Brevet FR2081174A1 — publié le 19711203

La présente invention concerne un dispositif électronique sensible à la fréquence de récurrence d'un signal, proportionnelle à une grandeur de réinsKe et comportant, entre autres, une borne d'entrée, une borne masse, un réseau à constante de temps comprenant une résistance et un condensateur, un montage basculeur bistable et un circuit d'utilisation fonctionnant par tout ou rien, la borne d'entrée étant reliée à un élément fournissant par rapport à la masse des signaux de fréquence proportionnelle à la grandeur à mesurer. Ces dispositifs électroniques fournissant une Information ou produisant une action à partir du moment où la grandeurderiUrence atteint une valeur déterminée, présentent de nombreuses applications, notamment pour les moteurs d'automobile, d'avion, etc... dans lesquels nombre d'opératiors dépendent de la vitesse de rotation du moteur, qui est ainsi la grandeur essentielle deréfémnce. En particulier, ils peuvent être employés en indicateurs de surrégime de rotation, pour la commande de dispositifs anti-pollution en régime de ralenti, la commande automatique de changement de rapport de botte de vitesse, la variation du pas pour un moteur en tratnant une hélice, etc... De nombreux dispositifs ont été développés afin d'assurer une de ces fonctions ; on peut citer parmi ceux-ci celui ayant fait l'objet du brevet français nO 1 5D6 440, intitulé "Dispositif indicateur de sur-régime pour moteurs thermiques à allumage électri que". Dans le dispositif précité, l'information de vitesse de rotation est prélevée aux bornes du rupteur du circuit de bobine d'allumage puis transformée en une tension continue au moyen d'un montage connu sous le nom de "pompe à diodes". La tension continue obtenue commande une bascule bistable agissant à son tour sur un circuit avertisseur, en l'occurrence un multivibrateur astable. Un tel dispositif ne peut astre disposé sous le capot d'un véhicule automobile en raison des exigences très sévères de tenue en température qui excluent l'emploi de circuits utilisant des cas densateurs électrocnimiques, ce qui est précisément le cas de la pompe à diodes. En outre, le dispositif ne peut être utilisé sur les véhicules équipés d'un moteur diésel. Le but de la présente invention est la réalisation d'un dispositif sensible à la fréquence de récurrence d'ut signal, propor- tionnelle à la grandeur de rtéce, facilement intégrable et pou vant fonctionner entre les limites extrêmes de températures rencontrées en cours d'utilisation. Suivant l'invention, le dispositif sensible à une telle fréquence ce de récurrence est remarquable en ce qu'il comporte un élement à-conductibilité unilatérale disposé entre la borne de sortie du réseau à constante de temps et la borne d'entrée du basculeur bistable, ledit élément étant par ailleurs shunté par un circuit -différentiateur disposé en série avec un interrupteur électronique dont la borne de commande est reliée à la borne de sortie dtun circuit détecteur de tension de crête, la borne d'entrée de ce dernier étant connectée à la borne de sortie du réseau à constante de temps.- Avantageusement, 1 'élément à conductibilité unilatérale et 1'Ms terrupteur / sonE Xes diodes semiconductrices. Ainsi selon qu'à chaque impulsion de commande, la charge résiduelle ou initiale, suivant le cas, du condensateur du réseau RC est supérieure ou inférieure à un seuil de basculement du bistable, ce dernier change d'état et actionne, ou interrompt, suivant le cas, le circuit dtutilisation. Selon un premier mode d'exécution préférentiel du dispositif selon l'invention, le circuit d'utilisation est alimenté lorsque la fréquence de récurrence du signal v correspondant par exemple à une vitesse de rotation, dépasse un seuil déterminé. Selon un second mode d'exécution préférentiel, le circuit d'utilisation ntest plus alimenté lorsque la fréquence de récurrence dépasse un seuil déterminé. La description qui va suivre fera bien comprendre comment llin- vention peut hêtre réalisée. La Fig. 1 représente un schéma synoptique de dispositif selon l'invention. La Fig. 2 représente, en fonction de la fréquence de récurrence du signal d'entrée, la courbe du courant dans le circuit d'uti- lisation pour la première forme de réalisation. La Fig. 3 représente la courbe du courant en fonction de la vitesse de rotation dans le circuit d'utilisation pour la seconde forme de réalisation. Les Figs. 4 et 5 représentent les schémas de principe des deux modes préférentiels d'exécution du dispositif selon l'invention. Les Figs. 6a et 6b représentent les tensions en fonction du temps respectivement à entrée et entre l'armature supérieure du condensateur du réseau "RC" et la masse du schéma de la Fig. 4. Les Figs. 7a et 7b représentent les mêmes tensions que les-Figs. 6a et 6b pour une fréquence plus élevée. Les Figs. 8a et 8b représentent les tensions en fonction du temps respectivement à l'entrée et entre l'armature supérieure du condensateur du réseau RC et la masse du schéma de la Fig. 5. Les Figs. 9a et 9b représentent les mêmes tensions que les Figes. 