Brevet FR2023956A1 — publié le 19700821

La présente invention concerne des perfectionnements à des dispositifs de commutation par relais, dans lesquels une série de relais peuvent être excités par des organes de commande, une relation univoque existant entre les organes de commande et les relais commandés et une série de conditions étant remplies qui, dans le dispositif de l'invention, sont les suivantes : à un moment déterminé, un seul relais peut être excité ; lorsque l'excitation d'un relais déterminée est ordonnée, tout autre relais du dispositif qui demeure excité subira une désexcitation préalable, l'ordre d'excitation désiré étant exécuté immédiatement après ; en cas de fausse manoeuvre, c'est-à-dire ici, de l'existence de plusieurs ordres d'excitation à un moment déterminé, le dispositif réagit en désexcitant tous les relais. Ces dispositifs de commutation sont utilisés dans les cas où les contacts des relais exécutent des manoeuvre extérieures sur des circuits électriques dans lesquels, avant de connecter un circuit, il faut obligatoirement déconnecter celui qui, jusque là, était connecté, comme cela se produit, par exemple, lors de la commande d'un moteur tournant dans les deux sens de rotation. Un autre cas concret où les dispositifs de commutation précités trouvent une application pratique est celui de la commutation d'éléments constitutifs de chaînes de reproduction so- nore, comme les caissons acoustiques, les amplificateurs et sources de signaux, comme tourne-disques, syntonisateurs ou magnétophones, dans lesquels le but essentiel est de pouvoir comparer la qualité de diverses combinaisons lorsque les éléments constitutifs varient. Dans ce cas, il est absolument indispensable de réaliser une séquence de commutation dans laquelle il faut déconnecter préalablement l'élément à remplacer et effectuar ensuite la nouvelle connexion, car la non observation de cette règle peut entraîner de graves dommages pour les étages de puissance des amplificateurs. Un autre but poursuivi dans les dispositifs de commutation de relais de chaînes de reproduction sonore est d'obtenir une commutation aussi rapide que possible, afin de ne pas perturber l'audition par des intervalles de silence perceptibles, et pour que les caractéristiques ou modalités sonores de chaque élément ressortent de la façon la plus parfaite. Grâce aux perfectionnements qui font l'objet de l'invention, on obtient, outre la protection contre les fausses manoeuvres, qui est le but général, la certitude d'un ordre correct dans la séquence de désexcitation totale avant de réaliser une nouvelle excitation, et une extrême simplicité des organes de commande, grâce àlaquelle il devient possible de les utiliser dans des enceintes très compactes, de placer les commandes en des endroits éloignés du dispositif de commutation et de doubler, tripler et, en général, multiplier les commandes pour effectuer les manoeuvres correspondantes, depuis des points distincts, tout en conservant la protection voulue contre les fausses manoeuvres, même lorsque les manoeuvres sont effectuées simultanément depuis divers postes de commande. Enfin, grâce à la conception générale des dispositifs de commutation dotés des perfectionnements de l'invention, on peut, à partir d 'un circuit unique de base servant à l'excitation des relais d'un nombre fixe de canaux, obtenir des dispositifs ayant un plus grand nombre de relais commandés, en reliant entre eux, de façon simple, des groupes de circuits de base, le nombre de relais appartenant à un tel dispositif groupant des circuits de base de même nature et de même structure pouvant être, par conséquent, augmenté indéfiniment, ce qui offre un avantage notable en ce qui concerne l'uniformisation de fabrication de ces appareils. