Brevet FR2083485A1 — publié le 19711217

2Û83485 Lorsque des circuits d'amorçage de commutateurs ds puissance transistorisés tels que des redresseurs commandés au silicium et des triacs sont reliés à des transformateurs élévateurs en vue d'assurer un allumage par étincelle, il se pose un problème pour 5 commander l'énergie fournie au primaire du transformateur en vue de rendre pratique l'agencement du transformateur . Il en résulta qu'il est souhaitable d'appliquer seulement une quantité déterminée d'énergie au primaire pendant une courte période, ce qui nécessite un amorçage en phase d'un redresseur commandé au silicium 10 ou d'une triac seulement pour une partie sélectionnée de 1a. tension appliquée. Pour résoudre ce problème, on doit prévoir un circuit qui est capable de ne pas tenir compte de l'augmentation initiale de la forme d'onde appliquée mais cela est assez difficile du fait que la plupart des circuits sont sensibles à une tension 15 et ne sont pas par conséquent directement applicables à ce type de commande. L'invention concerne un circuit d'amorçage en phase qui est capable de ne pas tenir eompte de la partie croissante de la forme d'onde de tension appliquée à un commutateur de puissance., tel 20 qu'un redresseur commandé au silicium ou une triac mais qui réagit cependant à une tension prédéterminée se produisant apœ s la crête de la forme d'onde. Ce problème est résolu en prévoyant un circuit de commutation qui comporte à son entrée une diode de Zener et qui est pourvue d'un dispositif de commande de courant constitué de 25 deux transistors qui réagissent à des parties différentes de la forme d'onde appliquée. Pendant la partie croissante de la forme d'onde de tension appliquée, du courant est fourni par l'intermédiaire drun des transistors à un condensateur ou élément d'emmagasinage d'énergie d'une manière suffisamment lente pour que la ten-30 sion d'entrée appliquée à l'électrode de commande d'un, redresseur commandé au silicium soit insuffisante pour le rendre conducteur. Lorsque la valeur instantanée de la tension d'alimentation atteint une certaine grandeur déterminée par une diode de Zener, l'a.utre transistor devient conducteur et le premier transistor est bloqué'. 35 Lorsque la tension diminue ensuite suffisamment pour tomber en dessous du potentiel de claquage de la diode de Zener, le circuit transistorisé est à nouveau commuté et une impulsion d'énergie est appliquée au circuit de commande du redresseur commandé au silicium de façon à le rendre complètement conducteur. Le redresseur j|_Q commandé au siliciim reste conducteur jusqu'à ce que le courant 71 05222 2083485 s*annule et est alors automatiquement bloqué. Cette sétiue-'ice ss* répète à chaque demi-période , en fournissant ainsi une petite quantité déterminée d'énergie électrique au primaire d'un transformateur du type allumeur à étincelle» En outre, cela se produit 5 pour une valeur bien déterminée de la tension d'alimentation après franchissement de sa crête. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ser-.nt mis en évidence dans la suite de la description, donnée à fcitrs d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans 10 lesquels : Figure 1 représente sehématiquement un circuit suivant l'invention; et Figure 2 est un graphique tension-temps donnant la. tension appliquée aux bornes d'une charge et représentant, dans sa partie 13 hachurée, la. période pendant; laquelle de l'énergie est fournie au primaire du transformateur élévateur ou à une autre charge,, Une tension de service 120 V,60Hz est appliquée par l'intermédiaire des conducteurs 11 et 12 de façon à alimenter en courant alternatif par l'intermédiaire d'un interrupteur 13 une charge 20 14. La charge 14 est constituée, dans le cas particulier représenté, par un transformateur 15 comportant un enroulement primaire 16 relié en série à la ligne 11 et à l'interrupteur 13, Le transformateur 15 comporte un enroulement secondaire 17 relié à deux électrodes 20 et 21 en vue de produire une étincelle d'allumage 25 dans un