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CA 02592460 2007-06-22
WO 2006/070170 PCT/FR2005/051145
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Amorce pyro-électronique à circuit de shuntage de pont
électrothermique
La présente invention concerne une amorce pyro-
électronique à circuit de shuntage de pont électrothermique.
Elle a des applications dans le domaine de la pyrotechnie
pour au moins la commande de l'allumage d'amorces.
L'allumage électrique des amorces est une technique
connue ancienne. Elle consiste à envoyer dans un pont
électrothermique au contact d'une composition primaire, par
une ligne électrique, un courant suffisant pour provoquer
l'allumage de la composition primaire. Elle a évoluée
récemment grâce à la mise en oeuvre d'amorces électroniques
qui peuvent recevoir des ordres par la ligne électrique, par
exemple ordres de sélection spécifique d'amorce et/ou de
programmation (retard, allumage...), et/ou qui peuvent
émettre des données par la même ligne électrique, par
exemple données d'identification d'amorce.
La sécurité est un élément fondamental de ce domaine
de la pyrotechnie et on a développé des solutions pour
diminuer les risques d'allumage intempestif de l'amorce, par
exemple à cause de courants vagabonds ou de décharges
électrostatiques. En effet, si dans le cas d'amorces purement
électriques comportant seulement un pont électrothermique
directement relié à une ligne d'allumage, on peut mettre en
oeuvre des ponts nécessitant de plus grandes énergies pour
provoquer l'allumage de l'amorce afin de diminuer la
sensibilité de l'ensemble, le cas des amorces comportant des
circuits électroniques est plus complexe du fait de leur
sensibilité intrinsèque aux courants faibles et/ou aux
décharges électrostatiques. On a donc proposé de mettre en
oeuvre en relation avec les circuits électroniques, des
dispositifs passifs de protection à type d'écrêteurs ou
limiteurs (éclateurs, réseau de diodes d'entrée, filtre RC
passe bas d'entrée...). Outre que ces solutions sont passives,
elles sont mises en oeuvre du coté interface ligne d'allumage
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(plus généralement permettant la commande codée et/ou des
échange de données et/ou l'alimentation pour les amorces
électroniques).
La présente invention propose quant à elle, l'utilisation
d'une solution active qui est mise en oeuvre en relation avec
le pont électrothermique et qui consiste à mettre en parallèle
du pont un shunt électrique, de préférence bidirectionnel,
commandable, monostable ou bistable. Pour le shunt bistable,
les commandes permettent de mettre le shunt soit dans un
état fermé stable (empêchant le fonctionnement du pont et
donc l'allumage, le shunt présente alors une faible résistance
électrique notamment par rapport à la résistance du pont) soit
dans un état ouvert stable (le shunt présente alors une forte
résistance électrique notamment par rapport à celle du pont
et dérive donc un courant négligeable). Pour le shunt
monostable, les commandes permettent de mettre le shunt
soit dans un état dans lequel il peut basculer de l'état ouvert
vers l'état fermé, ledit état étant dit état de bascule, le
basculement étant fonction d'un seuil de basculement de
signal électrique de pont, le basculement vers l'état fermé
étant obtenu lorsque le signal électrique appliqué au pont
dépasse le seuil, soit dans un état ouvert forcé. Si de
préférence, le shunt monostable qui est passé dans l'état
fermé repasse vers l'état ouvert lorsque le signal électrique
repasse en dessous d'un seuil, on envisage également le cas
où le shunt monostable reste dans l'état fermé après le
basculement, on comprend qu'alors il faut mettre en oeuvre
une commande spécifique pour le faire rebasculer vers l'état
de bascule ouvert (d'où il pourra basculer vers l'état fermé si
le seuil est encore une fois franchi vers le haut) où envoyer
une commande de forçage d'état ouvert.