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemple non limitatif, une for- me d'exécution de l'objet de l'invention Figure I est un schéma de fonctionnement d'un module de base pour la manoeuvre d'un nombre n de relais Figure 2 représente, de façon symbolique, la chaîne d'excitation d'un des relais constituant la série de figure 1 Figure 3 représente un exemple simple de réalisation pour un dispositif à trois canaux reliés entre eux, avec trois boutons-poussoirs de manoeuvre Figure 4 représente schématiquement l'association au premier stade de modules de n canaux chacun, au moyen d'une matrice de jonctions Figure s représente une bobine de relais avec un contact de travail et un autre de repos, a l'état desexcité Figure 6 représente deux circuits, dans l'un desquels interviennent une source de tension électrique et un contact de travail, tandis que dans l'autre circuit, interviennent la meme source, une résistance de limitation et un contact de repos. Dans les figures précitées, on a respecté les conventions de représentation ci-après : on a adopté la terminologie d'algèbre logique oositive, dans laquelle on fait correspondre la valeurMdes variables binaires au niveau élevé de tension électrique positive et la valeur O à une tension nulle ou presque nulle ; dans les figures, les lignes qui se coupent perpendiculairement l'une à l'autre ne représentent pas une connexion électrique ; tous les relais et contacts sont représentés à l'état desexcité, c'est-à-dire, les bobines desexcitées et les boutons-poussoirs non actionnés. On appelle contacts de travail ceux qui restent fermés lorsque la bobine de relais est excitée et contacts de repos, ceux qui se trouvent dans l'état contraire. Â la figure 1, les relais sont indiqués par R1, R2 .R dont les bobines sont groupées en un ensemble 1, avec une extrêmité commune, reliée à la source d'alimentation positive 2, et l'autre extrêmité reliée à des chaînes de circuits logiques groupées en un ensemble 3. La série de contacts des boutonspoussoirs P1, P2 o--Pns visibles à la figure 1 dans le rectangle 4, est reliée, d'une part, à la source de tension positive précitée 2 et, de l'autre, au circuit logique d'entrée, représenté symboliquement par le rectangle 5. Ces boutons-poussoirs P sont les organes de commande ayant une relation univoque avec les relais R, de telle façon que l'actionnement d'un bouton-poussoir Pi provoque l'excitation du relais R. et uniquement de celui-là, i i i représentant un numéro d'ordre compris entre 1 et n dans la série de boutons-poussoirs et de relais. A titre d'illustration et parce que cela est réalisable comme indiqué plus haut, on a représenté la connexion d'un second groupe 6 de boutons-poussoirs, dont chacun est indiqué par 2P a manoeuvre du dispositif dépend, pour une part, des signaux provenant de l'ensemble de commande 4 et, par ailleurs, de l'état du dispositif lui-même, ce qui rend donc nécessaire un organe d'information sur l'état du dispositif constitué par un contact de Chacun des relais R, indiqué par r1 r2 ...r et groupé en un ensemble 2, l'indice coincidant avec celui du relais R auquel appartient chaque contact r. Ces contacts r sont des contacts de travail et suivant qu'ils sont en position fermée ou en position ouverte, on peut en déduire que le relais R auquel ils appartiennent est excité ou désexcité. Tous ces contacts sont reliés, d'une part, à la source de tension positive commune 2 et, d'autre part, aux points respectifs de l'entrée du circuit logique 5. On obtient aussi une signalisation visuelle -de l'état des relais R par des dérivations des contacts r, qui alimentent une série d'avertisseurs L1, L2 L nus groupés en ensemble 8. Ces avertisseurs L peuvent entre des lampes-témoins ou des relais auxiliaires dont les contacts commandent des voyants lumineux, des dispositifs avertisseurs, des enregistreurs, etc... dont un seul peut être excité à un moment déterminé, et ce sera celui qui correspond au relais qui est à l'état excité. Dans l'ensemble 9, on a symbolisé les contacts de sortie des relais R, en supprimant les r utilisés pour information, ces contacts de l'ensemble 9 constituant les variables de sortie proprement dites qui sont utilisées pour les manoeuvres des éléments qui commutent le dispositif. Enfin, dans le schéma fonctionnel de la figure 1, on a indiqué dans l'ensemble logique d'entrée 5, une entrée supplémentaire S1, susceptible de désexciter entièrement le dispositif, et une sortie Q1 qui, suivant qu'elle prend la valeur 1 ou 0, c'est-à-dire quelle a ou non la tension de tonctionnement, fournit une information sur l'état du dispositif : si elle prend la valeur 1, elle indique qu'un relais, au moins, est excité ou un bouton-poussoir actionné, tandis que si elle prend la valeur 0, aucun de ces éléments n'est excité ou actionne. Le relais R1 représenté à la figure 1 étant 1, c'ést-à- dire un numéro tordre