8a et 8b pour une fréquence plus élevée. Sur la Fig. 1, le réseau "RC" 1 recevant les impulsions de commande, attaque la bascule bistable 3 par l'intermédiaire de l'élément à conductibilité unilatérale 2. Le circuit d'utilisation 4 est connecté à la sortie de la bascule bistable 3. En parallèle sur ltélément à conductibilité unilatérale 2 est disposé un circuit différentiateur 5 en série avec l'interrupteur électronique 6, ce dernier étant commandé par ltétage détecteur de creAte 7 dont l'entrée est reliée à la sortie du réseau 1. La partie suivante de la description explique, dans une application de l'invention à un moteur automobile, le fonctionnement du dispositif de la Fig. 1 : les expressions entre parenthèses se rapportant spécifiquement au mode de fonctionnement illustré par la Fig. 3 Au démarrage du moteur des impulsions de tension sont appliquées au réseau 1, provoquant la décharge (ou la charge) du condensateur ; tant que la fréquence de récurrence des impulsions est inférieure au seuil de vitesse de rotation déterminé, cette décharge (ou charge) à travers la résistance dure suffisamment longtemps pour que la tension aux bornes du condensateur descende (ou stélè- ve) jusqu'au seuil de déclenchement de la bascule bistable ; cette dernière se place alors dans l'état qui assure la coupure (ou l'é- tablissement) du circuit d'utilisation. L'élément à conductibilité unilatérale 2 empêche alors le bistable 3 de rebasculer à chaque nouvelle charge(ou décharge) du condensateur, l'interrupteur électronique 6 étant ouvert durant cette phase de fonctionnement. Lorsque la fréquence augmente et dépasse un seuil déterminé, la tension aux bornes du condensateur n'a plus le temps de descendre (ou de s'élever) jusqu'au seuil de déclenchement du bistable 3. Le changement d'état de la bascule est alors provoqué par la fermeture de l'interrupteur électronique 3 qui permet aux impulsions différentiées par le circuit 5 d'atteindre l'entrée du bas culeur 3 > cette fermeture étant commandée par une tension issue du détecteur de tension de crête 7 Dans ces conditions, le changement d'état de la bascule 3 à partir du seuil de vitesse déterminé assure l'établissement (ou la coupure) du circuit d'utilisa- tion. Sur la Fig.4, où les indices communs à la Fig. 1 ont été conservés, le dispositif proprement dit est représenté à l'intérieur d'un cadre en traits interrompus. L'alternateur monophasé 9, muni de son enroulement d'excitation 10, produit, après redressement par les diodes 11a et 11b une tension continue destinée à charger la batterie 36 dont le pale négatif est à la masse. L'organe d'entrée 8 du dispositif comporte une résistance 12 dont l'extrémité est reliée à la cathode de la diode redresseusé llbn une diode de blocage 13 et une diode d'alignement 37 dont l'anode est connectée au point commun de la résistance 12 et de la diode 13, et la cathode au pale positif de la batterie 36. La cathode de la diode 17 est reliée à la base du transistor 25, de type NPN, par l'intermédiaire de la diode 21. Le collecteur du transistor 25 est relié au parole positif de la batterie 36 par les résistances 26 et 27 en série, l'émetteur étant de son côté relié à la masse par la résistance 31.Le détecteur de tension de crete 7 se compose de la diode 14 dont la cathode est reliée aux cathodes réunies des diodes 13 et 21, et l'anode au condensateur 15 dont l'autre armature est connectée à llémetteur du transistor 254 Le circuit différentiateur 5, comportant le condensateur 17 et la résistance 18 en série, est connecté en parallèle sur lecir- cuit détecteur de tension de crete 7. Le réseau 1 comporte la résistance 19 et le condensateur 20 dont le point commun est relié aux cathodes réunies des diodes 13 et 21, l'autre extrémité de la résistance étant à la masse et l'autre armature