On comprend que dans l'état fermé, le shunt qui est en
parallèle du pont court-circuite sensiblement le pont qui ne
peut plus alors fonctionner et provoquer l'allumage (ne peut
plus s'échauffer suffisamment faute d'un courant suffisant
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circulant en son sein). Le shunt monostable est dimensionné
pour que son seuil de basculement soit inférieur au couple
Ramorce x Io amorce, Ramorce étant la résistance de
l'amorce et Io amorce l'intensité maximale de non allumage
de l'amorce, le shunt étant conducteur au-dessus de ce seuil
et non-conducteur en dessous de ce seuil, ce qui rend tout
amorçage intempestif impossible. Le shunt monostable se
comporte comme un écrêteur commandable dont l'état fermé
fait que le pont ne verra qu'une tension comprise, selon le
type de shunt, entre zéro volt (court-circuit parfait) et au
maximum Ramorce x Io amorce volts (limiteur vrai). De
préférence pour le shunt bistable, le shunt dans l'état fermé
est configuré pour que le pont ne voit qu'une tension
comprise, selon le type de shunt, entre zéro volt (court-circuit
parfait) et au maximum Ramorce x Io amorce volts (limiteur
vrai).
L'invention concerne donc une amorce pyro-
électronique comportant un circuit électronique pour au moins
commande d'allumage de l'amorce par envoi d'un courant
dans un pont électrothermique.
Selon l'invention, l'amorce comporte en outre au moins
un moyen de shuntage électrique disposé en parallèle du
pont, le moyen de shuntage étant commandable par des
commandes permettant une sélection d'états, les états étant
un état fermé à faible résistance électrique du shunt destiné à
empêcher l'allumage de l'amorce par dérivation à travers du
shunt du courant du pont et un état ouvert à forte résistance
électrique du shunt (et autorisant donc un allumage qui sera
obtenu lorsqu'un courant sera envoyé dans le pont suite à
une commande d'allumage couplée ou non à une commande
d'état).
Dans divers modes de mise en oeuvre de l'invention, les
moyens suivants pouvant être utilisés seuls ou selon toutes
les combinaisons techniquement envisageables, sont
employés :
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- le shunt est bistable, les commandes permettant de mettre
le shunt soit dans un état fermé stable, soit dans un état
ouvert stable,
- le shunt est monostable, les commandes permettant de
mettre le shunt soit dans un état de bascule au moins de
l'état ouvert vers l'état fermé, le basculement étant fonction
d'un seuil de basculement de signal électrique de pont, le
basculement vers l'état fermé étant obtenu lorsque le signal
électrique appliqué au pont dépasse le seuil, soit dans un
état ouvert forcé,
- après basculement vers l'état fermé du shunt monostable,
ledit shunt rebascule vers l'état ouvert lorsque le signal
électrique repasse en dessous d'un seuil,
- le shunt monostable qui repasse vers l'état ouvert lorsque le
signal électrique repasse en dessous du seuil, présente un
hystérésis, le seuil de basculement de l'état ouvert vers l'état
fermé étant supérieur au seuil de basculement de l'état fermé
vers l'état ouvert,
- le shunt monostable qui repasse vers l'état ouvert lorsque le
signal électrique repasse en dessous du seuil est temporisé,
le rebasculement vers l'état ouvert s'effectuant après un délai
déterminé une fois que le signal est repassé sous le seuil,
- le shunt monostable qui repasse vers l'état ouvert lorsque le
signal électrique repasse en dessous du seuil est temporisé,
le rebasculement vers l'état ouvert s'effectuant après un délai
déterminé une fois que le signal est repassé et reste sous le
seuil, (le signal doit rester sous le seuil un certain temps pour
qu'il y ait rebasculement),
- après basculement vers l'état fermé du shunt monostable,
ledit shunt reste dans l'état fermé quel que soit le niveau du
signal électrique, une commande spécifique permettant de le
faire rebasculer dans l'état ouvert (état de bascule ou état
ouvert forcé),