brûleur. L'invention est en particulier applicable à l'excitation de la charge 14 du type décrit mais elle n'est pas limitée à cette utilisation. La charge 14 peut être une charge électrique à laquelle est appliquée une quantité contrôlée ou limitée d'énergie électrique pendant des intervalles relativement 30 courts de chaque demi-période de la tension de service appliquée. L'enroulement primaire 16 est, en outre , relié par un conducteur 22 à une borne 23 qui constitue une borne d'entrée du circuit, désigné dans son ensemble par la référence 24* Une autre borne 25 du circuit 24 est reliée au conducteur 12 de manière à 35 permettre l'application de la tension de service au circuit 24. Les bornes 23 et 25 sont reliées par 1 intermédiaire de conducteurs 26 et 27 à un pont redresseur à double alternance qui comporte quatre diodes 28. Le pont redresseur fournit un potentiel positif au conducteur 30 et un potentiel négatif au conducteur 40 31. Un diviseur de tension formé d'une résistance 32, d'un poten- 71 05222 3 2083485 tiomètre 33 et d'une résistance 34 est branché entre les conducteurs 30 et 31. Le potentiomètre 33 et la résistance 34 pourraient être combinés en une seule résistance s'il n'était pas nécessaire - d'effectuer un réglage du circuit 24. 5 Une jonction entre la résistance 32 et le potentiomètre 33 est désignée par 35 et fournit un'potentiel positif au conducteur 36 d'un circuit de commutation 29. Le potentiel sur le conducteur 36 est appliqué par l'intermédiaire d'une résistance 37 et d'une diode de Zener 38 sous la forme d'un signal d'entrée à 10 un dispositif de commande de courant 40 qui fait partie du circuit de commutation 29. Le dispositif de commande de courant 40 com-' prend deux transistors 41 et 42 qui sont branchés -en montage différentiel de sorte que, lorsque le transistor 41 est conducteur, le transistor 42 est bloqué et inversement. Le signal d'entrée 15 appliqué à la base 43 du transistor 41 est transmis en 44 à la jonction de la diode de Zéner 38 et de la résistance 37. L'émetteur 45 du transistor 41 est relié par l'intermédiaire d'une résistance 46 au conducteur 36 de manière à recevoir du courant qui s'écoule ensuite du collecteur'47 vers une résistance 48 reliée 20 a.u conducteur 31 .Une jonction 50 entre le collecteur 47 et la résistance 48 est reliée à la base 51 du transistor 42 de manière à commander le transistor 42 qui comporte uiyfeircuit de transmission de courant passant par l'émetteur 52, le collecteur 53 et les deux résistances 54 et 55. 'Un petit élement d'emmagasinage d'é-25 nergie 56, constitué par un condensateur, est branché e,n série avec une résistance 57, ces deux éléments étant reliés aux bornes de la résistance 55 et' faisant- partie d'une sortie de commande de courant du circuit dë commutation 29. Un redresseur commandé âu silicium 60 comportant une anode 30 61- et une"cathode 62 et branché entre les conducteurs 30 et 31 est également muni d'une' "électrode de commande 63 qui est reliée à la jonction du condensateur 56 et de la résistance 57 de manière à recevoir un signal à la sortie du dispositif de commande de courant 40 en vue de rendre conducteur le redresseur 60. Le redres-35 seitr 60 peut être constitué par tout type de commutateur de puissance tel qu'ufie triac, un thyratron ou un dispositif similaire. Le circuit est" complété par a.ddition d'une résistance 65 et d'un condensateur en série 66 qui sont brancnés entre l'anode 61 et la cathode 62 du redresseur 60 en vue de supprimer les parasites 40 haute. fréqUénce et, ce'qui est plus important, d'empêcher une com 71 05222 4 2083485 mutation du redresseur commandé au silicium 66 par des courants transistoires de ligne. Sur la figure 2, le graphique représente la tension de ser-appliquee vice et la tension/a la charge 14 en fonction du temps. La tension 5 de service 70 a une forme sinusoïdale classique tandis que la. tension appliquée à la charge 14 est désignée par 71. Le circuit suivant l'invention fournit un moyen de maintenir le redresseur commandé au silicium 60 dans l'état