Brevet FR2143606A1 — publié le 19730209

La présente invention se rapporte d'une manière générale aux alimentations en courant alternatif sous très basse tension, par exemple 12 ou 24 volts, destinés à fournir à un organe ou circuit utilisateur une puissance électrique réglable par commande extérieure, manuelle ou automatique. Plus particulièrement, l'invention se rapporte aux alimentations de ce type faisant emploi d'éléments semiconducteurs à conduction déclenchée, tels que les thyristors simples ou symétriques. La commande des thyristors fonctionnant sous tension relativement élevée, par exemple égale à 110 ou 220 volts, peut être assurée au moyen de nombreux circuits connus faisant emploi par exemple de diodes à conduction bidirectionnelle , dont le bon fonctionnement ne pose alors aucun problème particulier. Ces circuits de commande ne peuvent toutefois être utilisés sous basse tension, en raison des caractéristiques de commutation inhérentes aux éléments qui les composent. Or, l'emploi de très basses tensions alternatives devient de plus en plus fréquent, pour des raisons de sécurité et/ou de rendement : ainsi, la plupart des projecteurs de films ou diapositives sont désormais équipés de lampes à halogène fonctionnant sous très basse tension, et dont la luminosité doit pouvoir être réglée à volonté, notamment pour obtenir des effets de fondu-enchaîné. L'invention a en conséquence pour objet la réalisation d'une alimentation à puissance réglable en couranQálternatif sous très basse tension, du type comportant un élément semiconducteur à conduction bidirectionnelle déclenchée, telle qu'un thyristor symétrique dit "TRIAC", monté en série avec la source de courant et l'organe utilisateur alimenté, et des circuits de commande de conception nouvelle et originale faisant emploi d'organes commutables sous très basse tension pour porter ledit élément à conduction à un instant réglable au cours de chaque alternance. A cet effet, l'alimentation conforme à l'invention est essentiellement caractérisée en ce que les circuits de commande précités comportent un pont déphaseur et un pont diviseur de tension, respectivement formés d'un potentiomètre de réglage en série avec un condensateur éventuellement shunté par une résistance et de deux résistances en série, montés en parallèle aux bornes de ltélément à conduction déclenchés et dont les points médians sont respectivement reliés aux bases et aux émetteurs de deux transistors de types opposés formant chacun avec un transistor complémentaire monté tête--bèche en cascade un. circuit intégré par ailleurs relié à l'une des bornes de liment à conduction déclenchée et à sa gâchette pour lui appliquer une impulsion de déclenchement au cours de chaque alternance de polarité correspondant au sens de conduction dudit circuit intégré, à l'instant où l'amplitude de la tension réglable fournie par le pont déphaseur devient supérieure à celle de la tension de référence fournie par le pont diviseur. En pratique, l'alimentation conforme à l'invention fait emploi de circuits intégrés à quatre bornes du type vendu dans le commerce sous l'appellation "ERY 39", comportant des transistors complémentaires dont chacun a sa base reliée au collecteur de l'autre. En effet, ces circuits intégrés possèdent de par leur structure un effet de réaction positive très accentuée, qui permet de les utiliser comme générateur d'impulsions alimenté sous quelques volts et dont la commande ne requièrt que quelques dizaines ou centaines de millivolts, valeurs parfaitement compatibles avec l'objet de l'invention. Outre l'alimentation à double alternance qui vient d'être spécifiée, l'invention a encore pour objet les alimentations qui peuvent en être dérivées, telles qu'une alimentation à simple alternance comportant un thyristor simple ou autre élément à conduction unidirectionnele décendnée' en lieu et place de l'élément précité, une alimentation asservie destinée à faire varier la puissance fournie à l'organe utilisateur de part et d'autre d'une valeur de consigne en fonction d'un signal d'écart, ou encore une alimentationtdouble destinée à fournir à deux organes d'utilisateur des puissances variant en sens inverse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un