Brevet FR2005600A1 — publié le 19691212

La présente invention se rapporte à un régulateur de tension pour régler la tension de sortie d'un générateur pourvu d'un enroulement d'excitation, notamment un alternateur d'éclairage, comportant un semi-conducteur com-5 mandé pour contrôler le courant d'excitation et elle concerne plus particulièrement un dispositif qui, dans le cas d'une augmentation de la tension à régler au-delà d'une valeur maximale admissible, par exemple par suite d'une panne dans le circuit du régulateur de tension, coupe le courant d'excitation» 10 Les dispositions connues de ré gulateurs de tension maintiennent la tension de sortie de la machine d'éclairage à une valeur moyenne prédéterminée. De petits écarts donnant lieu à des valeurs de tension plus élevées ou plus faibles sont obtenus en cours de marche du fait du fonc-15 tionnement du régulateur qui, lorsque la tension à régler à la sortie de la machine d'éclairage augmente au-delà d'une valeur limite supérieure, coupe l'alimentation en courant de l'enroulement d'excitation et qui la rétablit lorsque la tension tombe en-dessous d'une valeur limite inférieure (régulateur à deux 20 points). Quant le régulateur ne coupe pas, du fait d'une panne, le courant d'excitation lorsque la tension de sortie de la machine d'éclairage a atteint la valeur limite supérieure, cette tension continue à augmenter en correspondance à la vitesse du rotor, à savoir jusqu'à des valeurs élevées et inadmissibles. 25 Ce risque existe surtout dans des régulateurs qui utilisent pour la commande du courant d'excitation un semi-conducteur commandé, par exemple un transistor, car dans ce cas on doit toujours tenir compte d'un certain pourcentage de semi-conducteurs défectueux ; ceux-ci sont alors constamment conducteurs du fait du court-cir-30 cuitage de leurs voies émetteur-collecteur en cours de fabrication. Lorsque la tension à la sortie de la machine d'éclairage augmente au-delà d'une valeur maximale admissible, il existe le risque que les fils des lampes du véhi-35 cule grillent, que la batterie soit chargée excessivement et que le liquide de batterie se vaporise. Les conséquences d'\an défaut du régulateur de tension peuvent par conséquent être importantes. On connaît un dispositif qui, pour éviter de tels perturbations, coupe le courant d'excitation kO par exemple à l'aide d'un relais de surtension ; ce dispositif 6909686 2 2005600 mécanique est cependant également sujet à des pannes et il est trop coûteux dans de nombreux cas d'utilisation. Un autre dispositif connu, muni d'un thyristor qui court-circuite en cas de danger la tension de sortie de la machine d'éclairage et qui 5 annule ainsi le courant d'excitation, nécessite plusieurs éléments de commande. L'invention a pour but de réaliser un dispositif qui permet, avec une faible dépense et à l'aide d'un élément de commande non-sujet à des pannes, de cou-10 per le courant d'excitation aussitôt que la tension de sortie de la machine d'éclairage augmente au-delà d'une valeur maximal admissible. Le régulateur de tension selon l'invention est caractérisé par ce que la tension du courant 15 d'excitation sollicite un élément de commande sensible à la ten sion qui, pour la tension de sortie désirée, présente une résis tance interne élevée et qui, lorsque cette tension augmente au-delà d'une valeur maximale admissible, change de résistance dan le sens d'une réduction. 20 On peut obtenir l'effet désiré d'une manière particulièrement avantageuse lorsque, suivant une autre caractéristique de l'invention, l'élément de commande est un élément semi-conducteur, notamment une diode semi-conductric à caractéristiques de claquage qui, lorsque la tension précitée 25 augmente au-delà d'une valeur maximale admissible, court-circui te pratiquement la source de tension. La description ci-après se rap porte au dessin unique ci-joint qui représente un circuit selon 1'invention. 30 Un alternateur désigné par 10 comporte trois enroulements inducteurs 11, 12, 13 et un enroule ment d'excitation l4 qui est déplacé d'une manière connue par rapport aux enroulements inducteurs 11, 12, 13 et qui produit dans ceux-ci trois tensions alternatives déphasées entre elles 35 de 120°. Les enroulements inducteurs 11 à 13 sont reliés par l'intermédiaire de trois redresseurs 15 à un conducteur négatif commun 17 mis à la masse et, par l'intermédiaire de trois redresseurs l6, à un premier conducteur posi-kO tif 18. Les redresseurs 15 et 16 sont ainsi branchés comme un 6909686 3 2005600 pont redresseur triphasé. Une batterie 19 est branchée entre les conducteurs 17 et l8. Un second conducteur positif 22 est également relié par l'intermédiaire de trois redresseurs 23 5 aux enroulements inducteurs 11 à 13- Les redresseurs 23 constituent en combinaison avec les trois redresseurs 15 un second pont redresseur