Brevet FR2009083A1 — publié le 19700130

L'invention est relative à un circuit de commande et plus particulièrement à un circuit pour changer un état existant dans un détecteur de seuil après l'apparition d'une condition (ou état) prédéterminée . 5 L'invention a pour buts : -de fournir un circuit de commande qui actionne un circuit détecteur de seuil après l'apparition d'une condition prédéterminée et qui part d'une conception simple tout en étant d'un fonctionnement exceptionnellement sûr et précis ; 10 -de fournir un circuit de commande qui change l'état d'un dispositif à seuil après un intervalle de temps prédéterminé ; -de fournir un circuit de commande qui nécessite seulement un nombre relativement petit d'éléments et dont le prix de revient est bas ; 15 -de fournir un circuit de commande léger et petit et qui se prête facilement à la microminiaturisation . D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre . Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple : 20 la Fig.l est un schéma illustrant un mode d'exécution du circuit de commande selon l'invention ; la Fig.2 comprend des graphiques représentant des variations de tensions-en certains points du montage illustré par la Fig.1, en fonction du temps ; et 25 les Fig. 3 à 7 sont des schémas électriques illustrant d'au tres modes d'exécution de l'invention • Ha Fig.l, à laquelle on va se référer maintenant, représente un circuit de commaçide 10 comprenant un détecteur de seuil ou commutateur a déclenchement 12 qui peut être, par exemple, un re-j>0 dresseur semi-conducteur commandé au silicium ayant une connexion électrique 14 d'anode , une connexion 16 de cathode et une connexion d'électrode de comma&de 18. tïne propriété d'un redresseur commandé réside dans le fait qu'il est bloqué jusqu'au moment où une certaine tension de seuil est appliquée à sa connexion 35 d'électrode de commande , après quoi il est débloqué ou rendu conducteur et le reste jusqu'au moment où la tension est supprimée du circuit comprenant aa cathode et son anode .Par exemple, un redresseur semi-conducteur commandé qui fonctionne dans le moçitage de la Fig.l est du type DIC-44 vendu par "Texas Instruments Incor-40 porated" . 69 16463 2009683 Les connexions l4,l6 et l8 du redresseur commandé au silicium 12 sont connectées respectivement aux bornes 20,22 et 24 . Une charge 26 est reliée à la cathode 16 par l'intermédiaire de la borne 22 et à la masse par l'intermédiaire dé la borne 28.Une 5 première source d'énergie 30 de volt, par exemple, présente une borne négative reliée à la masse par l'intermédiaire de la borne 28, tandis que sa borne positive est reliée par l'intermédiaire d'une borne 52 à un interrupteur 34 par l'intermédiaire d'un bras de contact 36. Le contact 38 de l'interrupteur 34 est 10 relié à la bôrne positive d'une seconde source d'énergie 40 de Vg volts par exemple, tandis que la borne négative de la source 40 est reliée électriquement à la connexion de commande 18 du redresseur 12 par l'intermédiaire dë la borne 24. A la borne 24 est aussi reliée une connexion d'un élément à impédance 42 qui 15 peut être par exemple une résistance variable, tandis que l'autre connexion de cet élément à impédance est relié au contact fixe 44 d'un interrupteur 46. L'impédance 42 est ainsi connectée en parallèle sur la source d'énergie 40, caractéristique qui contribue à donner les différents résultats avantageux du dispositif 20 de l'invention . Le bras de contact 48 de l'interrupteur 46 est relié à la borne 32 et à la borne négative d'une source d'énergie 50 telle que par exemple, une source d'alimentation en tension Sfe volts . La borne positive de la source d'alimentation en tension 50 est reliée électriquement à l'anûde l4 du redresseur 25 12 par l'intermédiaire de la borne 20. Les sources d'énergie 30, 40 et 50 peuvent être, par exemple, des piles sèches, des batteries au nickel-cadmium ou des piles au mercure, tandis que les interrupteurs 34 et 46 peuvent être du type unipolaires à une direction, modèle MST 105 E fabriqué par ALC0 . 