Brevet FR2227687A1 — publié le 19741122

L'invention concerne un commutateur pour installation électrique, et plus spécialement un commutateur à touche, comportant un organe de commande qui permet d'agir, grâce à un courant abaissé à une valeur sans danger, et par l'intermédiai- re d'un amplificateur de circuit, dtune bascule bistable, puis d'un circuit de commande, sur un circuit de puissance qui contient de préférence un diac commandé par un triac. Les commutateurs de ce type sont caractérisés par la facilité de leur manipulation et la bonne fiabilité, et c'est la raison pour laquelle, dans les installations électriques, les commutateurs à touche entièrement électroniques encastrés dans des boîtiers sous plâtre sont de plus en plus employés, et remplacent même d'anciens interrupteurs mécaniques déåà encastrés, en gardant le même volume d'encastrement, Selon l'invention, le commutateur précité est combiné avec un dispositif de réglage continu, connu par ailleurs, le commutateur et le dispositif de réglage étant logés dans un boîtier unique généralement insérable dans les coffrets d'en- castrement du commerce, de 55 mm, L'appareil proposé par l'invention offre des avantages évidents pour l'installation et, de plus, les pièces les plus coûteuses de celle-ci, telles que les éléments anti-parasites et le commutateur de puissance, par exemple le triac, servent en même temps pour le commutateur à touche et pour le circuit de reglage continu. Pour éviter une action intempestive sur la touche, les organes de commande du commutateur et du dispositif de réglage continus, qui sont au moins voisins, seront actionnés séparément. L'organe de commande pour le réglage continu, qui sera de préférence un bouton rotatif, peut alors être incorporé à organe de commande de l'interrupteur, lequel pourra être une grande plaque métallique La figure unique du dessin représente le schéma du circuit dtun commutateur-gradateur combinés selon ltinvention, à titre d'exemple et sans caractère limitatif. Ltappareil représenté est un circuit de va-et-vient comportant, d'une part, le commutateur proprement dit entouré de traits tiretés et comprenant un amplificateur I, une bascule bistable II, un étage de commande III et un circuit de puissance IV, agencé en circuit de réglage continu et, d'autre part, entouré en traits mixtes, interrupteur à touche supplémentaire V; des conducteurs 1 et 2 connectent d'autres interrupteurs, en transformant le va-et-vient en permutateur.Compte tenu de leur utilisation, le commutateur proprement dit et llinterrup- teur supplémentaire sont logés dans des coffrets d'encastrement distincts, l'action sur les pièces du commutateur proprement dit permettant de commander une charge, par exemple une lampe 3, et aussi de la régler en continu, tandis que l'organe B de 1'interrupteur supplémentaire V permet uniquement de commander la mise en circuit ou hors circuit de la charge 3. Si l'appareil principal est uniquement un interrupteur, la phase du réseau est connectée à une borne de celui-ci, notée P. Dans les installations classiques existantes de va-et-vient ou de permutation, an branche la phase à la borne P de 11 inter- rupteur supplémentaire dont le coffret comporte déjà le conducteur de phase. Ainsi, les bornes P des autres appareils restent sans connexion. Etant donné que chaque borne P comporte un coupe-circuit Si ou S2, les éléments des appareils sont protégés dans tous les cas contre les surtensions pouvant résulter des courts-circuits sur le circuit de puissance, quelle que soit la borne P qui reçoit la phase dans le cas visé. Le circuit de réglage continu IV, ou gradateur, comporte un triac Tr, commandé par un diac Di, un filtre anti-parasites avec une bobine d'arrêt Dr et un condensateur Ci, un déphaseur à deux éléments avec un potentiomètre P1, une résistance R2 et les condensateurs C2 et C3 et enfin une résistance R3. Pour protéger l'appareil par limitation d'intensité lorsque le potentiomètre P1 est à la position 0 Ohm, une résistance Ri est montée en série avec le potentiomètre Pi. Le circuit de réglage continu présente une impédance telle que, même dans cette position de chute de tension minimale du potentiomètre à O Ohm, 11 intensité est limitée par la résistance Ri à une valeur encore compatible avec le procédé de commutation par les circuits logiques du commerce exécutés avec des composants NOS. L'étage de la bascule bistablejtI présente deux circuits logiques exécutés en technique NOS, dont le premier sert de générateur dlimpulsions FFi et le