de manière qu'il existe entre les conducteurs l8 et 17 la même tension qu'entre les conducteurs 22 et 17- Entre les conducteurs 22 et 17, 10 il est prévu un élément semi-conducteur 21 constitué par une diode Zener et présentant une caractéristique de claquage, cette diode étant reliée par sa cathode au second conducteur positif 22. Une résistance 2k est reliée 15 au conducteur 22 et par son autre borne et par l'intermédiaire d'un point de jonction 25, à une résistance 26 elle-même mise à la masse par l'intermédiaire d'un point de jonction servant de prise 27 et d'une résistance 28. Les résistances 2k, 26, 28 constituent ensemble un diviseur de tension qui est alimenté 20 par la tension de sortie de la machine d'éclairage 10 à régler. Entre le point de jonction 25 et la masse est branché un condensateur de filtrage 29 qui compense des variations de tension de courte durée entre les conducteurs 17 et 22= La cathode d'un composant non 25 linéaire formée par une diode Zener 32 est reliée à la prise 27* L'anode de la diode Zener 32 est reliée à la base d'un transistor 33 de type NPN servant de transistor de commande et dont l'émetteur est relié, de même que l'émetteur d'un second transistor 3k de type NPN, directement à la masse. Une résistance 30 35 est branchée entre la base du transistor 33 et la masse. Le collecteur du transistor 33 est relié d'une part directement à 1ê> 'rase du transistor 3k et d'autre part, par l'intermédiaire d'une résistance 36, au conducteur 22. Le collecteur du transistor 3k est relié à l'une 35 des bornes de l'enroulement d'excitation l4 ainsi que, par l'intermédiaire d'une résistance 37, à la prise 27- L'autre borne de l'enroulement d'excitation l4 est reliée au conducteur 22. de même que la cathode d'une diode 38 branchée en pai illèle. Les composants 32 à *^7 entourés ko par la ligne en traits mixtes 39 constituent une unité d'ampli 6909686 k 2005600 fication qui n'est formée que de résistances et de transistors et qui peut par conséquent être réalisée facilement sous forme d'un circuit intégré. Entre le conducteur 22 et le 5 conducteur positif l8 est branchée une combinaison-série d'une lampe indicatrice de charge 40 et d'un interrupteur d'allumage 4l„ Le circuit décrit fonctionne de la manière suivante : 10 Lorsque l'alternateur 10 four nit une tension trop faible, le potentiel à la prise 27 est suffisamment bas pour que la diode Zener 32 soit bloquée et pour que le transistor 33 ne reçoive aucun courant de base, en étant ainsi bloqué. Son collecteur a par conséquent un potentiel posi-15 tif par rapport au conducteur 17 de sorte qu'il passe dans le transistor 34 un courant de base le rendant conducteur, ce qui assure le passage d'un courant dans l'enroulement d'excitation l4 et par conséquent l'augmentation de la tension à la sortie de l'alternateur 10. 20 Le collecteur du transistor 34 prend alors à peu près le potentiel du conducteur négatif 17 de sorte que dans ce cas la résistance 37 agit comme si elle était branchée entre la prise 27 et la masse. Elle diminue ainsi la tension de la résistance partielle 28 du diviseur de tension 25 24, 26, 28 et elle maintient par conséquent le transistor de commande 33 et la diode Zener 32 dans la condition de blocage. Si la tension de sortie de l'alternateur 10 augmente, le potentiel de la prise 27 devient finalement suffisamment positif pour que la diode Zener 32 commence à être conductrice et pour qu'il 30 passe dans le transistor 33 un courant de base rendant ce transistor conducteur. Son courant de collecteur augmente alors fortement, ce qui provoque une diminution du courant de base du transistor 34. Le potentiel de collecteur du transistor 34 devient plus positif et il atteint à peu près la valeur du poten-35 tiel du conducteur 22. La résistance 37 agit maintenant comme si elle était branchée entre la prisé 27 et le conducteur 22 et elle augmente le potentiel de la prise 27 par exemple de 0,2 V. La diode Zener 32 est rendue complètement conductrice par cette augmentation de potentiel. Ainsi, le transistor 34 est complète-40 ment bloqué. 6909686 5 2005600 Le couplage établi par l'intermédiaire de la résistance 37 permet une commutation très rapide du transistor 34 de sa condition de conduction dans sa condition de blocage et inversement» Du fait qu'il est avantageusement 5 prévu un condensateur de filtrage 29, ce couplage à l'aide de la résistance 37 peut être exploité intégralement. Après blocage du transistor 3k, le courant dans l'enroulement d'excitation l4 diminue exponentiellement, ce courant continuant à passer dans ce cas dans 10 la diode 38, ce qui provoque une diminution de la tension de sortie de l'alternateur 10 à partir de sa limite supérieure et jusqu'à ce que la diode Zener 32 se bloque à nouveau. Pour cette valeur limite inférieure de la tension de sortie, le