3°, Lors du fonctionnement, les interrupteurs 34 et 46 étant ou verts, le redresseur 12 est initialement bloqué puisqu'aucune tension n'est présente sur sa . de commande 18. Par con séquent, .aucune puissance n'est fournie à la charge 26. On supposera qu'un niveau de seuil de l'ordre, de volts (Fig.2) pro-35 duisant un courant de déclsnchenant à travers la connexion de commande 24 est nécessaire ..pour débloquer le redresseur 12 et fermer ainsi le circuit d'alimentation de la charge 26. On suppose aussi que la. tension de la source 30 est approximativement égale à la tension Yg d® la source 40. Quand les deux in-40 terrupteurs 34 et 46 sont fermés à l'instant, t^ .= 0 (Fig.2) s 69 16463 ^ 2009083 initialement, le potentiel de la grille 24 est approximativement nul puisque les tensions Vj. et V£ ont des valeurs absolues approximativement égales mais de signes opposés et sont appliqués en série entre les bornes 2k et 28.En outre, la tension de la borne 5 de cathode 22 est aussi approximativement nulle puisqu'aucun cou-- rant décelable ne traverse la charge 26. XI en résulte que la tension initiale entre la grille et la cathode du redresseur 12 est voisine de 0 et que, dans ces conditions, ce redresseur est dans l'état bloqué ou non conducteur . 10 Pour faire passer le redresseur 12 de l'état non conducteur à l'état conducteur ( et fournir ainsi de l'énergie à la charge 26), la tension appliquée à la borne de commande 24 doit être supérieure à celle qui est appliquée à la cathode 16, c'est-à-dire que la jonction électrode de commahde-cathode doit être polarisée dans 15 le sens direct .On accomplit ceci par réduction ou par décharge de la tension Vg de la source ^0 qui neutralise la tension de la source 30. La tension Vg de la source 40 est réduite au bout d'un intervalle de temps prédéterminé après la fermeture de l'interrupteur 46 par le passage du courant I (indiqué sur la Fig.l) 20 à travers l'impédance 42. Le temps tg au bout duquel la tension de la sourc# d'énergie 40 est réduite à un niveau auquel le redresseur 12 est débloqué (V^ sur la Fig.2) dépend de la charge en parallèle sur la source d'énergie 40 qui est déterminée principalement par l'impédance 42 ainsi que par la constante de temps ou 25 capacité de la batterie, en supposant que la source d'énergie 40 est une batterie .Ce temps de retard prédéterminé tg , au bout duquel le redresseur 12 est déclenché peut être exprimé par l'équation suivante : nT} UtUp . . tP (heures) = (1) 2 30 dans laquelle la capacité C (en ampères.heures) est définie pour la source 40 quand la valeur absolue de la différence entre la tension de la source 30 et la tension décroissante Vg de la source 40 est au moins égale à la valeur absolue nécessaire pour débloquer le redresseur 12 ( c'est-à-dire que |v1-v2|= 35 d'après la Fig.2), et R^g est la valeur de l'impédance 42 exprimée en ohms .En supposant que l'élément à impédance 42 est une résistance variable, le temps nécessaire poûr que la source de tension 40 soit déchargée ou épuisée varie ainsi directement en fonction de la valeur de la résistance 42; c'est-à-dire que, lors-40 que la résistance 42 augmente , tg augmente .L'intervalle de temps 69 16463 2009083 62 peut être modifié ou étalonné non seulement par variation de la résistance 42 mais encore par décharge préalable d.e. la.capa-cité C de la source 40 d'une quantité prédéterminée qui contribue à faire varier tg • 5 En se référant en particulier à la Fig.2, on peut voir qu'à l'instant t^ où les interrupteurs 34 et 46 sont fermés, la tension totale à la borne 24 ou'.