d'une série de 1 à n, il peut être excité par le bouton-poussoir P., et son contact d'information sera ri. Le passage du courant par la bobine de ce relais R. est contra 1- lé par un élément amplificateur de puissance Vi, qui fonctionne en régime de commutation, c'est-à-dire qu'à saturation, il devient conducteur et, de ce fait, excite le relais Ri, tandis qu'il le désexcite lorsqu'il est coupé, l'état de Wr étant fonction de celui de son entrée 10, laquelle se trouve sous tension de fonctionnement si les conditions d'excitation se réalisent simultanément sur les lignes 12 et 22, qui aboutissent au circuit d'intersection "ET" 11.La condition d'excitation Ài sur la ligne 12, qui provient du circuit d'entrée générale 5, comme 1' indique la figure 1, consiste en ce que le relais du contact d' information ri est excité. La seconde condition d'excitation, qui doit exister en même temps que la condition Ài précitée, et qui apparaît sur la ligne 13, consiste en ce qu'aucun des boutons-poussoirs P n'est actionné, à l'exception de Pi, correspondant au relais Ri considéré, et en ce que l'entrée S1 ne fournit aucun signal, tout cela étant obtenu dans un premier circuit logique de réunion 16, aux entrées duquel on applique les variables Pi et r., et dont la sortie À. représente la première i 1 i condition ETexcitation, et dans un second circuit logique de réunion 12, auquel on applique toutes les variables de P1 à Pn à l'exception de P., les variables r1 à rn, à l'exception de L , et la variable de mise à zéro S1. Dans l'exemple de la figure 3, on a omis, à des fins de simplification, les voyants lumineux et les contacts de manoeuvre extérieurs, et l'on a représenté une réalisation complète, sans les détails technologiques qui n'affectent pas l'essentiel de l'invention ; c'est le cas, par exemple, des diodes en parallèle aux bobines des rélais pour l'absorption des surtensions de rupture. Dans l'exemple cité, il existe trois boutons-poussoirs de commande P1, P2 et P,,.trois relais R1, R2 et R3, avec les contacts d'information correspondants r1, r2 et r3. La partie du schéma encadrée et constituant ensemble TS repré sente une réalisation concrète du système d'entrée 5, déjà indiqué de manière générale à la figure 1.Les éléments de puissance qui actionnent les relais R1, R2 et R sont les transistors T12 T22 et 'U32 de sorte que le courant passe dans les bobines de ces relaissi l'on envoie aux bases de ces transistors un signal positif, c'ést-à-dire de polarité appropriée à la nature des transistors, la polarité positive étant celle correspondant à des transistors N-P-N, choisis pour l'exemple décrit ici. Pour la matérialisation des variables A1 B1 A2 B2 ÀB3on a recours à des circuits logiques de réunion, formez des résistances, tandis que pour obtenir la variable Q, on utilise un circuit- logique de réunion formé par des diodes. Si l'on examine un des canaux, le premier, par exemple, on peut observer qu'il réalise les fonctions décrites de manière générale dans la représentation symbolique de la figure 2 : le transistor T12 deviendra conducteur si les conditions connues sont réalises, c'est-à-dire Si, par la ligne A1 arrive une polarité positive, ce qui peut avoir lieu si P1 est fermé ou Si r1 l'est, auquel cas la source de tension 2 reliée z ces contacts envoie vers A1 un signal à travers les résistances correspondantes des circuits de réunion. il est également nécessaire que le transistor 11 ne détourne pas du courant vers la masse, car s'il le faisait 212 resterait fermé, étant entendu que la tension de saturation est inférieure à la tension base-émetteur minimale de conduction de T12, comme cela se produit dans les transistors au silicium. Cette seconde condition est réalisée lorsque toutes les entrées du circuit de réunion qui aboutissent à la ligne B1 sont dépourvues de tension positive, c'est-à-dire lonF que les contacts P2, Pu, r2 et r3 sont ouverts et qu'il n'y a pas de tension positive dans la ligne générale de désexcitation S1 . Les résistances 19 et 20 qui relient les bases des transistors à la masse, ont pour objet d'assurer la coupure des transistors respectifs, lorsqu'on n'applique pas de tension positive à leurs bases. Le premier relais R1 étant supposé excité, on envoie par le contact d'information r1 une tension positive aux circuits logiques de réunion