l'exemple de réalisation non limitatif illustré par le dessin annexé sur lequel - la figure 1 donne le schéma d'une alimentation à double alternance conforme à l'invention; et - la figure 2 est un graphique expliquant le fonctionnement de l'alimentation de la figure 1. L'alimentation représentée par la figure 1 est destinée à fournir une puissance électrique réglable à un organe d'utilisation U, par exemple la lampe à halogène d'un projecteur de diapositives, devant être alimentée sous une très basse tension, par exemple de 12 ou 24 volts. A cet effet, la lampe U est montée en série avec d'une part l'enroulement secondaire d'un transformateur-abaisseur de tension T alimenté par le secteur, et d'autre part avec un thyristor symétrique Th, également connu sous la dénomination "TRIAC", que des circuits de commande associés portent à conduction à un instant réglable au cours de chaque alternance du courant d'alimentation.La lampe U reçoit en conséquence une puissance électrique dont la valeur moyenne et par suite la valeur efficace sont réglables; il s'ensuit que la luminosité de la lampe U peut être modifiée à volonté, par exemple pour obtenir des effets de fondu-enchaîné. les circuits de commande précités comprennent essentiellement un pont déphaseur et un pont diviseur de tension fournissant respectivement une tension de commande et une tension de référence dont les valeurs instantanées sont comparées par des montages commutateurs produisant en réponse les impulsions de déclenchement du thyristor Th. En plus de détail, le pont déphaseur et le pont diviseur de tension, constituésle premier par un potentiomètre de réglage P monté en série avec un condensateur Q shunté par une résistance R, et le second par deux résistances S, S' en série, sont montés en parallèle aux bornes du thyristor Th, et par suite ne sont alimentés que lorsque ledit thyristor est bloqué. Chacun des montages commutateurs associés est essentiellement constitué d'un circuit intégré Cli, CI2 vendu dans le commerce sous la dénomination "BRY 39", comprenant deux transistors complémentaires X1-Y1, X2-Y2 montés tête-bèche en cascade, la base de l'un étant directement reliée au collecteur de l'autre. Les circuits intégrés CI1 et CI2 sont identiques mais montés en sens inverse, de sorte que leurs transistors X1, X2 d'une part et Y1, Y2 d'autre part sont de types mutuellement opposés. les émetteurs des transistors X1, X2 sont reliés en parallèle au point médian B du pont diviseur de tension S-S', auquel apparaît la tension de référence susmentionnée, tandis que leurs bases sont reliées au point médian A du pont déphaseur de tension P-Q fournissant la tension de commande susmentionnée. Le collecteur de chacun des transistors X1, X2 est relié par l'intermédiaire d'une résistance de charge Z1, Z2 à une diode respective D1, D2 à laquelle est directement relié l'émetteur du transistor complémentaire Y1, Y2.La diode D1, D2 ainsi associée à chaque circuit intégré CI1, CI2 présentele même sens de conduction que les deux transistors constituant ledit circuit. Enfin, ces deux diodes D1, D2 sont reliées à la borne du thyristor Th également reliée au potentiomètre de réglage P, tandis que le point médian du pont diviseur de tension S-S' est relié par l'intermédiaire d'un condensateur C à la gachette dudit thyristor. Le fonctionnement de l'alimentation ainsi constituée va maintenant être décrit en se référant au graphique de la figure 2, qui constitue une représentation des tensions et courants en jeu, simplifiée par l'omission des effets des régimes transitoires La courbe VTh représente la tension aux bornes du thyristor Th, qui pendant les périodes de blocage de ce dernier est identique à la tension sinusoïdale fournie par le transformateur d'alimentation T, et est bien entendu sensiblement nulle pendant les périodes de conduction dudit thyristor. La courbe ITh, tracée en traits gras, représente le courant traversant le thyristor, courant qui à l'inverse de la tension précitée est pratiquement nul pendant les périodes de blocage du thyristor. les courbes VA et VB représentent respectivement les tensions apparaissant auxpointsmédiansdu pont déphaseur et du pont diviseur de tension; la tension VB fournie par ce dernier