- le même shunt peut être monostable ou bistable selon le
type de commande reçue,
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- le seuil est un seuil de tension choisi comme étant inférieur
au produit Ramorce x lo amorce, Ramorce étant la résistance
de l'amorce et lo amorce l'intensité maximale de non
allumage de l'amorce,
5 - la résistance à l'état fermé du shunt est inférieure à la
résistance du pont divisée par 10,
- le signal électrique de pont est la tension aux bornes du
pont,
- le signal électrique de pont est la tension aux bornes d'un
condensateur destiné à être déchargé à travers le pont lors
de l'allumage,
- le shunt est bidirectionnel, (en outre d'un courant de
polarité constante -courant continu de forme quelconque- le
shunt bidirectionnel laisse passer un éventuel courant
alternatif) (les caractéristiques électriques de conduction
dans l'état fermé peuvent être différentes en fonction du sens
-polarité- du courant shunté comme par exemple dans le cas
d'un shunt constitué d'un transistor NPN et d'une diode en
parallèle, cathode sur le collecteur et anode sur l'émetteur :
dans un sens seuil de conduction de la diode, dans l'autre
tension de saturation du transistor rendu passant)
- l'amorce comporte un circuit électronique configurable
ASIC, le shunt étant dans ou en dehors dudit circuit, (ASIC =
"application specific integrated circuit": circuit intégré dédié à
une application),
- le shunt est un composant choisi parmi au moins un (c'est à
dire un ou plusieurs ou une association de ces composants,
par exemple un transistor et un thyristor ou triac) ou plusieurs
des composants suivants:
- un relais électromagnétique,
- un relais statique,
- un transistor bipolaire,
- un transistor à effet de champ,
- un thyristor,
- un triac,
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- un commutateur micromécanique électrique (MEMS),
- une diode,
- une diode zener,
- un néon,
- au repos, le shunt est dans un état qui correspond à une
impossibilité d'allumage, (concerne aussi bien une amorce
non reliée à une ligne d'allumage, non alimentée, qu'une
amorce reliée à une ligne d'allumage parcourue par un
courant de communication et/ou d'alimentation pour une
amorce à commande par code, en dehors d'un code de
désinhibition ou d'activation ces termes étant équivalents)
- l'amorce comporte en outre des moyens de mesure du
courant passant dans le shunt et le changement ou
basculement vers l'état ouvert n'est possible que si la mesure
de courant est inférieure à un seuil prédéterminé de courant,
- les états du shunt sont sous la dépendance de commandes
(codes) envoyées sur une ligne d'allumage reliée au circuit
électronique de l'amorce,
- la tension de commande de l'ouverture du shunt est
supérieure à la tension minimum de fonctionnement de la
logique du module électronique,
- l'amorce comporte des moyens permettant que le passage
dans un état qui correspond à une possibilité d'allumage soit
sous la dépendance d'une commande de désinhibition
envoyée dans l'amorce,
- l'amorce comporte des moyens permettant que le passage
dans un état qui correspond à une impossibilité d'allumage
soit sous la dépendance d'une commande d'inhibition
envoyée dans l'amorce.
Grâce à la mise en oeuvre d'un shunt, outre la sécurité
accrue, il est possible de faire des tests sur l'amorce jusqu'à
provoquer une décharge électrique (simulation d'un courant
parasite ou commande d'allumage mais avec inhibition
d'allumage par shunt fermé stable ou dans un état de
bascule) dans le circuit final du pont mais sans provoquer
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l'allumage réel de l'amorce du fait que la décharge est
essentiellement dérivée à travers le shunt. On peut donc
effectuer des tests plus poussés que ce qui était possible
précédemment.
La présente invention va maintenant être exemplifiée
sans pour autant en être limitée avec la description qui suit
en relation avec la figure suivante:
la Figure 1 qui représente un schéma fonctionnel d'une
amorce selon l'invention.
