleur PH1 est sollicité deux types de fonctionnement peuvent également se présenter suivant que la tension instantanée VAVB entre les bornes A et B est supérieure ou inférieure à la tension d'avalanche de la diode
Zener D5.When the photocoupler PH1 is requested two types of operation can also occur depending on whether the instantaneous voltage VAVB between the terminals A and B is higher or lower than the avalanche voltage of the diode
Zener D5.
Lorsque la tension VA-VB est supérieure à la tension d'avalanche de la diode Zener D5 le circuit se déclenche immédiatement de la manière représentée à la figure 3B. When the voltage VA-VB is greater than the avalanche voltage of the Zener diode D5, the circuit is immediately triggered as shown in FIG. 3B.
Par contre, comme le montre la figure 3C, lorsque la tension VAVB est inférieure à la tension d'avalanche de la diode
Zener D5 le circuit de protection se déclenche sitôt que la tension instantanée atteint la tension d'avalanche de la diode
D5. Cette disposition permet d'obtenir une impulsion de commande correcte du triac Q3 par le fait que le condensateur
C1 a le temps d'être chargé au préalable.On the other hand, as shown in FIG. 3C, when the VAVB voltage is lower than the avalanche voltage of the diode
Zener D5 the protection circuit is triggered as soon as the instantaneous voltage reaches the avalanche voltage of the diode
D5. This arrangement makes it possible to obtain a correct command pulse of the triac Q3 by the fact that the capacitor
C1 has time to be charged beforehand.
Le mode de réalisation d'un circuit de protection d'un équipement alimenté directement par le secteur sans utiliser de transformateur, est représenté à la figure 2B. Comme ce circuit diffère très peu de celui représenté à la figure 2A, les éléments homologues à ceux de la figure 2A sont représentés avec les mêmes références. The embodiment of a protection circuit of an equipment supplied directly by the sector without using a transformer, is represented in FIG. 2B. As this circuit differs very little from that represented in FIG. 2A, the elements homologous to those of FIG. 2A are represented with the same references.
A la différence du circuit de la figure 2A le circuit de la figure 2B comporte en plus un circuit diviseur formé par la résistance R1l et des résistances R12 et R13 en série avec la résistance R2. Des condensateurs C2 et C3 sont placés en parallèle respectivement entre les extrémités des résistances
R12 et R13. Cette disposition permet de ramener la tension du réseau à une valeur adéquate pour permettre au circuit de protection de fonctionner. Unlike the circuit of FIG. 2A, the circuit of FIG. 2B further comprises a divider circuit formed by the resistor R1l and resistors R12 and R13 in series with the resistor R2. Capacitors C2 and C3 are placed in parallel respectively between the ends of the resistors
R12 and R13. This arrangement makes it possible to reduce the network voltage to an adequate value to allow the protection circuit to operate.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9016136A FR2670959A1 (en) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | Circuit for protecting electrical equipment against mains overvoltages |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR9016136A FR2670959A1 (en) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | Circuit for protecting electrical equipment against mains overvoltages |
Publications (1)
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| FR2670959A1 true FR2670959A1 (en) | 1992-06-26 |
Family
ID=9403561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9016136A Withdrawn FR2670959A1 (en) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | Circuit for protecting electrical equipment against mains overvoltages |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2670959A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017202569A3 (en) * | 2016-05-25 | 2018-01-18 | Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg | Primary-pulsed switching power supply |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2023361A (en) * | 1978-06-14 | 1979-12-28 | Esquire Inc | Electronic portection circuit incorporating voltage divider sensing gating and triggering |
| EP0239863A1 (en) * | 1986-04-04 | 1987-10-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Circuit for the protection of a load against overvoltages |
| DE3806288A1 (en) * | 1988-02-27 | 1989-09-07 | Asea Brown Boveri | Overvoltage protection device for an incoming-feeder circuit |
-
1990
- 1990-12-21 FR FR9016136A patent/FR2670959A1/en not_active Withdrawn
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| ST | Notification of lapse |