Brevet FR2134454A1 — publié le 19721208

Dans la eomaande par modulation d'impulsions ou par ondes rectangulaires d'une impédance de charge induetive pour des applications à la commande automatique de machines, telles que des organes à commandes électro—magnétiques, la commande précise des opérations néces— 5 site un positionnement précis dans le temps des signaux rectangulaires de puissance destinés à provoquer l'excitation commandée. Il est généralement souhaité que le temps de montée et le temps de descente des signaux soient courts, aussi bien pour faciliter la précision du positionnemént dans le temps de l'application de la commande 10 que pour réduire l'énergie maximale nécessaire pour obtenir une consommation moyenne d'énergie de commande. En d'autres termes, la puissance moyenne fournie par un signal presque parfaitement rectangulaire dont les temps de montée et de descente sont courts, tend à être égale à la puissance de crête nécessaire, ce qui réduit au mi-15 nimum la consommation en énergie dans une application donnée à une commande automatique de machine. Un procédé antérieur d'augmentation de la vitesse de montée, en volts par seconde, d'un circuit d'excitation destiné à alimenter un organe à commande électro-magnétique présentant un temps de retard 20 dynamique donné, consiste à surexciter l'organe: le fait de doubler l'excitation double la vitesse de montée en volts par seconde, mais conduit à une consommation inutilement élevée d'énergie électrique. l'invention concèrne xm circuit d'excitation destiné à moduler des impulsions en courant continu appliquées à une impédance de char-25 ge inductive, dont les temps d'excitation et de de sexeitation sont courts et dont la consommation en énergie est minimale. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit comporte un premier amplificateur de puissance à transistors dont la réponse à la désexcitation est rapide (grâee à une diode de blocage à la sor-30 tie) et qui maintient l'excitation après la période transitoire dans le circuit d'excitation. Le circuit comporte également un circuit de déclenchement compensateur dont une sortie est connectée en parallèle avec celle du premier circuit et qui délivre à sa sortie un signal de déclenchement qui compense la période transitoire d'établis-35 sement du circuit d'excitation. En fonctionnement normal, le circuit d'excitation selon l'invention délivre un signal de puissance, modulé en impulsions de courant continu, d'une polarité prédéterminée, à montée et à descente 72 14495 2 2134454 rapides, en réponse à des signaux de commande à deux états qui lui sont appliqués. L'invention concerne donc un dispositif perfectionné d'excitation à puissance modulée dans le temps, destiné à un élément de commande électro-magnétique. 5 Un autre objet de l'invention consiste à créer un circuit d'ex citation dont le temps de montée et le temps de descente sont courts. L'invention a également pour objet de créer un dispositif de compensation de la période transitoire d'établissement d'un circuit d'excitation. 10 D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple: la Fig. 1 représente le schéma d'un circuit selon l'invention; la Fig. 2 représente la forme d'onde de signaux engendrés par 15 différentes parties du circuit de la Fig. 1. La Fig. 1 représente le schéma d'un circuit selon l'invention. Ce circuit comprend une première section d'amplificateur de puissance à transistors à trois étages comportant un transistor de commutation 10, d'un type de conductivité déterminé à couplage ohmique. Un 20 second transistor 11, de même type de conductivité, et à couplage ohmique, relie la sortie du premier transistor à l'entrée du troisième étage d'amplification de puissance constitué par un transistor 12 complémentaire, ou de type de conductivité opposé à ceux des transistors 10 et 11. La sortie du transistor complémentaire 12 est re~ 25 liée à une impédance 13 de charge inductive par l'intermédiaire d'une impédance à conduction unidirectionnelle, ou diode 14 orientée de manière à permettre au courant continu de circuler dans la change 13 lorsque le transistor 12 est conducteur par suite du déblocage du transistor de