à l'électrode de commande 18 est nulle puisque les tensions V et Vg ont des valeurs absolues égales et de signes opposés .Bien que, d'après l'illustration gra-10 phique de la Fig.2, les valeurs absolues des tensions des sources de tension 30 et 40 soient sensiblement égales ,• la condition essentielle pour le déclenchement de l'organe à seuil 12 est que la valeur de la différence entre les tensions V^ et Vg égale ou supérieure au niveau de seuil (V^) du commutateur 15 ou organe à seuil 12. Par conséquent, les tensions V1 et Vg peuvent avoir initialement des valeurs absolues ingéales dans le cadre de l'invention, mais on a considéré que celles-ci sont sensiblement égales en vue de l'explication et de l'illustration . Lorsque la source de tension 40 est épuisée ou déchargée partir 20 âe sa valeur initiale Vg à travers la résistance 42 par le passage d'un courant I à travers ladite résistance, àa valeur de sa tension diminue à line vitesse qui dépend non seulement de la valeur de la résistance 42 mais encore de sa caractéristique de dëoroissance ou de sa capacité .Lorsque la tension Vg de la sour-25 ce de tension est réduite, la source de tension 30 n'est plus complètement neutralisée, de sorte que la tension de sortie combinée résultante qui apparaît sur la borne 24 (c'est-à-dire "sur l'électrode 18) , augmente positivement et s'approche de V^ , à savoir le seuil du redresseur 12. A l'instant tg (déterminé par 30 l'équation précédente) , le redresseur 12 commence à être conducteur à travers la charge 26 sous l'action de la tension de commande égale à (E^ + V^ ) volts Les interrupteurs 34 et 46 peuvent dtre jumelés .Les sources 30,40 et 50 peuvent toutes être des batteries du type à éléments 35 au mercure . Dans le cadre de l'invention, pour certaines applications, l'interrupteur 36 peut être omis de la Fig.l et la borne 38 peut être reliée à la connexion 32. L'interrupteur 36 contribue à éviter un épuisement indésirable des batteries par des courants de fuite quand les batteries sont introduites d'abord dans 40 le circuit . 69 16463 5 2009083 A titre d'exemple, les valeurs suivantes sont des valeurs typiques de certains éléments du montage représenté par la -Fig.l selon un mode d'exécution approprié de l'invention : source 30 1,3 volts 5 source 40 . „ „.. 1,3 volts source 50 2,6 volts résistance 42 26.000 ohms I 50 microampères capacité C 36 mllllampères.heu- 10 res 0,65 volt IqT 20 microampères $2 50 jours La Fig.3 représente une variante du mode d'exécution de l'in-15 vention de la Fig.l, dans laquelle la borne négative d'une source 50 est reliée directement à la borne 28 au llëu d'être reliée électriquement à la source de tension 30 et aux Interrupteurs 34 et 46. Cet agencement est souhaitable si la source 30 de volt présente un petit débit et si la charge 26 nécessite d'être tra-20 versée par des courants intenses comme par exemple dans le cas d'une lampe à Incandescence .Dans ce cas, quand l'organe à seuil 12 débite un courant à travers la charge 26, Il est soumis seule-ment à la tension de commande de volts et des courants intenses traversant la charge 26 ne perturbent-pas la source 30 . On re-2^ marquera que la charge 26 est connectée entre la borne positive de la source 50 et l'organe à seuil 12. Cet agencement est également applicable aux autres modes d'exécution de l'invention décrits . La Fig.4 représente une variante d» mode d'exécution repré-30 senté par la.Fig.l * dans laquelle la borne positive de la source 40 est reliée directement à la masse par l'intermédiaire de la borne 28 tandis que la borne négative de la source 40 est reliée à la borne négative de la source 30 ainsi qu'à une borne d'un Interrupteur 46. La borne positive de la source 30 est reliée à la 35 fois à la borne négative de la source de tension d'alimsntation 50 ainsi qu'à l'électrode 24 .L'impédance variable 42 est connectée en parallèle sur la source 40, une connexion de cette impédance étant reliée électriquement à la masse tandis que son autre extrémité est reliée au contact 44. L'anode 20 de l'organe à 4q seuil 12 est reliée à la borne positive de la source de tension 50, tandis que la charge 26 est reliée électriquement à la borne BA0 6 69 16463 2009083 de cathode 22 et à la borne de masse 28. Lors du fonctionnement, le montage représenté par la Flg.4 présente un mode de fonctionnement analogue à celui