Brevet FR2046731A1 — publié le 19710312

La présents invention concerne un ensemble de circuits pour exciter de manière sélective des dispositifs électriques à l'aide de redresseurs au silicium commandés, et elle concerne particulièrement un tel ensemble de circuits pour exciter des solénoldes à l'aide de tensions sinusoïdales 5 redressées non filtrées, mais elle n'est pas limitée à de telles sources d'alimentation. Les mécanismes mécaniques et électromagnétiques classiques nécessitant l'action de solénoldes, freins électromagnétiques, commutateurs de courant élevé et dispositifs identiques, fonctionnent sous la commande et 'en liaison 10 avec des circuits électroniques à l'état solide excités par des sources de tension continue faibles. Les solénoïdes et les freins électromagnétiques et les dispositifs identiques, nécessitent habituellement des tensions plus élevées exigeant l'utilisation d'une source d'alimentation électrique séparée. Cette source d'alimentation, à son tour, nécessite des composants de filtrage 15 coûteux, lourds et volumineux souvent sujets à des potentiels de claquage. Quelques progrès ont été faits dansée développement des circuits des filtrages utilisant différents types de résistances à la place des inducteurs mais s'appuyant sur des condensateurs Importants qui sont sujets au claquage —ti* et nécessitent de ce fait une dépense de temps et d'effort lors de leur rem-20 placement par un nouveau condensateur coûteux. Le fonctionnement des lampes et autres dispositifs à charge partielle est possible avec des tensions sinusoïdales non filtrées mais redressées particulièrement sous la commande d'un ensemble de circuits comprenant un thyristor comme par exemple un dispositif redresseur commandé au silicium. 25 De brèves descriptions de tels arrangements sont disponibles dans la littérature technique. Les objets de l'invention se référant indirectement à ceux c ^-dessus et ceux qui apparaîtront comme étant les progrès spécifiques sont obtenus avec un circuit de commande à transistor unique utilisé pour maintenir à 30 une faible valeur le courant s'écoulant à travers un ou plusieurs thyristors, chacun étant conçu pour débiter le courant à travers un dispositif électrique correspondant, tel qu'un solénolde, lorsqu'on lui applique une tension de déclenchement conventionnelle et une source d'énergie délivrant une tension unidirectionnelle variable. 35 Selon l'invention la tension sinusoïdale redressée complètement (ou en demi alternance! ou tout autre forme similaire, est appliquée à travers plusieurs dispositifs électriques montés en parallèle et des thyristors connectés en série. Des impulsions de commande électriques conventionnelles sont appliquées aux électrodes de déclenchement des thyristors pour provoquer 40 la conduction d'une manière classique. Une chute de tension au-dessous du 17094 2 2046731 niveau de tension correspondant au courant minimum de maintien pour le thy-ristor est rendu inapte à couper la conduction en appliquant à travers le circuit anode-cathode des thyristors une faible tension suffisante pour maintenir un faible écoulement de courant de maintien jusqu'à ce que la 5 valeur du potentiel d'excitation dépasse de nouveau le niveau de tension de courant de maintien minimum. Un transistor unique est suffisant pour commander un grand nombre de thyristors. Une résistance définissant un courant de maintien est nécessaire pour chaque thyristor ou groupe de thyristors commandé simultanément. Les diodes sont interposées entre les thyristors 10 pour les Isoler l'un de l'autre permettant ainsi l'excitation des solénoldes ou des dispositifs électriques à différents instants et pour différentes périodes de temps voulues pour l'application particulière commandée par les solénoldes. Afin que tous les avantages de l'invention puissent Stre obtenus dans 15 la pratique, une description de la réalisation préférée est donnée ci-dessous, seulement au moyen d'un exemple, en se référant aux dessins ci-joint, donnant une partie de la spécification et dans lesquels: La figure 1 est un schéma de l'ensemble de circuits d'excitation du solénoîde réalisé selon 1'invention! et 20 La figure 2 est une représentation graphique des signaux observés à différents endroits du circuit de la figure 1 pendant le fonctionnement de l'ensemble du circuit selon l'Invention. Le schéma de la figure 1 est un exemple d'un ensemble de circuits selon l'invention pour exciter plusieurs dispositifs électro-magnétiques 10-1, 25 •••• 10~n dans un dispositif d'impression de caractères è plusieurs segments. La puissance nécessaire pour faire fonctionner les dispositifs électriques 10-1 ... peuvent qui doivent Stre des électro-aimants ou des solénoldes, est obtenue à partir d'une ligne de puissance classique délivrant par exemple un courant alternatif de 60 Hz sous un potentiel de 120 volts, aux bornes 30 12 et 34 d'un transformateur 16. Le transformateur 16 a un enroulement primaire 18 et un enroulement secondaire 20 au centre duquel se trouve une prise 22 représentée comme étant mise è la masse. Le rapport des enroulements 18 et 20, par exemple, est tel qu'on obtient une tension de 48 volts efficace, soit une tension redressée de pointe d'approximativement 70 volts aux cathodes 35 d'une paire de redresseurs 24 et 26 connectés dans un circuit redresseur à deux alternances classique. Les dispositifs 10-1 ... 