Brevet FR2106579A1 — publié le 19720505

L'invention concerne un appareillage , fonctionnant selon le principe de déphasage de l'allumage pour délivrer une tension d'allumage à des interrupteurs à semi-conducteurs. Des montages à déphasage d'allumage sont déjà connus sous de 5 nombreuses formes de réalisation différentes. La tension de commande est comparée, par exemple, à une dent de scie suivant synchroniquement la demi-onde du réseau. Une impulsion d'allumage est produite lorsque la tension de commande est égale à la dent de scie. Dans d'autres exemples de réalisation, la tension de 10 commande influence par exemple la vitesse d'élévation d'une dent de scie, dont le démarrage a lieu en synchronisme avec la demi-onde du réseau. Dans ce procédé, l'impulsion d'allumage est engendrée au franchissement d'une valeur de seuil prédéterminée. Les montages connus permettant la mise en oeuvre des deux 15 procédés ci-dessus peuvent être classés en deux groupes principaux. Un premier groupe utilise seulement l'une des demi-ondes du réses)U ; les propriétés apparaissant alors sont très analogues à celles de redresseurs à une seule voie. Un deuxième groupe utilise les deux demi-ondes du réseau ; suivant le couplage des 20 interrupteurs de puissance, il est possible d'obtenir ainsi les propriétés d'un redresseur à deux voies. Les dents de scie sont en tout cas en synchronisme avec la tension du réseau. Dans la mesure où les deux demi-ondes du réseau sont utilisées, les dents de scie possèdent une fréquence double de celle 25 obtenue par le procédé avec une seule demi-onde. Pour produire des dents de scie à la double fréquence du réseau, on a donc besoin d'une tension présentant cette fréquence, ceci étant également valable dans le cas où les flancs abrupts de la dent de scie ne coïncident pas exactement avec les passages 30 au zéro de la fréquence du réseau. Le moyen le plus simple de doubler la fréquence du réseau consiste à utiliser un redresseur à deux voies. Les redresseurs à deux voies connus sont constitués soit par des transformateurs, soit par des couplages de Graetz. La mise en oeuvre de transforma te tirs s'oppose toutefois à la 35 nécessité de réaliser des appareils peu coûteux, légers et de petites dimensions. L'emploi de redresseurs Graetz sans transformateur n'est pas possible, car aucune des bornes de sortie du redresseur n'est identique à une borne du réseau. On ne parvient donc pas à relier les embases des interrupteurs 40 électroniques à l'embase du générateur de dents de scie. 71 33198 2 2106579 Les montages connus jusqu'à présent présentent un autre inconvénient, dû à ce qu'il se produit dans le transformateur utilisé, des distorsions des courbes de tension ou d'intensité. Les oscillations à l'enclenchement et au déclenchement dutrans-5 formateur peuvent entraîner en outre des fausses connexions dans les commandes à déphasage d'allumage utilisées. Le but de l'invention est de réaliser un appareillage électronique sans transformateur, permettant d'influencer le courant résultant des deux demi-ondes de la tension du réseau. 10 L'appareillage doit être structuré de manière à éliminer radicalement toute distorsion de l'allure de la tension. Il doit être de très petites dimensions, bon marché, léger et éviter, autant que possible, un dégagement de chaleur susceptible de nuire à ses divers éléments. 15 Ce but est atteint selon l'invention grâce au fait qu'il est prévu des moyens pour la production d'impulsions d'allumage des interrupteurs à semi-conducteurs, des moyens pour la production d'une tension analogue à une tension en dents de scie dont l'élévation lente peut s'étendre, selon l'angle d'allumage 20 nécessaire de l'interrupteur à semi-conducteurs, sur deux demi-ondes successives du réseau, ainsi que des moyens pour produire des impulsions d'allumage supplémentaires se trouvant au voisinage du zéro entre les deux demi-ondes du réseau, moyens qui entrent toujours en action lorsqu'une impulsion d'allumage a déjà 25 pris naissance pendant la première demi-onde. Vis-à-vis des appareillages connus, l'objet de l'invention offre l'avantage de pouvoir être réalisé sous un très faible encombrement total et à peu de frais ; il permet de renoncer complètement à l'utilisation d'un transformateur coûteux et 30 dégageant une chaleur préjudiciable, tous risques d'erreurs de connexion de la commande par déphasage d'allumage par suite de la disparition des oscillations d'enclenchement e"t de déclenchement du transformateur sont ainsi complètement éliminés. L'objet de l'invention permet de réduire à un minimum la puissance absorbée 35 en service. La suppression du transformateur élimine pareillement les distorsions de l'allure de la tension. La description qui va suivre en regard du dessin annexé" donné à titre d'exemple non limitatif fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. 