B2 et B3, ce qui rend T21 et T31 con ducteurs à saturation, provoquant ainsi la coupure de T22 et de T32 et la désexcitation des bobines R2 et R3, état qui subsiste aussi longtemps que r1 est fermé, même si, a un moment, on actionne P2 out3, auquel cas, R1 étant excité, si l'on actionne P2, par exemple, on envoie par ce contact une tension positive au circuit logique de B1, qui rend T.11 conducteur à saturation, ce qui provoque la coupure de T12 et la désexcitation de R1. Àu moment où R1 se désexcite, son contact r1 s'ouvre et la tension positive ne peut alors etre applique à B2, l'excitation de R2 étant réalisée de la même façon que celle de R1. Si, à un moment donné, on actionne par erreur plus d'un bouton-poussoir P, tous les circuits de réunion B1, B2 et reçoivent une tension positive et, par conséquent, toutes les bobines sont désexcitées. A la ligne de désexcitation générale S1 aboutissent tous les circuits de réunion B1, B2 et B3 de fa que lorsque la tension de cette ligne est positive, elle provoque la désexcitation de tous les relais et, lorsqu'il n'y a pas-de tension sur la ligne, les relais ont toute liberté de manoeuvre. D'autre part, la variable d'information totale d'état Q1 obtenue par un circuit de réunion de diodes, a un potentiel positif tant qu'une commande est actionnée ou un relais excité, et elle n'a pas ce potentiel si tout l'ensemble est au repos. Comme indiqué précédemment, la conception de ces circuits est telle qu'elle permet l'association de modules de n éléments conçus sous la forme décrite à l'exemple de la figure 3, où n est égal à 3, l'ensemble des modules associés conservant les mêmes propriétés qu'un module individuel ; un exemple de cet ensemble est représenté à la figure 4, où sont associés au premier degré cinq modules de n canaux au moyen d'une matrice de circuits logiques de réunion analogue à celle indiquée en 18, bien que dans ce cas, pour des raisons de non interférence, tous les éléments de réunion sont des diodes. À des fins d'illustration, l'exemple a été représenté de façon concrète, et l'on peut y voir la forme cyclique des circuits de réunion. Les modules ont été indiqués par les réfé rences E1 à 5 et leurs groupes de boutons-poussoirs par 21, 22, 23, 24 et 25 respectivement ; l'ensemble des variables Q1 à est indiqué par 26 et la matrice de réunion par 27. il est avantageux que le nombre de circuits de réunion de la matrice 27 soit égal au nombre de relais des modules associés plus un, auquel càs on peut utiliser un même circuit imprimé pour les matrices d'entrée 5 des modules et pour la matrice 27 d'interconnexion. L'ensemble 26 des variables Q1 à Q5 est appliqué à l'entrée de la matrice 22.De même, on 7ispo- se au moins d'un nombre de circuits de réunion égal à celui des modules associés, avec la condition cyclique d'exclusion d'une des entrées, obtenant ainsi les signaux Lî à S5. Dans l'ensemble, un signal quelconque S. de ces circuits de réunion aura une tension positive, à l'exception de Qi, qui peut avoir indistinctement une tension positive élevée ou ne pas en avoir, étant donne qu il n'intervient pas dans la formation du signal Si, l'indice i indiquant, comme spécifié plus haut, un nombre de 1 à nO Par ailleurs, tous les circuits de réunion S1 à comportent la condition de réunion à l'entrée S10 qui, -si elle a une valeur élevée, provoque la présence d'une tension élevée à toutes les sorties S1 à S indépendamment de la valeur de tension des entrées Q1 à Q5, tandis que si elle n'a pas une tension élevée, les tensions des sorties S1 à S ont une valeur correspondant aux réunions correspondantésdes entrées Q1 à Q. En se basant sur la figure 4, on peut ae rendre compte u fonctionnement d'ensemble des cinq modules associés M1 à M dont chacun a n boutons-poussoirs de commande, groups dans la bloc de commande 21 pour le module M1 où sont indiqués explicitement les commandes P1 à Pn et, pour les autres modules M2 à M5 dans des blocs indiques respectivement par 22, 23, 24 et . Les signaux Q1 à Q5 aboutissent normalement aux entrées 26 de la matrice 2 etes tensions des sorties Sî à S de cette matrice sont appliquées aux lignes de désexcitation des modules M1 à E5. En supposant qu'on actionne le premier bouton-poussoir P1 du module M1 au moyen des circuits de réunion, avec exclusion d'une variable de forme