est à tout instant proportionnelle à la tension VXh aux bornes du thyristor, dans le rapport fixé par les résistances S et S'; la courbe VA, également nulle pendant les périodes de conduction du thyristor est représentée pour simplification comme constituée par des arcs de la sinusolde qui serait obtenue en régime permanent, dont l'amplitude et la phase 9 sont déterminées par les valeurs du:potentiomètre P, du condensateur Q et de la résistance R. Au cours d'une alternance de polarité déterminée, l'un ou l'autre des circuits intégrés CI1, CI2 est mis hors service, sa diode de protection D1, D2 étant polarisée au blocage. lia jonction base-anetteur du transistor Xi, X2.du circuit intégré en service reste également polarisée au blocage aussi longtemps que l'amplitude de la tension de commande VA fournie par le pont déphaseur reste inférieure à celle de la tension de référence VB fournie par le pont diviseur.L'instant où ces deux tensions deviennent égales au cours de l'alternance considérée dépend exclusivement du réglage du potentiomètre P, quelque soit le régime transitoire de charge du condensateur Q, ce dernier ayant été totalement déchargé pendant la période de conduction du thyristor Th durant l'alternance précédente. A l'instant où la tension de commande VAdevient égale à la tension de référence VB, ou plus exactement supérieure à cette dernière des quelques dizaines ou centaines de millivolts nécessaires pour assurer la commutation du transistor X1, X2, ce dernier devient passant et porte à conduction le transistor complémentaire associé Y1, Y2; il s'ensuit qu'il apparaît au point médian B du pont diviseur de tension une impulsion qui est transmise par le condensateur C à la gachette G du thyristor Th pour porter ce dernier à conduction. Dès que le thyristor est conducteur, la tension à ses bornes s'annule, ce qui met hors service l'ensemble des circuits de commande,qui retrouvent leur état-initial; en particulier et comme déjà indiqué, le condensateur Q se trouve totalement déchargé, ce qui supprime tout effet d'hystérésis. il résulte de l'ensemble des processus qui viennent d'être décrits que l'alimentation conforme à l'invention présente en pratique une caractéristique de régulation sensiblement linéaire, la puissance électrique moyenne fournie à l'organe utilisateur U étant sensiblement proportionnelle au réglage du potentiomètre P. De l'alimentation réglable à double alternance qui vient d'être décrite peuvent être dérivées des alimentations d'autres types constituant d'autres modes de mise en oeuvre de l'invention Ainsi, en substituant au thyristor symétrique Th un thyristor simple ou autre élément à conduction unidirectionnelle déclenchée et en omettant en correspondance l'un des circuits intégrés de commande, on peut obtenir une alimentation réglable à simple alternance. Afin d'éviter toute hystérésis de fonctionnement, le condensateur Q doit alors être shunté par une diode passante pour les alternances du courant bloquées par le thyristor. Que l'alimentation conforme à l'invention soit à simple ou double alternance, la puissance fournie à l'organe utilisateur peut être facilement asservie à un paramètre de commande extérieure. Dans le cas où les variations de la puissance fournie sont de forte amplitude, il suffit d'asservir audit paramètre la commande du potentiomètre de réglage P.Si par contre la puissance fournie à organe utilisateur doit rester constante ou bien ne varie que peu de part et d'autre d'une valeur de consigne en fonction des variations du paramètre susmentionné, il suffit d'afficher cette valeur de consigne au moyen du potentiomètre P, et d'appliquer à la branche opposée du pont déphaseur un signal d'écart issu des variations de la puissance effectivement fournie ou de celle du paramètre précité, par exemple des impulsions de courant chargeant ou déchargeant partiellement le condensateur Q, pour ainsi avancer ou retarder l'instant d'amorçage du thyristor au cours de chaque alternance. Enfin, l'alimentation conforme à l'invention, quelqu'an soit le type, peut être dédoublée pour fournie à deux organes utilisateurs des puissances variant en sens inverse. A cet effet, il suffit de coupler mécaniquement les potentiomètres de réglage P de manière que leurs valeurs ohmiques varient inversement. Une telle alimentation double pourrait être par exemple utilisée pour la commande de deux projecteurs de diapositives fonctionnant en alternance avec fondu-enchaîné des projections. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré, qui n'a été donné qu 'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques de ceux décrits et illustrés, considérés séparément ou en combinaisons et mis en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. -REVENDICATIONS- ~=~=~=~=~=~=~=~=~=~=~=~=~=~ 1.- Alimentation à puissance réglable en courant alternatif sous très basse tension, par exemple 12 ou 24 volts, du type comportant un élémentsemiconducteur à conduction bidirectionnelle déclenchée, tel qu'un thyristor symétrique dit "TRIAC", monté en série avec la soume de courant et l'organe utilisateur alimenté, et des circuits de commande permettant de porter ledit élément à conduction à un instant réglable au cours de chaque alternance, caractérisésen ce que lesdits circuits de commande comportent un pont déphaseur et un pont diviseur de tension, respectivement formés d'un potentiomètre de réglage P en série avec un condensateur Q éventuellement shunté par une résistance R et de deux résistances S, S' en série, montés en parallèle aux bornes de l'élément à conduction déclenchée Th et dont les points médians A, B sont respectivement reliés aux bases et aux émetteurs de deux transistors de types opposés Xi, X2 formant chacun avec un transistor complémentaire Y1, Y2 monté tête-bèche en cascade un circuit intégré Ci,CI2,par exemple du type dit "BRY 39", par ailleurs relié à l'une des bornes de l'élément à conduction déclenchée et à sa gâchette G pour lui appliquer une impulsion de déclenchement au cours de chaque alternance de polarité correspondant au sens de conduction dudit circuit intégré, à l'instant où l'amplitude de la tension réglable VA formée par le pont déphaseur devient supérieure à celle de la tension de référence VB formée par le pont diviseur. 2.- Alimentation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'à chaque circuit intégré CI1,CV est associée une résistance de charge et de polarisation Z1, Z2, reliant le collecteur du transistor X1, X2 et la base du transistor complémentaire Y1, Y2 à l'émetteur de ce dernier, relié à la borne de l'élément à conduction déclenchée Th elle-même reliée au potentiomètre P du pont déphaseur. 3.- Alimentation selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce qu chaque circuit intégré CIl,CI2est associée une diode de protection D1, D2 montée en série avec les jonctions émetteur-collecteur des transistors X1,Y1, X2.-Y2 et de même sens de conduction. 4. Alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le point médian (B) du pont diviseur, et par suite les émetteurs des transistors X1, X2, sont reliés à la gâchette G de l'élément à conduction contrôlée Th par l'intermédiaire d'un condensateur C. 5. Alimentation à simple alternance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un thyristor simple ou autre élément à conduction unidirectionnelle déclenchée étant substitué à l'élément à conduction bidirectionnelle précité, l'un des circuits intégrés CI1, CI2 est omis et une diode D est montée aux bornes du condensateur Q du pont déphaseur dans le sens passant par les alternances bloquées par ledit thyristor. 6. Alimentation asservie selon l'une quelconque des revendications précédentes, destinée à faire varier la puissance fournie à l'organe utilisateur de part et d'autre d'une valeur de consigne en fonction d'un signal de ccmmande, caractérisée en ce que ladite valeur de consigne est affichée au moyen du potentiomètre P, le signal de commande étant appliqué en série dans l'autre branche du pont diviseur, par exemple sous la forme d'impulsions de charge ou décharge partielle du condensateur Q. 7. Alimentation double selon l'une quelconque des revendications précédentes, destinée à fournir à deux organes utilisateurs des puissances variant en sens inverses, caractérisée en ce qu'elle est constituée de deux alimentations du type précité dont les potentiomètres de réglage P sont mécaniquement couplés de manière que leurs valeurs ohmiques varient inversement.