Sur la Figure 1, l'amorce 1 comporte un module
électronique 2 relié en 3 à une ligne d'allumage et par
laquelle, selon le degré de complexité du module 2, un
courant d'allumage ou des ordres (codes ou instructions
diverses dont d'allumage) sont reçus par le module et,
éventuellement, des données qui peuvent être envoyées du
module vers l'extérieur. Le module comporte un circuit
électronique de commande. Un pont thermoélectrique 4 est
relié à deux lignes d'alimentation électrique par
l'intermédiaire d'un élément de commande d'allumage, trtir,
qui est un transistor 5, de préférence MOS comme sur la
Figure 1. Un condensateur de stockage Ctir est disposé entre
les deux lignes d'alimentation et est destiné à stocker de
l'énergie notamment destinée à l'allumage. Un shunt 7 est
disposé en parallèle du pont 4. Les états ouvert ou fermé du
shunt peuvent être commandés par le circuit électronique par
la ligne 8. Le circuit électronique, par une ligne 6, peut
commander l'allumage de l'amorce en rendant passant le
transistor 5 (et à la condition que le shunt 7 soit dans un état
ouvert stable ou forcé).
Dans le cas d'un shunt bistable, les commandes
permettent de faire passer le shunt d'un état ouvert stable à
un état fermé stable et inversement.
Dans le cas d'un shunt monostable, les commandes
permettent de faire passer le shunt d'un état de bascule dans
lequel le shunt peut passer au moins d'un état ouvert à un
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état fermé selon la valeur d'un signal électrique de pont
mesuré aux bornes du pont ou aux bornes de la capacité Ctir,
par rapport à un seuil, ou de le faire passer vers un état
ouvert forcé et inversement. Dans l'état de bascule le shunt
peut rebasculer à l'état ouvert automatiquement ou non en
fonction du signal électrique selon la variante mise en oeuvre.
De préférence, c'est le circuit électronique qui contrôle
le basculement en fonction du signal électrique de pont, le
shunt se présentant comme un simple commutateur ou
interrupteur. De préférence, on met en oeuvre un shunt
électronique qui est ou comporte un transistor bipolaire ou à
effet de champ, notamment MOS pour ce dernier. Dans une
variante où le circuit électronique n'effectue pas ces
contrôles, le shunt comporte des moyens de mesure du signal
et de contrôle de basculement propres.
Il est également possible de mettre en oeuvre des
moyens de sécurité complémentaires avec une mesure de
courant traversant le shunt 7 qui est en parallèle du pont
thermoélectrique 4 et on n'autorisera le basculement d'état de
fermé (donc amorce inhibée) vers l'état ouvert (amorce
désinhibée, autorisant alors un éventuel allumage) que si la
mesure de courant est inférieure à un seuil.
Dans une variante de l'invention, il est également
possible de mettre en oeuvre en outre du shunt qui est en
parallèle du pont, un circuit de commutation supplémentaire
(ouvert = non-conducteur/fermé = conducteur) commandable
en série avec le pont, le shunt étant en parallèle du circuit de
commutation et du pont, ces deux derniers étant en série, le
circuit de commutation ayant des commandes inversées par
rapport au shunt (pour allumage il faut que le circuit de
commutation soit fermé et le shunt ouvert). En alternative de
cette variante, le circuit de commutation peut être en série du
pont et du shunt qui sont en parallèle. Dans ces deux cas, le
circuit de commutation est de préférence distinct de l'élément
de commande 5 d'allumage. On doit noter que cette variante
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présente l'inconvénient de rajouter un circuit de commutation
qui peut présenter une certaine résistance interne même
fermé, ceci en série du pont, ce qui peut réduire l'énergie
fournie au pont.
Enfin et de préférence, lorsque l'amorce est au repos,
non utilisée, non connectée à une ligne d'allumage, non
alimentée, voire même connectée et alimentée par une ligne
d'allumage, l'amorce est initialement (en l'absence de
commande contraire) dans un état d'inhibition de l'allumage,
c'est-à-dire que le shunt est dans un état fermé stable (cas
du shunt bistable) ou un état de bascule (cas du shunt
monostable) empêchant ainsi tout allumage intempestif.