du condensateur à l'émetteur du transistor 25. La diode 16 réunit les points communs des circuits détecteur de tension crAete 7 et différentiateur 5 ; la base du transistor 25 est reliée d'une part à l'anode de la diode 16 par l'intermédiaire de la diode interrupteur électronique 22, et d'autre part à l'émetteur du transistor 25 par la diode 23.' Le point commun des résistances 26 et 27' est relié à la base dA transistor 33, de type PNP, l'émetteur étant connectée d'une part au pôle positif de la batterie 36 ar l'intermédiaire de la résistance 32, et d'autre part à l'émetteur du transistor 25 par la résistance 28.Le collecteur du transistor 33 est relié, d'une part à la bobine 34 shuntée par la diode 35 > et d'autre part à la base du transistor 25 par les résistances 24 et 30 en série, le point commun de ces'dernières étant connecté à 1 t émetteur du transistor 25 par le condensateur 29. Le fonctionnement du circuit de la Fig. 4 peut s'expliquer de la façon suinte : la cathode de la diode redresseuse 11b fournit un arc de sinusorde de polarité positive dont l'amplitude maximale est limitée à 2 Vb (Vb = tension de batterie) ; cet arc de sinusoï- de est écrêté (Fig. 6a) par la diode 37 à la tension Vb et charge (Fig. 6b) pendant le temps tl le condensateur 20 ; la charge se maintient pendant le temps t2 ; puis à partir du temps t3, la diode 13 isole l'entrée du circuit de l'alternateur, obligeant le condensateur 20 à se décharger dans la résistance 19. Si la décharge du condensateur dure suffisamment longtemps (Fig. 6b), le potentiel de cathode de la d ode 21 tombe en-dessous du seuil de déclenchement de la bascule3,fixé sensiblement à Vb 2 A cet instant, les transistors 25 et 33 sont bloqués et le cir- cuit d'utilisation 4 n'est pas alimenté. Dans le même temps, l'armature supérieure du condensateur 15 a pris une charge négative par l'intermédiaire de la résistance 19 et de la diode 14 à chaque fois que la tension aux bornes du condensateur 20 est ramenée à zéro, et les impulsions positives différentiées par le condensateur 17 et la résistance 18 s'écoulent pour la plus large part via la diode 16 dans le condensateur 15, sans pouvoir pratiquement franchir la diode 22 afin de débloquer le transistor 25. A partir du moment od,la la fréquence augmentalit (Fig.7a),1a ten- sion aux bornes du condensateur 20 ne peut plus revenir à zéro(Zg X la diode 14 se bloque en permanence et les impulsions différentiées par le condensateur 17 et la résistance 18 viennent annuler puis renverser la polarité de charge du condensateur 15. A ce moment, une fraction de plus en plus importante des impulsions positives franchit la diode 22 jusqu'à arriver à débloquer le transistor 25, et par voie de conséquence le transistor 33, alimentant le circuit d'utilisation 4. On peut voir dans ces conditions que la diode 22 est assimilable à un interrupteur électronique dont l'état passant ou non est déterminé par les conditions de charge du condensateur 15 > ce dernier ayant une valeur beaucoup plus grande que celle du condensateur 17. Le seuil de déclenchement à Vb du bis table est fixé par le pont de résistances 28, 31, la résistance 27 ayant pour but de réduire la puissance dissipée dans le transistor 25 lorsque celui-ci est conducteur ; le couplage réactif du bis table est assu- ré par les résistances 24 et 30 et la diode 23 limite la tension de polarisation inverse du transistor 25 lorsque celui-ci est bloqué. De son côté, la diode 35 protègé le transistor 33 de la surtension provoquée par la coupure du courant dans l'inductance 34, en l'occurrence la bobine de commande d'une électro-vanne. Sur la Fig. 5, le schéma correspond au mode de fonctionnement illustré par la Figo 3, c' est-à-dire la coupure du courant dans le circuit d'utilisation au-dea de la vitesse prédéterminées Les différences avec le schéma de la Fig. 4 résident essen- tiellement dans la suppression du circuit de calage à l'entrée du dispositifr l'inversion du sens des diodes 13, 14, 16 > 21 et 22, et par le fait que la résistance 19 du réseau 1 est renie à la borne positive de la tension d'alimentation. Le montage a été représente alimenté à partir des impulsions provenant d'un alternateur triphasé 38 > muni de son enroulement d'excitation 39 > le redressement était assuré par les six diodes 40a à 40f. Pendant la durée ti de l'imPulsion positive prélevée sur la diode 40f (Fig. 8a), la diode 13 ést bloquée et le condensateur 20 se charge