transistor 3k est à nouveau rendu conducteur, comme décrit plus haut et il 15 passe maintenant un courant dans l'enroulement d'excitation l4 dé sorte que la tension de sortie augmente à nouveau et que le cycle de réglage est répété. Le transistor 34 établit et coupe le courant dans l'enroulement d'excitation l4, en fonction de la charge de l'alternateur, à peu près entre dix et cent fois 20 par seconde. Si, pour une raison quelconque., le transistor 34 ne se bloque pas, par exemple du fait que la voie reliant le point de jonction 27 à la base du transistor 33 est coupée,par exemple,par un défaut de la diode Zener 32 ou 25 bien du fait que le transistor 34 est claqué, il passe alors en permanence un courant dans l'enroulement d'excitation 14. Il en résulte une augmentation indésirable de la tension de sortie de l'alternateur 10. La tension de sortie de l'alter 30 nateur atteint dans ce cas initialement une valeur pour laquelle la courbe caractéristique intensité/tension de la diode Zener 21 présente un coude très net qui correspond à la tension de claquage. Il passe dans la diode Zener 21 un courant de Zener qui est fonction de la tension de sortie appliquée et qui augmente 35 de plus en plus fortement à mesure que la tension croît. Par suite de la résistance ohmique de la diode Zener 21, la puissance de perte dans cet élément augmente exponentiellement de sorte que sa voie cathode-anode claqùe prématurément et établit ainsi une très faible résistance de passage. 40 La tension de sortie de l'alter 6909686 6 2005600 nateur 10 disparaît, le courant passant dans l'enroulement d'excitation l4 diminue et l'alternateur est par conséquent automatiquement désexcité. Dans la lampe de contrôle de charge 40, qui est maintenant allumée, il passe un courant s'écoulant entre le 5 pôle positif l8 de la batterie 19 et son pôle négatif 17 par l'intermédiaire d'une part de la diode Zener 21 claquée et d'autre part de l'enroulement d'excitation l4 et du régulateur. Le processus de protection décrit plus haut n'est pas réversible. Dans le cas d'une panne, 10 on doit ainsi vér.ifier l'ensemble du régulateur sans risquer des détériorations plus sérieuses du circuit par une manipulation inexpérimentée. La disposition selon l'invention qui consiste à brancher une diode Zener aux bornes de sor-15 tie d'un alternateur et en parallèle aux entrées du régulateur de tension associé permet d'obtenir un circuit de protection d'un faible prix de revient qui coupe d'une manière sûre le courant d'excitation lorsque, par suite d'un défaut dans le régulateur de tension, la tension de sortie de l'alternateur atteint 20 des valeurs excessivement élevées. On évite en outre d'une manière particulièrement simple les conséquences désastreuses de surtension dans l'installation électrique d'un véhicule. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et 25 représentés, pour lèsquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 6909686 7 2005600 REVENDICATIONS 1°) Régulateur de tension pour régler la tension de sortie d'un générateur pourvu d'un enroulement d'excitation, notamment un alternateur d'éclairage, compor-5 tant un élément semi-conducteur commandé pour le contrôle du courant d'excitation, régulateur caractérisé en ce qu'un élément de commande sensible à une tension est soumis à la tension correspondant au courant d'excitation, cet élément de commande présentant, pour une valeur désirée de la tension de sortie une 10 forte résistance interne tandis que, lorsque cette tension augmente au-delà d'une valeur maximale prédéterminée, sa résistance varie dans un sens de réduction, et cela en maintenant la valeur réduite dès que la tension de sortie dépasse une valeur déterminée. 15 2°) Régulateur de tension con forme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de commande est un élément semi-conducteur. 3°) Régulateur de tension conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce 20 que l'élément de commande est une diode semi-conductrice à caractéristiques de claquage. 4°) Régulateur de tension conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que la diode semi-conductrice présente une valeur de tension de claquage qui est 25 située un peu au-dessus d'une valeur limite supérieure de la tension précitée et qui ne peut être sollicitée thermiquement que juste suffisamment pour que le courant de blocage, s'écoulant lorsque la valeur de la tension de claquage a été dépassée d'une valeur prédéterminée pendant un intervalle qui n'est pas 30 de courte durée, modifie la résistance ohmique du circuit de diode dans un sens de réduction à une valeur plus faible. 5°) Régulateur de tension suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de commande court-circuite pratiquement la source de 35 tension lorsque la tension précitée augmente au-delà d'une valeur maximale admissible.