10-n sont commandés par des thyristors correspondant 30-1 ... 30-n dont les anodes sont connectées individuellement aux dispositifs électriques correspondants 10-1 ... 10-n et dont les cathodes sont toutes connectées à la masse. Des tensions de 40 déclenchement pour provoquer la conduction des thyristors 30-1 ... 30-n 70 17094 3 2046731 • sont appliquées aux terminaisons 32-1 ... 32-n au moyen de résistances séries 34. Comme cela est décrit plus loin, le circuit est actif théoriquement , sur une demi-période redressée. Une tension de déclenchement d'une amplitude appropriée appliquée aux terminaisons 32 déclenchera la conduction dans 5 les thyristors 30 au moment où le potentiel unidirectionnel variable traver-- santles thyristors montés en série et les dispositifs 10 atteindra la tension d'amorçage. Ensuite, la commande est supprimée excepté pour l'extinction quand la tension tombera près de l'extrémité de la demi-période au niveau correspondant au courant de maintien minimum. Les diodes 38 sont connectées 10 à travers les dispositifs électriques 10 pour empêcher la.tension inverse de self-induction de dépasser quelques dizièmes de volt quand la tension d'excitation tombe à zéro. Les diodes 38 participent également à l'interruption de la conduction près de l'extrémité de la demi-période en shuntant - le thyristor associé à travers la faible impédance de l'alimentation de 15 . puissance quand le potentiel du thyristor tend à augmenter. Les diodes au silicium ont des chutes de tension de 0,6 volt et les diodes au germanium de 0,3 volt; ces dernières sont cependant préférables dans la plupart des applications. Un fonctionnement portant sur une demi-période unique de tension redres-20 séesst, naturellement, irréalisable pour que beaucoup de dispositifs électriques. Selon l'invention, un fonctionnement portant sur autant de demi-périodes qu'on le désire est obtenu en appliquant une tension de maintien continue aux bornes 40 et 42. Un transistor 44 possède un collecteur auquel orv applique une tension continue filtrée (d'une valeur de 12 volts par exem-25 ; pie);, une base connectée à la borne 40 et à la tension continue de 12 volts fournie au moyen d'une résistance de polarisation 46, L'émetteur du transistor 44 est connecté aux anodes de plusieurs diodes d'isolement 50-1 ... 50-n ayant leur cathodes connectées individuellement par les résistance séries. 52 aux jonctions entre les dispositifs électriques 10 Bt les thyris-30 tora 30. Le transistor 44, lorsqu'il est rendu conducteur, fournit un faible potentiel aux anodes de chacun des thyristors 30 suffisant pour permettre un courant de maintien, de l'ordre du milliampère, par exemple, à travers les thyristors. Le fonctionnement de l'ensemble du circuit selon l'invention est facile-35 ment démontré en se référant à la figure 2. La courbe (a) de la figure 2 représente la tension d'excitation variable unidirectionnelle fournie à la cathode de redresseurs 24 et 26. Les pics de ces demi-périodes sont à environ 70 volts au-dessus du potentiel de référence représenté dans le circuit comme étant la masse. La courbe 2 (bî représente la différence de 40 potentiel de maintien des bornes 40 et 42 appliquées à tous les thyristors 70 17094 4 2046731 de l'instant A à l'instant E pour permettre leur conduction et qui maintient la conduction du thyristor choisi 30 dé l'instant B où l'impulsion de commande est appliquée à l'instant F qui correspond à la chute de potentiel de la source d'alimentation variable au-dessous du potentiel d'extinction dans 5 la demi-période qui suit la suppression à l'instant E de la tension de maintien. La courbe 2(c) représente l'impulsion de déclenchement pour un thyristor à l'instant B et la tension d'anode de ce thyristor est représentée par la courbe 2(d). Entre les instants B et F. la tension d'anode est de l'ordre d'un volt. Aux instants C et D, la conduction cesserait s'il n'y avait pas 10 de courant de maintien. A l'instant E, le courant de maintien est coupé, mais le thyristor reste conducteur à cause du courant de solénoide. La dernière courbe 2" te) représente le courant circulant dans le solénoide monté en série avec le thyristor correspondant. D'autres thyristors seront commandés d'une manière identique à des instants désirés et pour des périodes 15 de temps désirées. ' Treize électro-aimants de commande pour un système de transmission de puissance de mécanique sont excités de manière sélective avec un circuit identique à celui représenté dans la figure 1. Une source d'alimentation continue filtrée équivalente aurait nécessité l'emploi d'un condensateur 20 de 500 microfarads pour 50 volts pesant environ 50 gr et occupant un volume cylindrique d'environ 7,5cm de hauteur et 5cm de diamètre. Un tel composant serait indésirable en