cyclique, les sorties de la matrice 22 auront les valeurs suivantes : S1 vaudra zéro, car elle ne comprend pas Q1 qui, maintenant, est sous une tension élevée, et les autres sorties, de S2 à S5 auront une valeur de tension élevée, maintenant désexcités tous les relais des modules M2 à 5. Dans ces conditions, on peut manoeuvrer dans le module M1 de la même manière que celle décrite pour un module unique. Dans le cas où un relais du module M1 est excité et, de ce fait Q1 a une valeur de tension élevée, sl l'on actionne ensuite un bouton-poussoir du second module, les variables évoluent de la manière suivante. Tout d'abord, Q1 étant encore positif, Q2 a une tension élevée de sorte que toutes les sorties S1 à SI ont une tension élevée et que tous les relais des modes associés se désexcitent. Alors la tension élevée de Q1 disra- rait et, par consaquent, seule celle de Q2 reste élevée, d'où il résulte que la tension des sorties S1, S3, S4 et S5 reste élevée, tandis que la tension de S2 reste a un niveau bas, permettant alors la manoeuvre du module correspondant M2. Enfin, la matrice 27 comporte un dernier circuit de réunion auquel aboutissent les signaux Q1 , Q2, Q3, Q4 et pour donner le signal Q10 qui fournit lTlvnformation totale du dispositif à 5 modules associés, de sorte que Q10 a un niveau de tension élevé si l'une quelconque des entes Q1 à Q a un niveau élevé, c'èst-à-dire lorsqu'un bouton-poussoir est actionné ou un relais excité, et qu'il n'est égal à zéro que lorsque tout le dispositif est au repos et desexcité. Grâce à l'entrée S10 et à la sortie Qlo de la matrice 27, il est possible de réaliser une association de second degré comme celle de la figure 4, auquel .cas le diagramme fonctionnel serait le même que celui de la figure 4, sauf que les cadres qui, dans le cas qui vient d'être décrit, représentent des modules simples E1 à M4, dans le cas d'une association du second degré, seraient des matrices comme 27, avec leurs modules associés correspondants. Le cas d'une association de deux systèmesest particulièrement simple. il suffit de relier la sortie Q1 d'un système à l'entrée S2 de l'autre et la sortie Q2 à l'entrée S1 du premier système. La matrice des circuits de réunion avec exclusion cyclique n'a pas de sens dans ce cas, étant donné que les circuits de réunion auraient une seule branche. Dans la présente description on a choisi pour la matérialisation des variables et de l'information uniquement des contacts de travail P pour les boutons-poussoirs et r pour les contacts d ' information. Le comportement du dispositif n'est modifié en rien si l'on choisit des contacts de repos. On s'en rend parfaitement compte en examinant les figures 5 et 6. Le relais R de la figure 5 possède un contact de travail r et un contact de repos r, représentés, comme on l'a fait remarquer plus haut, à l'état desexcité. Conformément aux numérations d'algèbre logique, on peut présenter le tableau ci-après R r r O 0 1 1 1 0 dans lequel on observe la correspondance des états en lisant par files. Lorsque la bobine est desexcitée, la valeur de R est zéro, le contact de travail est ouvert et la tension y est, par conséquent, égale à 0, tandis que le contact de repos vaut 1, car il est fermé. Pour un relais excité, les états des contacts de travail et de repos sont intervertis, comme on peut l'observer à la seconde file du tableau. Dans les circuits de la figure 6 interviennent une source de tension électrique 28, ainsi qu'un contact de travail r, un contact de repos r et une résistance de limitation 29. Les variables de sortie x dans le premier circuit et y dans le second ont les mêmes valeurs logiques que celles de la bobine du relais R qui commande r et r, c'est-à-dire que si la bobine R est desexcitée, les contacts r et r se trouvent dans la position indiquée à la figure 6, et x et z n'ont pas une tèn- sion élevée et prennent, par conséquent la valeur 0. Lorsqu'on excite la bobine R, le contact r prend la valeur 1 et r prend la valeur 0, x et y prenant alors tous deux la valeur 1, ce qui peut être résumé par le tableau ci-après R r r x y O 0 1 0 0 1 1 O 1 1 Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif, qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple non limitatif ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation. REVENDICATIONS 1.'Perf ectionneaents aux