déjà décrit du montage illustré par la Fig.l .Après la fermeture de l'interrupteur 46, la source 40 de 5 Vg volts est déchargée à une vitesse prédéterminée qui dépend de la valeur de l'impédance 42 et de la capacité C de la source 40, de sorte que la tension résultante sur la borne de commande 24 peut augmenter jusqu'au moment où elle est au moins égale à V^ (Fig.2), moment auquel le redresseur 12 est déclenché et ferme le 10 circuit d'alimentation de la charge 26.L'instant tg est calculé à partir de l'équation (l) donnée dans la description précédente relative à la Fig.l. Fig.5 représente encore un autre mode d'exécution de l'invention dans lequel l'impédance 42 est connectée électriquement 15 entre la borne de commande 24 et la borne d'anode 20, c'est-à-dire en parallèle sur l'ensemble de la source 40 et de la source 50.Après la fermeture de l'interrupteur 52, il circule dans l'impédance 42 un courant I qui dépend des valeurs de S^,Vg et de l'impédance 42.L'équation (1) donnée précédemment est valable 20 pour tg pour le montage de la Fig.5, sauf qùe le dénominateur Vg figurant dans l'équation (l) est remplaéé par (Vg + E1) .Lors du fonctionnement, le courant I circule suivant le circuit Indiqué sur la Fig.5, déchargeant les deux sources 40 et £0 jus -qu'au moment où la tension de la source 40 a été réduite d'une 25 quantité telle que la somme de la tension V^ et de là tension réduite Vg est suffisante pour produire un courant de déclenchement qui fait passer l'orgase 12 de l'état non conducteur à l'état conducteur . Dans cette forme de réalisation de l'inven -tion, la capacité de la source 50 doit être supérieure à celle 3° de la source 40 pour que, quand l'organe a seuil 12 est déclenché , la source 50 présente encore une tension suffisante et une capacité en ampères.heures suffisante pour fournir de l'énergie à la Gharge 26. La Fig.6 représente encore, une autre variante du mode d'exé-35 cution de l'invention représenté par la Fig.l, dans laquelle un organe à seuil ou organe blstable 12 comprend deux transistors., à savoir, le transistor pnp 54 et le transistor npn 56 . Les transistors 54 et 56 pourraient être respectivement par exemple des types 2N 3702 et 2N 3704 vendus par "Texas Instruments ïncorpora-40 ted " . bad original 69 16463 7 2009083 L'organe à seuil 12 est pourvu de trois connexions de sortie , reliées à des bornes diverses , à savoir : la connexion d'émetteur du transistor 54 reliée à la borne 20, la connexion d'émetteur du transistor 56 reliée à la borne 22 et la connexion de collec-5 teur du transistor 54 relias à la base du transistor 56 et à la borne 24. La base du transistor 54 est reliée au collecteur du transistor 56. Une extrémité de la résistance 42 est reliée à la borne 24 tendis que son autre extrémité est reliée à la borne négative de la source 50 et à une borne de 1'interrupteur 58. 1° La source 40 est reliée à la borne 24 et à l'autre borne de l'interrupteur 58. Le fonctionnement du détecteur de seuil 12 à transistors représenté sur la Fig.5 est semblable à celui du circuit détecteur à seuil à redresseur commandé représenté sur la Fig.l. Ini-15 tialement, les deux transistors 54- et 56 sont bloqués puisque la tension de la borne 24 est essentiellement nulle (en supposant que est approximativement égale à Vg ) .En outre, la tension de la borne 22 est essentiellement nulle puisqu'aucun courant perceptible ne circule dans la charge 26. L'interrupteur 58 est 20 fermé à l'instant = 0 (Fig.2) .11 circule, à travers l'impédance 42, un courant I qui décharge la source 40 suivant le circuit représenté .A l'instant tg donné par l'équation (l), donnée précédemment, la tension de la source 40 est réduite à une valeur telle que la somme algébrique des tensions V^ et Vg 25 est au moins égale à V^ , à savoir le niveau de seuil de 1'^organe à seuil 12 (Fig.2) . Quand la tension de la borne 24 est au moins égale à V^, le collecteur du transistor 56 commence a être traversé par un courant provenant de la base