à travers la résistance 19. Si la fréquence est suf- fisamment-basse (Fig. 8b) la tension aux bornes du condensateur atteint Vb ; durant le temps t2, la diode 13 devient passante et le condensateur 20 se décharge brusquement à travers les enroulements de l'alternateur 38. Le condensateur reste déchargé pendant le temps t3 et le processus se répète à l'alternance suivante. Le franchi-ssement du seuil Vb a pour effet de saturer les transistors 25 et 33 donc d'alimenter le circuit d'utilisation le rebasculement 4-, la diode 21 empêchant/à chaque décharge du condensateur. Dans le mêmetemps, l'armature supérieure du condensateur 15 a pris une charge positive par l'intermédiaire de la résistance 19 et de la diode 14, et les impulsions négatives différentiées par le condensateur 17 et la résistance 18 s'éeoulent pour la plus large part via la diode 16 dans le condensateur 15 sans pouvoir pratiquement franchir la diode 22 afin de bloquer le transistor 25. A partir du moment où la fréquence augmente (Fig. 9a) > le potentiel de l'armature supérieure du condensateur 20 ne peut plus atteindre la valeur Vb (Fig. 9b) ; la diode 14 sé bloque en per 2 manence et les impulsions différentiées par le'condensateur 17 et la résistance 18 viennent annuler puis renverser la polarité de charge du condensateur 15. A ce moment, une fractinn de plus en plus importante des impulsions négatives différentiées franchit la diode 22 jusqu'à arriver à bloquer le transistor 25 et par voie de conséquence le transistor 33, coupant ainsi le circuit d'utilisation 4. il est à remarquer que le circuit d'alignement de la Fig. 4 n'a pas sa raison d'être ici du fait que le condensateur 20 se trouve isolé des signaux positifs de l'alternateur par la diode 13, alors que) dans le cas de montage de la Fig. 4, la charge du condensateur 20 s'effectue depuis l'alternateur oùla tension dépasse largement le niveau Vb dans le cas d'un redressement à deux alternances. Dans les deux montages, la présence du condensateur 29 permet d'éviter les déclenchements intempestifs du bistable par les pointes de commutation des diodes de redressement, ou par des parasites superposés à la tension Vb. L'hystérésis du montage est faible, nais néanmoins suffisante pour éviter toute instabilité au voisinage du point critique du basculement. Le point de basculement est déterminé par la valeur de la constante de temps RC qui peut être rendue ajustable en remplaçant la résistance fixe 19 par une résistance réglable. REVENDICATIONS 1.- Dispositif électronique sensible à la fréquence de récurrence d'un signal t proportionnelle à une grandeur de référence comportant notamment une borne d'entrée, une borne masse, un réseau à constante de temps comprenant une résistance et condensateur, un montage basculeur bistable et un circuit d'utilisation fonctionnant par tout ou rien, la borne d'entrée étant reliée à un élément de 1 t équipement électrique fournissant par rapport à la masse des signaux dont la fréquence de récurrence est proportionnelle à la grandeur de référence, caractérisé en ce qu'il comporte un élément à conductibilité unilatérale disposé entre la borne de sortie du réseau à constante de temps et la borne d'entrée di basculeur bista ble, ledit élément étant par ailleurs shunté par un circuit différentiateur disposé en série ayec un interrupteur électronique dont la borne de commande est reliée à la borne de sortie d 'un cir- cuit détecteur de tension de cette, la borne d'entrée de ce dernier étant connectée à la borne de sortie du réseau à constante de temps 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément à conductibilité unilatérale est une diode semiconduc- trice. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que terrupteur électronique est une diode semiconductrice. 4.- Dispositif selon ltensemble des revendications 1 - à 7, carac térisé en ce qu'une extrémité de la résistance du réseau à constante de temps est reliée à la masse. 5.- Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une résistance est disposée entre le générateur de signaux et la borne d'entrée 6.- Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une diode semiconductrice est disposée entre la borne d'entrée et la borne positive d'une source de tension. 7. - Dispositif selon 1 'ensemble des revendications 1 à 3, carac térisé en ce qu ssune extrémité de la résistance du réseau à constan- te de temps est reliée à la borne positive d'une source de tension.