71 33198 3 2106579 La figure 1 est un diagramme tension/temps, montrant la relation entre une dent de scie et la fréquence du réseau ; r la figure 2 représente, sous la forme d'un diagramme tension/ temps, plusieurs allures de la tension du réseau, un angle 5 d'allumage de grandeur différente étant indiqué pour chaque allure ; la figure 3a représente une tension trapézoïdale obtenue à partir de la tension du réseau ; les figures 3b et 3Ç. représentent des impulsions obtenues par 10 différentiation ; la figure 3d représente une dent de scie obtenue à partir des impulsions de la figure 3b ; la figure 4 représente un exemple de réalisation de l'objet de l'invention ; 15 la figure 5 représente un élément à quatre couches, suscep- . tible d'être utilisé dans l'appareillage suivant la figure 4-L'objet de l'invention part d'une dent de scie (figure 1) possédant la fréquence du réseau. Le doublage de la fréquence ne nécessite donc aucun redresseur à deux voies. Avec cette dent de 20 scie est effectué un déphasage de l'allumage, qui peut décaler lTahgle d'allumage sur toute la période du réseau, c'est-à-dire de 360°. Lorsque l'intensité dans un appareil utilisateur est augmentée à l'aide d'un tel déphasage, on obtient, par la mise en oeuvre d'un interrupteur de courant alternatif, par exemple 25 d'un triac, les allures successives d'intensité et de tension ou les décalages successifs d'angle d'allumage représentés à la suite l'un de l'autre dans la figure 2. L'utilisation d'interrupteurs redresseurs, ou de redresseurs branchés en série, permet de convertir en demi-ondes de même 30 polarité les deux demi-ondes des allures de courbes représentées dans la figure 2. Etant donné que tous les interrupteurs à semi-conducteurs ont la propriété de passer à l'état bloqué lorsque la tension qui leur est appliquée devient nulle, l'allure selon la figure 2 35 ne peut pas être produite simplement par une impulsion d'allumage dont la position est décalée pendant la période. C'est ainsi, par exemple, que, si l'impulsion d'allumage se trouve dans la première demi-onde (figure 2), l'interrupteur à semi-conducteurs serait bloqué au passage par le zéro et qu'aucun courant ne 40 circulerait plus pendant la deuxième demi-onde. Il est par 71 33198 4 2106579 conséquent nécessaire de produire une deuxième impulsion au passage par le zéro, chaque fois que la première impulsion d'allumage se trouve dans la première demi-onde. Cette impulsion supplémentaire ne doit naturellement pas agir lorsque la 5 première impulsion se trouve dans la deuxième, demi-onde. De façon générale, on peut dire que l'impulsion d'allumage proprement dite peut être décalée sur deux demi-ondes. S'il se trouvait déjà une impulsion d'allumage dans la première demi-onde, une deuxième impulsion d'allumage est produite au 10 voisinage du passage par le zéro entre les deux demi-ondes. L'objet de l'invention va être décrit maintenant en référence à un exemple de réalisation représenté dans la figure 4. Un réseau 31 amène à l'appareillage une tension, à partir de laquelle est obtenue une tension trapézoïdale (figure 3a)- Pour 15 obtenir la tension trapézoïdale, on utilise une diode de Zener 6, ainsi qu'une résistance préalable 5 existant de toute façon. Au réseau 31 est raccordé directement d'un côté un appareil utilisateur 4» par exemple un moteur électrique, dont la deuxième borne peut être temporairement reliée au réseau au moyen 20 d'un interrupteur électronique, tel qu'un triac 3» Un redresseur 7 et un condensateur de filtrage Ô produisent une tension continue filtrée pour l'appareillage. Le triac 3 est commandé par un déclencheur, formé essentiellement de deux transistors 9 et 10. Un signal d'entrée définissant la phase est 25 appliqué à deux bornes d'entrée 1 et 2. Une diode 11 ainsi qu'une résistance 12 servent seulement à protéger le transistor 10 du déclencheur des réactions du triac 3- Une diode 14 protège la base du transistor 9 de tensions de blocage trop élevées. Une résistance 13 est destinée à éviter des 30 réactions sur la source de tension de commande. Il est prévu avantageusement deux résistances de limitation 15 et 16, étant donné que le courant d'impulsions circule dans les deux bases ; ces deux résistances ne sont cependant pas absolument nécessaires. La dent de scie reproduite dans la figure 3d est engendrée 35 à l'aide d'une résistance 18 et d'un condensateur 19. L'impulsion négative selon la figure 3b se forme sur la base d'un transistor 17. Une diode 20 raccordée à cette base supprime l'impulsion positive et une résistance 21 branchée dans la ligne de base limite le courant de base. Pendant la durée de l'impulsion, le 40 transistor 17 est ouvert brièvement. Le collecteur et l'émetteur de ce transistor 17 sont mis ainsi à un potentiel qui est défini 71 33198 5 2106579 par les deux résistances 22 et 23. Il en résulte que l'une de deux diodes 24, 25 jusqu'alors bloquées s'ouvre. Si la tension au condensateur 19 est trop élevée, la diode 24 s'ouvre, alors que, si la tension au condensateur 19 est trop basse, c'est 5 l'autre diode 25 qui s'ouvre. Par suite de l'ouverture des diodes 24 et 25, la tension au condensateur 19 est amenée au potentiel de la résistance 23. Etant donné que les deux résistances 22 et 23 sont de valeur relativement faible, le potentiel considéré est appliqué brusquement au condensateur 19. Les impulsions repré-10 sentées dans la figure 3b amènent par conséquent le potentiel sur le condensateur 19 à la valeur la plus basse de la tension en dents de scie dont l'allure est reproduite dans la figure 3d. Le synchronisme entre le réseau et la dent de scie est ainsi garanti. 