du transistor 54 et par une réaction les transistors 54 et 56 commencent à 30 être conducteurs de façon à fournir de l'énergie à la charge.26. La Fig.7 représente encore une autre variante du montage représenté par la Fig.5 qui est identique au montage de celle-ci sauf que l'impédance 42 et l'interrupteur 58 ont été supprimés et qu'un interrupteur 60 est connecté entre la borne positive 35 de la source 40 et la borne négative de la source 50 (qui est aussi reliée électriquement à la borne positive de la source 30). Les sources 30 et 40 ont des polarités opposées et développent des tensions de valeurs telles que la valeur absolue de la différence entre et Vg n'est pas égale au niveau de seuil de ^0 l'organe bistable 12. On va supposer que la source électrique 40 69 16463 ■8 2009083 présente une vitesse de décharge naturelle définissable .Après un Intervalle de temps prédéterminé qui dépend de la charge , la vitesse de décharge ou de la durée de conservation , la valeur absolue de la différence entre et la tension décroissante V2 5 est au moins égale à la valeur de seuil de l'organe bistable 12 de sorte que ce dernier est débloqué et alimente en énergie la charge 26 . On remarquera que la source 30 peut aussi se décharger avec une seconde vitesse ; la considération Importante réside dans le 10 fait que les vitesses de décharge combinées ont pour effet de produire sur la borne 24 après un Intervalle de temps prédéterminé un potentiel électrique qui est au moins égale au seuil de l'organe 12. En résumé, ce montage de commande constitue un agencement 15 par lequel des sources de tension opposées sont utilisées pour engendrer une tension dont la valeur absôlue augmente lorsque l'une des sources est déchargée . Ce circuit de commande utilisé avec lin détecteur de seuil à titre d'élément de référence, constitue un dispositif de référence programmable qui est d'une com-20 plexlté minimale et bon marché, qui présente un nombre relativement petit d'éléments, qui est approprié pour des techniques de production en série et qui peut être cependant facilement changé ou étalonné de façon à faire varier le temps de retard du montage . La source d'énergie déchargée doit avoir une capacité d&flnlssable 25 raisonnablement exprimée en ampères.heures qui permetde déterminer la vitesse de décharge et, par suite, la tension en fonction de la durée de fonctionnement de la source . Naturellement l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution représentés et décrits qui n'ont été choisis qu'à ti-30 tre d'exemples . 9 2009083 69 16463 REVENDICATIONS I-Montage de commande pour alimenter en courant une charge après un Intervalle de temps prédéterminé, ce montage de commande comprenant un Interrupteur (12) normalement ouvert qui est placé dans une position "de fermeture en réponse à une condition électrique de façon à alimenter la charge, ledit montage de commande étant caractérisé en ce qu'il comprend une série de sourcesd'énergie (40,30 et 50),interconnectées de façon à produire un signal de sortie produisant une condition électrique différente de la condition électrique nécessaire pour fermer l'interrupteur , l'énergie provenant d'au moins une première source parmi la série de sourcesd'énergie variant progressivement de façon à faire varier progressivement le signal de sortie, de telle sorte que ce signal de sortie produise la condition électrique nécessaire pour fermer l'interrupteur après un temps de retard prédéterminé . 2-Moçitage de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la condition électrique requise pour fermer l'interrupteur réside dans une tension prédéterminée appliquée à celui-ci, la série de sources d'énergie comprenant des sources de tension interconnectées de façon à produire une tension de sortie différente de la dite tension prédéterminée, et la tension d'au moins une des sources de tension variant progressivement de façon à faire varier progressivement la tension de sortie de telle manière que la tension de sortie soit au moins égale à ladite tension prédéterminée après un temps de retard prédéterminé pour fermer l'interrupteur . 