dispositifs de commutation par relais, caractérisés en ce que chaque relais du dispositif est commandé par un élément électronique amplificateur de puissance, de préférence, un transistor en régime de commutation, l'état du relais étant tributaire de la simultanéité de deux conditions : alimentation de l'entrée de l'amplificateur par l'intermédiaire d'un circuit logique de réunion auquel aboutissent deux branches, et non déviation à la masse du courant d'excitation de l'amplifi- cateur, les deux branches du circuit de réunion étant consti tué::es l'une, par un contact d'un organe de commande et, l'autre, par un contact du relais, de telle façon que Si l'une quelconque de ces branches est mise en action, le circuit de réunion fournit un courant capable de rendre conducteur 11 amplificateur de puissance, la déviation à la masse du courant d'excitation de l'amplificateur étant constituée par un circuit logique dont l'état dépend de la réunion logique de tous les contacts des commandes du dispositif à l'exception de celui du relais considéré, ainsi que de la réunion dtun contact de chaque relais du dispositif moins le contact correspondant au relais considéré, et en outre, de la réunion d'une ligne générale de désexcitation totale, cela de telle façon que si un organe de commande ou un contact de relais quelconque à l'exception de celui considéré sont actionnés, on obtient dans le circuit de réunion considéré pour la seconde condition un signal qui excite l'organe logique de dérivation à la masse le rendant conducteur à saturation, ce qui provoque la coupure de l'amplificateur de puissance du relais considéré et la désexcitation du relais. 2.- Perfectionnements suivant la revendication 1, caractéri sés en ce que, pour réaliser la première condition, on dispose d'un circuit logique de réunion auquel aboutissent les signaux électriques provenant de tous les contacts électriques des organes de commande, et dtun contact de chaque relais du dispositif, de façon à ce gu'à la sortie de ce circuit logique de réunion, pour informer sur la désexcitation totale, on obtient un-niveau de tension de fonctionnement si un organe de commande est actionné ou un relais excité, tandis que le niveau de tension est inopérant si aucun organe de commande est actionné ou aucun relais excité dans le dispositif. 3.- Perfectionnements suivant la revendication 1, caractérisds en ce qu'on peut associer deux dispositifs pour en former un double en reliant la ligne d'information de désexcitation total d'un des dispositifs à la ligne de desexcitationde l'autre dispositif et réciproquement. 4.- Perfectionnements suivant la revendication 1, caractérisés en ce que des dispositifs peuvent être associés en groupes au moyen d'une matrice de circuits logiques de réunion, de façon à ce qu'il y ait au moins autant de circuits logiques de réunion que de dispositifs à associer, toutes les lignes d'information sur la déconnexion totale des dispositifs moins une aboutissant de façon cyclique à chaque circuit logique, et chacune des sorties de ces circuits logiques étant reliée aux lignes de désexcitation totale de chaque dispositif, de manière à ce que chaque sortie de la matrice aboutisse précisément au dispositif dont le signal d'information sur la déconnexion a été exclu du circuit de réunion correspondant dans la matrice. 5.- Perfectionnements suivant la revendication 1, caractérisés en ce que la matrice de circuits logiques de réunion avec exclusion cyclique drune variable, utilisée pour associer les dispositifs, comporte dans les circuits de réunion une variable commune de dés excitation, de façon à ce que lorsque cette variable atteint le niveau de tension de fonctionnement, toutes les sorties des circuits de réunion cyclique ont une valeur de tension de fonctionnement, la variable n'ayant pas d'influence dans la matrice lorsquwelle n'a pas atteint une valeur de tension de fonctionnement. 6.- Perfectionnements suivant la revendication 1 caractérisés en ce que la matrice des circuits de réunion en comporte un auquel aboutissent toutes les variables d'entrée moins celle de désexcitation de ladite matrice, de telle façon que la sortie de ce circuit de réunion prend un niveau de tension de fonctionnement si une variable, au moins, parmi les variables de réunion a un niveau de tension de fonctionnement.