commutation 10, tout en empêchant le transistor 12 de 30 recevoir la décharge due à la self-induction dans la chagre 13, ou le signal de déclenchement délivré par un transistor auxiliaire 15 de la manière qui sera décrite en détail par la suite. Le circuit de la Fig. 1 comporte également une section "d'amplificateur auxiliaire ou compensateur constituée par un étage diffé-35 renciateur à transistors comportant un transistor 16 de couplage d' entrée complémentaire, ou de type de conductivité opposé à celui du transistor 10 et dont la base est reliée au collecteur du transistor 10 par l'intermédiaire d'un circuit différenciateur à résistance- 72 14495 3 2134454 capacité constitué par un condensateur 17 de couplage en série et une résistance 18 en dérivation. Cet étage amplificateur auxiliaire comporte également le transistor de sortie 15 dont le type de conductivité est le même que celui du transistor de sortie 12 et dont la 5 base est couplée par une résistance au collecteur du transistor 16. le collecteur du transistor 15 est connecté, en parallèle avec le collecteur du transistor 12, aux "bornes de l'impédance de charge 13» Il faut également noter que la tension d'alimentation appliquée à la section auxiliaire est supérieure à celle appliquée à la première 10 section d'amplificateur à transistor. En outre, une diode 19 est connectée aux bornes de la résistance d'entrée, en dérivation 18 de manière à ne permettre le passage des signaux différenciés que dans un sens déterminé, et à éviter ainsi les impulsions de double polarité. 15 Au cours du fonctionnement normal du circuit qui vient d'être décrit, et en l'absence d'un signal d'entrée positif appliqué sur la borne d'entrée 25 (c'est-à-dire avec la borne 25 à la masse ainsi que le montre la courbe 20 de la Fig. 2 avant l'instant t^) le transistor 10 est débloqué et les transistors 11, 12, 15 et 16 sont blo-20 qués. lorsqu'un signal de commande, de polarité positive est appliqué à la borne d'entrée 25 (courbe 20 à l'instant tç), le transistor de commutation 10 est bloqué et les transistors 11 et 12 sont débloqués. • le temps de montée du courant d'aimantation dans la charge 13 25 (Fig. 1) est déterminé, de la manière bien connue, par la constante de temps l/R du circuit constitué par les éléments 12 et 13. Ce temps de montée et la réponse à un signal d'entrée de forme d'onde rectangulaire (courbe 20 de la Fig. 2) sont illustrés par la courbe 21. Une coupure brusque est obtenue à la sortie du transistor 12 (courbe 30 21 entre les instants t^ et t^) à la disparition du signal appliqué sur la borne 25 (courbe 20 à l'instant t^) grâce à la diode 14 qui bloque le passage d'un courant dû à la force contre-électromotrice, entre l'inductance 13 et le transistor 12. En d'autres termes, la diode 14 donne une grande valeur à R dans la constante de temps 35 (l/R effective) de sorte que la valeur de cette constante de temps est sérieusement réduite. Au moment où le transistor de commutation 10 est bloqué, une impulsion est appliquée à la base du transistor 16, la largeur de 72 14495 4 2134454 cette impulsion étant déterminée par le produit RC des éléments 17 et 18 et son amplitude étant limitée par la tension d'alimentation V2« L'impulsion de tension, représentée par la courbe 22, débloque le transistor 16 qui, à son tour, débloque le transistor 15 qui dé-5 liwre une impulsion correspondante d'intensité élevée à l'élément 13. Si la tension d'alimentation du transistor 15 est augmentée de manière à être supérieure à celle du transistor 12 et si la constante de temps de charge RC des éléments différenciateurs 17 et 18 est beaucoup plus faible que la constante de temps L/R des éléments 12 10 et 13, il est possible d'obtenir une impulsion de réponse telle que celle représentée par la courbe 22 sur la Fig. 2 qui, lorsqulelle est combinée avec l'impulsion représentée par la courbe 21, permet d'obtenir l'impulsion combinée représentée par la courbe 23 qui compense le retard à l'établissement de la courbe 21. La diode de blo-15 cage 14 évite également que l'impulsion de compensation soit dérivée par le transistor 12 vers la source d'alimentation de plus faible tension. La diode en