3-Montage de commande selon la revendication 2, caractérisé en es qu'il est prévu un circuit à seuil dans lequel est monté la charge, l'interrupteur étant incorporé dans le circuit à seuil et commandant le déclenchement de celui-ci, ladite condition électrique requise pour fermer l'interrupteur résidant dans l'application à celui-ci d'une tension de seuil prédéterminée . 4-Montage de commande selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé ep ce que les sources $e,tension comprennent une première source pour produire une première tension au moins aussi grande que la tension prédéterminée requise pour actionner l'interrupteur, et une seconde source de tension associai à la première source de façoçt à neutraliser initialement au moins partiellement la première source pour que la tension de sortie combinée d-»s première et seconde sources soit inférieure à la tension pré- 10 69 16463 2009083 déterminée requise pour actionner l'interrupteur, la première source étant connectée à l'interrupteur et la seconde source ayatit une tension progressivement décroissante de façon à augmenter progressivement ladite tension de sortie combinée des ; première et seconde sources pour que cette tension de sortie combinée résultante soit au moins égale à la tehsion prédéterminée après un temps de retard prédéterminé pour fermer l'interrupteur . 5-Montage de commande selon la revendication 4, caractg-q rls$ en ce que la seconde source de tension est disposée de façon à avoir une polarité opposée à celle de la première source de tension. 6-Montage de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que la seconde source de tension présente une ten- ^ sion initiale de valeur absolue sensiblement égale à celle de la première tension de la première source de tension . T-Montage de commande selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'un organe à seuil ayant des états conducteur et non conducteur e t comportant au moins 20 trois connexions d'entrée constitue ledit interrupteur , les-dltes sources de tension comportant une troisième source de tension disposée dans le circuit à seuil et connectée à une première connexion d'entrée de l'organe à seuil, une seconde connexion d'entrée de l'organe à seuil étant reliée à la charge 25 et la tension de sortie combinée des première efc seconde sources de tension $tant appliquée à la troisième connexion d'entrée de l'organe à seuil, de telle sorte que l'augmentation progressive de la tension de sortie combinée des première et seconde sources de tension ait pour effet, après un temps de 30 retard prédéterminé, de produire sur la troisième connexion une tension qui fait passer l'organe à seuil de l'état non conducteur à l'état conducteur, de façon à fermer ainsi le circuit à seuil allant de la troisième source de tension à la charge . 8-Montage de commande selon la revendication 7, caracté-35 rlsé en ce que l'organe à seuil comporte un redresseur semiconducteur commandé . 9-Montage de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe à seuil est un organe à seuil à transistors . 40 10-Montage de commande selon l'une quelconque des rev@ndl.ca- bad original 69 16463 " 2009083 tions 4 à 9, caractérisé en ce qu'il est prévu un élément à impédance connecté en parallèle sur la seconde source de tension pour réduire progressivement la tension de cette dernière de façon à augmenter progressivement la tension de sortie combinée 5 des première et seconde sources de tension . 11-Montage de commande selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément à impédance est une résistance variable telle que l'on puisse fair® varier sélectivement le temps de retard prédéterminé au bout duquel l'interrupteur est fermé . 10 12-Montage de commande selon l'une quelconque des revendica tions 2 à 11, caractérisé en ce que l'une des sources de tension au moins est une batterie .