bloqué jusqu'après la valeur de crête de la tension de service 70. Le redresseur commandé au 10 silicium est rendu conducteur pour une valeur précise et déterminée de la tension. Cela a été mis en évidence en hachurant la partie de la courbe de tension 71 qui est appliquée à 1a. charge 14. Avec cet agencement, de courtes impulsions d'énergie électrique sont appliquées à la charge 14 et sont, dans ce cas, conver-15 ties dans le secondaire 17 du transformateur 15 en une tension bien supérieure à fournir sous forme d'une étincelle entre les électrodes 20 et 21. La manière dont ce résultat est obtenu par le circuit de la figure 1 sera préciséedans la suite. Lorsque l'interrupteur 135 est fermé de manière à appli-20 quer un courant au circuit considéré et lorsque la tension de service 70 commence à augmenter , le pont redresseur à double alternance formé des diodes 28 devient conducteur de manière à produire une tension continue entre les conducteurs 30 et 31. Cette tension commence à augmenter lentement et du courant com-25 mence à passer dans la résistance 32 et dans le conducteur 36 pour arriver à la résistance 46. Avec le circuit- à transistors 41 et 42 décrit plus haut pour lé dispositif de commande de courant 40, du courant peut passer dans le circuit d'émetteur et de collecteur du transistor 42 par l'intermédiaire des résistanc-es 54 et 55. 30 Cet écoulement de courant suit la-tension appliquée aux conducteurs 11 et 12 et le condensateur- 56 se charge lentement sous l'effet de cette tension. En conséquence, un courant d'une tension et d'une intensité insuffisantes est-transmis à l'électrode de commande 63 du redresseur 60 qui reste par conséquent bloqué. 35 Lorsque la tension au" point 35 augmente jusqu'au potentiel de claquage de-la diode de Zener 38, celle-ci commence à devenir conductrice , de même que , par conséquent, le transistor 41. Lorsque le transistor 41 est conducteur, il engendre une réduction du courant de base du transistor 42 qui est finalement bloqué sous 40 l'action de la résistance 46„ La diode de Zener 38 choisie pour le 71 05222 5 2û834d5 circuit considéré a une tension de claquage d1environ 20 volts. Après que la tension de service J0 a passé la valeur de crête et a diminué jusqu'à environ 20 volts, la diode de Zener J>3 cesse d'être conductrice, ce qui ouvre le circuit de conduction 5 du transistor 41. Lorsque le transistor 41 est progressivement bloqué, le transistor 42 devient progressivement conducteur par effet de régénération. A ce moment, une tension importante apparaît brutalement entre le collecteur 53 du transistor 42 et le conducteur négatif 31 et une partie également importante de ceirce 10 tension est appliquée aux bornes de la résistance 55 et est transférée par l'intermédiaire du condensateur 56 à l'électrode de commande 63 du redresseur 60 sous la forme d'une impulsion. Il en résulte une mise en conduction du redresseur 60 qui reste dans cet état jusqu'à l'annulation de la tension de service 70, 15 le redresseur 60 revenant alors à son état bloqué. Le même x-îro-cessus se déroule pour la demi-période inverse du fait que les diodes 28 constituent un pont à double alternance et que les conducteurs 30 et 31 fournissent une tension redressée normale de polarité correcte au circuit de commande. En choisissant cor— 20 rectement les valeurs de la résistance 33 et de la diode de Zener 38, il est possible d'appliquer seulement les 25 ou 30 derniers degrés de la tension de service par l'intermédiaire du redresseur commandé au silicium 60. Puisque le redresseur 60 fonctionne essentiellement comme un élément de courtcircuitage lorsqu'il est 25 conducteur, une valeur importante du courant peut maintenant passer pendant une faible partie de la tension appliquée 70, ce qui oblige la charge 14 ou le transformateur 15 à produire une étincelle puissance mais avec un degré limité de dissipation d'énergie. 