dérivation 19 empêche également les impulsions différenciées de polarités opposées d'inverser le signal aux points d'inflexion du signal d'entrée rectangulaire représenté par la cour-20 be 20. Le circuit qui vient d'être décrit constitue donc un circuit d' excitation et un dispositif électro-magnétique dont la commutation est rapide aussi bien à l'excitation qu'à la désexcitation. En raison de la faible surface délimitée par la courbe 22, une faible éner-25 gie suffit pour alimenter un circuit compensateur donné. Lorsqu'un grand nombre de dispositifs électro-magnétiques doivent être commandés successivement, tels que par exemple les poussoirs à commande électro-magnétiques d'aiguilles d'une machine à tricoter à commande électronique, la puissance moyenne nécessaire est légèrement supé-30 rieure à la puissance totale en régime permanent absorbée par le nombre de poussoirs dont les cycles de fonctionnement se chevauchent, et une puissance supplémentaire très faible suffit pour alimenter le circuit compensateur décrit ci-dessus. Autrement dit, en raison de la plus courte période de réponse du circuit compensateur, le nombre 35 des poussoirs commandés successivement qui doivent être actionnés avec un chevauchement momentané est plus faible et de ce fait, associé à la faible énergie consommée à chaque excitation, n'impose qu' \ine augmentation minimale de la puissance de la source d'énergie 72 14495 5 2134454 qui alimente les circuits d'excitation des poussoirs à commande électro-magnétique. Le dispositif décrit constitue donc un circuit d'excitation perfectionné destiné à exciter, en impulsions modulées, plusieurs 5 impédances de charge inductives excitées successivement, la commutation du circuit d'excitation étaat rapide aussi "bien à l'excitation qu'à la désexcitation et sa consommation d'énergie minimale. 72 14495 6 2134454 BEVEroiCAff IOffS 1 - Circuit d'excitation pour dispositif électro-magnétique dont les temps de commutation sont courts et dont la consommation en énergie est faible, caractérisé en ce qu'il comporte un premier 5 circuit à transistor destiné à fournir un courant d'aimantation permanente de maintien pendant une période déterminée, xm second circuit compensateur à transistors qui, lorsqu'il se produit un changement prédéterminé de l'état dudit premier circuit, produit une impulsion de courte durée et à court temps de montée, les sorties desdits pre-10 mier et second circuits étant connectées en parallèle et agencées de manière à exciter un seul circuit commun d'aimantation, la réponse dudit second circuit compensant la réponse plus lente à la montée dudit premier circuit. 2 - Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1' 15 entrée dudit second circuit, à laquelle est connectée une résistance en dérivation, est couplée par capacité à la sortie d'un étage de découplage d'impédance d'entrée dudit premier circuit. 3 - Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier circuit est constitué par un commutateur saturable à 20 faible tension, ledit second circuit est constitué par un circuit générateur d'impulsions de courte durée et d'intensité élevée, ladite sortie dudit premier circuit étant connectée à une diode de couplage . 4 - Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que 25 ledit premier circuit est constitué par un premier étage à transistors, inverseur de phase, dont l'entrée est couplée par résistance et un étage à transistor de commutation saturable, non inverseur de phase, dont l'entrée est couplée par résistance à une sortie dudit premier étage à transistors. 30 5 - Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit second circuit est constitué par un étage amplificateur de courant non inverseur de phase dont le signal de sortie est en phase avec le signal de sortie dudit premier circuit. 6 - Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que 35 ledit second circuit est constitué par un amplificateur de courant non inverseur de phase dont l'entrée est couplée par capacité à une sortie dudit premier étage dudit premier circuit, une diode de blocage d'orientation prédéterminée étant connectée en dérivation aux bornes de ladite entrée dudit second eircuit.