considération de la compacité et de la légèreté aussi bien qu'incompatible avec les arrangements de montage de cartes de circuits semiconducteurs. Le transformateur serait nécessaire dans les deux cas, 25 mais avec le circuit fabriqué conformément à l'invention, un transformateur deux fois plus léger et plus petit ou même moins est suffisant à cause des caractéristiques de pointe plus faibles. Pour les mêmes raisons fondamentales, on se rendrait compte qu'une combinaison d'un redresseur à pont de quatre diodes et d'un transformateur sans prise disponible serait le plus souvent 30 moins coûteuse que l'arrangement à double alternances à deux diodes avec un transformateur conçu spécialement. Beaucoup d'arrangements ayant des exigences de puissance moins stricte peuvent utiliser un circuit redresseur demi-alternance mais le prix de revient d'une ou de deux diodes supplémentaires sera d'ordinaire justifié par un meilleur fonctionnement 8t l'emploi d'un 35 transformateur moins coûteux. Les applications avec un grand nombres de dispositifs électriques, telles qu'une imprimante à ligne de 120 caractères avec des marteaux d'impression à électro-aimant fonctionnant à des temps différents comme pour des roues d'impression de 44 caractères sont de préférence divisées en plusieurs 40 unités de commande pour fournir un courant de maintien. Dans de tels arran 70 17094 5 2046731 gements, l'ensemble des circuits selon l'invention possède un avantage supplémentaire sur les arrangements à tension continue filtrée car le circuit d'interruption de courant continu nécessaire pour de tels arrangements devient coûteux et complexe lorsque les exigences de courant atteignent des valeurs 5 importantes. Ainsi, le circuit selon l'invention est en outre avantageux aussi bien dans des installations fixes, que dans des équipements transportables. Avec des charges très élevées, spécialement celles des composants hautement inductifs, l'ensemble des circuits est également avantageux pour une 10 charge unique, comprenant des éléments montés en parallèles, et un thyristor unique ou des dispositifs en parallèles, ear il abaisse le prix de revient, les dimensions et le poids de la source d'alimentation nécessaire le gain ainsi réalisé dépassant la somme des prix de revient additionnés des transistors et des résistances. 15 Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin, les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme eu de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 20 70 17094 6 2046731 REVENDICATIONS 1Circuit électrique d'alimentation de plusieurs charges à alimenter de façon sélective caractérisé en ce que lesdites charges sont groupées de façon à ce qu'une extrémité de chacune des charges soit connectée en commun 5 à uns première borne, les autres extrémités des charges sont connectées chacune à travers un dispositif de commande à une deuxième borne, en ce que chaque dispositif de commande a une anode connecté à la charge respective, uns électrode de commande, uns cathode connectée à la deuxième borne, en ce qu'il comprend 10 - une source de tension d"excitation électrique variable unidirection nelle connectée à la première et è le ëauîsième borne, - un ensemble de circuits pour appliquer un courant libérant l'énergie électrique individuellement pour lesdites électrodes de commande pour déclencher la conduction de dispositifs de commande prédéterminés, et un ensemble 15 de circuits couplés à tous lesdits dispositifs de commande pour maintenir la conduction dans les dispositifs de commande prédéterminés à de faibles valeurs de ladite tension d'excitation unidirectionnelle variable? 2.- Ensemble de circuits selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'ils comprennent; 20 - des éléments dans ledit ensemblflhde circuits maintenant la conduction, interposés entre les dispositifs de commande pour isoler de manière effestive lesdits dispositifs de commande les uns par rapport au» autres. 3.- Ensemble de eireults selon la rcvendieatlan 1 caractérisé en es que lesdits dispositifs da eoBssande sont des thyristors. 25 4.- Ensemble de circuits selon la revendication 1 caractérisé sn ce qua ledit ensemble maintenant la conduction comprend un transistor» 5.- Enserflble da cirouits selon la revendication 2 caractérisé en ce qua lesdits éléments d'isolesnant comprennent des disdes à semiconducteurs, 6.- Ensemble de circuits selon la revendication 1 caractérisé en ce que 30 lesdites charges électriques comprennent chacune un composant très induetif, et en ce qu'une diode est montée en parallèle avec chacun desdits dispositifs à travers ledit composant inductif. 7.- Ensesrible de eireuite selon la rcvc-ndicatiari 1 cersctérisû sn ce que 1109 k 1 2046731 ladite source de potentiel comprend des circuits redresseurs et des moyens pour appliquer une tension sinusoïdale auxdits circuits redresseurs, fi.- Ensemble de circuits selon les revendications 3 et 4 caractérisé en ce que l'émetteur dudit transistor est couplé à chacune des anodes desdits 5 thyristors au moyen d'une diode semiconductrice et d'une résistance.