30 A l'aide du circuit suivant l'invention, il est possible de sélectionner, par l'intermédiaire du circuit de commutation 29, un point désiré de la courbe de tension de sei>vice 70 après franchissement de la crête. Ceci permet de contrôler intégralement le fonctionnement d'un commutateur de puissance tel que le re-35 dresseur commandé au silicium 60. L'application décrite plus haut illustre le principe de fonctionnement d'un circuit de commutation tel que 24 et n'a bien entendu aucun caractère de limitation de l'invention. 71 05222 2uÔ348i> (JÀTÏOSS- 1 - Circuit de commutation pour commander le fonctionner xl d'un commutateur de puissance 60 après franchissement de la crêm d'une tension de courant alternatif appliquée au commutateur - -à 5 puissance,caractérisé en ce qulil comprend des moyens de redxn.i>-semant 28 agencés pour être reliés à une charge 14 et à unesîv^ci de courant alternatif 10 peur fournir une tension redressée à un circuit de commutation 29, ledit circuit de coamutation co"oc?:-tant des moyens d'entrée relié&aux moyens de redressement i,3 10 et étant pourvu d'un élément à tension de claquage 38,et en cuia:-; un dispositif de commande le courant 40 comportant des éléments d'entrée 43,4m celiés à 1'élément à tension de claquage et des moyens de sortie 56,57 "branchés de manière à exciter le coiBEruta-t.eur de puissance 60,et en ce que les moyens de sortie 15,5? du lp dispositif -le c-oamande de courant comprennent un élément d'enukii^a-sinagâ d'énergie 56,en ce que ledit dispositif de commande de courant devient conducteur en vue d'assurer l'application d'énergie à l'élément d'emmagasinage 56 lors de l'application de ladite tension alternative jusqu'à ce que l'élément à tension de claquage 2> agisse de façon à dériver le courant passant dans le circuit da commutation lors d'une augmentation de la tension appliquée et en ce que le circuit de commutation agit sur le dispositif de commande de courant de manière à le rendre conducteur lorsque ladite tension alternative tombe en dessous de la tension de claquage 25 dudit élément afin de permettre l'application auxdits moyens de sortie à*une impulsion brutale de courant suffisante pour actionner le commutateur de puissance par l'intermédiaire de l'élément d'emmagasinage d * énergie. 2 - Circuit de commutation suivant la revendication l,carac-30 ttrisé en ce que le dispositif de commande dy courant comprend deux transistors 41, 42 fonctionnant par régénération,un premier* transistor étant "branché de façon à permettre l'application de ladite impulsion brutable de courant au commutateur de puissance tandis que l'autre transistor est monté de manière à shimter le 35 courant passant dans le commutateur. 3 - Circuit de commutation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le commutateur de puissance est un redresseur commandé au silicium comportant une électrode de commande reliée à l'élément d'emmagasinage d'énergie,ledit redresseur comportant une anode et une cathode reliées aux bornes desdits moyens redres-40 seurs. 71 05222 7 2083485 k - Circuit de commutation suivant la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que lesdits moyens redresseurs sont constitués par un pont redresseur à double .alternance. 5 - Circuit.de commutation suivant la revendication cà- 5 ractérisé en ce que le dispositif de commande de courant comprend deux transistors 41, 42 fonctionnant par régénération, l'un des transistors étant branché de manière à permettre l'application de ladite impulsion brutale de courant à l'électrode de commande d.u redresseur commandé au silicium tandis que l'autre .transistor 10 est branché de manière à shunter le courant-dans l'élément de commutation. 6 - Circuit de commutation suivant la revendication 1 ■ ou 5, caractérisé en ce que l'élément à tension de claquage est une dio de de Zener. 15 7 - Circuit de commutation suivant la revendication 1 ou 6, caractérisé en ce que l'élément d'emmagasinage d'énergie est un condensateur. 8 - Circuit de commutation suivant la revendication 7, carac térisé en ce que la charge est constituée par l'enroulement pri-20 maire d'un transformateur ayant pour fonction de produire des étincelles d'allumage dans un brûleur.