15 A l'arrivée de l'impulsion sur le transistor 17, le potentiel au condensateur 19 est trop élevé si le déclencheur n'a pas basculé pendant les deux demi-ondes. Le potentiel au • condensateur 19 est trop bas (voisin de zéro) si une impulsion d'allumage a été produite. 20 L'impulsion positive représentée dans la figure 3ç prend naissance sur la base d'un autre transistor 26. Une résistance 28, raccordée à la base de ce transistor, en limite le courant de base et une diode 27 supprime les impulsions négatives. Au moment où le transistor 26 est ouvert par une impulsion, 25 l'émetteur et le collecteur sont portés à un potentiel défini par deux résistances 23 et 30. Ce potentiel est légèrement inférieur à la valeur la plus basse de la tension dont l'allure est reproduite dans la figure 3d. Si le déclencheur n'est pas entré en action pendant la 30 première demi-onde, la tension est plus élevée sur le condensateur 19 que sur la résistance 23. La diode 25 ne peut donc pas s'ouvrir et l'impulsion positive reste sans effet. Dans le cas où le déclencheur a été ouvert pendant la première demi-onde, le condensateur 19 est à un potentiel très 35 bas à l'arrivée de l'impulsion positive, qui peut parvenir par conséquent à l'émetteur du transistor 9 à travers la diode 25. Du fait que le transistor 9 et, par suite le transistor 10 sont ouverts (le déclencheur avait répondu) l'impulsion parvient au triac 3 par la résistance 12. Le déclencheur est donc utilisé en 40 même temps en interrupteur pour la "deuxième impulsion". 71 33190 6- 2106579 Sa position constitue le critère indiquant si la deuxième impulsion est ou non parvenue au triac 3- En dehors de l'exemple de réalisation décrit, on pourrait aussi bien concevoir un couplage dans lequel les impulsions 5 positives et négatives seraient interverties, la diode 24 se trouvant alors sur la résistance 30 et non sur la résistance 22. Il en résulterait un décalage de la dent de scie égal à"toute une demi-onde. On pourrait envisager en outre d'autres couplages déclen-10 cheurs, d'autres alimentations en courant, ainsi que d'autres interrupteurs à semi-conducteurs remplaçant le triac 3 ; à la place de celui-ci, on pourrait utiliser aussi bien des thyristors ou interrupteurs à semi-conducteurs différents. Un élément à quatre couches (figure 5) peut également 15 trouver application à la place des deux transistors 9 et 10 du déclencheur. 71 33198 7 2106579 REVENDICATIONS 1. Appareillage fonctionnant selon le principe du déphasage d'allumage, pour délivrer une tension d'allumage à deé interrupteurs à semi-conducteurs, caractérisé en ce qu'il est prévu des 5 moyens pour la production d'impulsions d'allumage des interrupteurs à semi-conducteurs, des moyens pour la production d'une tension analogue à une tension en dents de scie dont l'élévation lente peut s'étendre, selon l'angle d'allumage nécessaire de l'interrupteur à semi-conducteurs, sur deux demi-ondes successives du 10 réseau, ainsi que des moyens pour produire des impulsions d'allumage supplémentaires se trouvant au voisinage du zéro entre les deux demi-ondes du réseau, moyens qui entrent toujours en action lorsqu'une impulsion d'allumage a déjà pris naissance pendant la première demi-onde. 15 2. Appareillage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (26, 29, 32) pour la production des impulsions d'allumage supplémentaires sont mis en action par un déclencheur (9, 10), qui change d'état de connexion à l'apparition des premières impulsions d'allumage. 20 3' Appareillage suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le déclencheur (9, 10) sert en même temps à la production de la première impulsion d'allumage. 4. Appareillage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le déclencheur (9, 10) agit lui-même en interrupteur 25 pour faire entrer en action les moyens (26, 29, 32) produisant l'impulsion d'allumage supplémentaire. 5. Appareillage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les impulsions supplémentaires sont obtenues par différentiation à partir de la tension du réseau. 30 6. Appareillage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur initiale de la tension en dents de scie est produite par des impulsions obtenues par différentiation à partir de la tension du réseau. 7. Appareillage suivant l'une quelconque des revendications 35 précédentes, caractérisé en ce que dans le déclencheur un transistor pnp (9) et un transistor npn (10) coopèrent mutuellement par l'intermédiaire du collecteur et de la base de chacun d'eux et en ce que l'un des transistors (10) agit en amplificateur et conduit le courant de collecteur, cependant que la 40 tension entdents de scie est appliquée à l'émetteur de l'autre 71 33198 g 2106579 transistor (9). S. Appareillage suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'un élément à quatre couches (figure 5) est utilisé à la place des deux transistors (9 et 10). 5 9. Appareillage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les impulsions supplémentaires parviennent au déclencheur à travers un transistor (26), branché sensiblement en parallèle à une résistance de charge (l£).