second, disposé en avai du premier, de mémoire FF2. Dans les conditions précitées, le circuit servant de mémoire peut être monté en parallèle avec le condensateur C2, car on aura abaissé l'intensité par la résistance Ri et la tension par le diac jusqu'à des valeurs que les circuits logiques sont à même de traiter dans les deux états de commutation L (bas) et H.Entre la sortie Q de la mémoire BF2 et le diac Di se trouve un circuit de commande comprenant un transistor à effet de champ X1 et deux diodes D2 et D3 montées en série entre la grille du transistor et l'une des électrodes de son circuit modulé. Grâce à cette commande, une tension alternative peut être commandée par une tension continue, dans un montage tel que la tension de signal à la sortie Q de la mémoire FF2 et la tension alternative commandée aient un pôle commun. La mémoire FF2 forme avec le générateur d'impulsions SS1 un circuit intégré du commerce en technique MOS-C. Le montage bénéficie des avantages de cette technique, qui sont une large plage de tensions d'alimentation, une très faible consommation de puissance et un large intervalle de tensions perturbatrices. La tension d'alimentation du circuit de mémoire SF2 de la bascule bistable est obtenue par l'intermédiaire d'une résistance R4, dtune diode Zener D4, d'une diode D1 et d'un condensateur 04. Les touches de commande B du commutateur principal et de ltinterrupteur supplémentaire 7 sont à la phase par llintermé- diaire des résistances R9 et R8 ou R12 et Ril. Les résistances R9 et R12, qui sont formées, pour des raisons de sécurité, de deux résistances séparées chacune, limitent ltintensité à une valeur qui est sans risque pour l'usager. Les résistances R8 et R11 permettent de régler la sensibilité de ltappareil. La base dùn transistor 2 de 11 amplificateur de commutation I est connectée à un point situé entre les résistances R8 et R9. Le collecteur du transistor T2 est relié à 11 entrée des signaux du générateur d'impulsions FFl et, par l'intermédiaire d'une résistance R?, avec son alimentation en tension continue. L'émetteur de ce transistor T2 est à la phase. Le point de liaison entre les résistances Rîl et R12 est branché sur la base d'un transistor T4 dont 11 émetteur est à la phase et le collecteur à la base d'un transistor 3. Ce dernier forme avec le transistor T4 un amplificateur à deux étages, son collecteur étant à la phase et son émetteur au point de liaison entre la diode de Zener D5 et une résistance R10. Par une ligne capacitive notée CL, la tension du réseau s'applique sur la ligne de commande.Etant donné que la résistance R7, conjuguée avec le condensateur C6, qui connecte en réaction la sortie Q du générateur d'impulsions par une capacité à l'entrée de signal X, forme un filtre, cette composante de tension alternative ne peut agir sur l'entrée du générateur FP?, De même, la résistance R10, conjuguée avec la diode de Zener D5, limite cette tension alternative qui parvient à la ligne par la liaison capacitive CL, à une valeur acceptable pour les composants de l'appareil. Le grand intervalle de tensions perturbatrices de l'étage de la bascule bistable en technique MOS-C rend le circuit et son filtre insensibles en même temps à la tension alternative parasite qui s'applique sur la conduite du signal par suite de la chute de tension dans la résistance RL de la conduite, provoquée par le courant de puissance en charge. Le schéma du circuit permet de-voir que l'alimentation de l'amplificateur, l'étage de bascule bistable, l'étage de commande et le circuit de puissance ont tous un pôle à la phase du réseau. On a ainsi l'assurance de pouvoir échanger ces commutateurs ou interrupteurs contre des interrupteurs mécaniques sans avoir à modifier ni à agrandir le câblage. Cet avantage est valable aussi bien pour un interrupteur simple que pour 1' installation classique de commutateur de va-et-vient ou de permutateur. Le fonctionnement de ce commutateur pour installation électrique est le suivant : si le niveau de la tension H à la sortie Q de la mémoire FF? est supérieur à la tension dtamorça- ge du diac Di, le circuit de cette mémoire n'intervient pas sur le circuit du gradateur pour toutes les tensions positives par rapport au conducteur de référence, car la diode D2 arrête le signal. Etant donné que le transistor à effet de champ Ti se bloque en même temps par suite de la polarité positive appliquée à sa grille, égale au niveau de la tension H de la sortie Q du circuit FF2, la tension au condensateur C2 ntest pas influencée, même pour des valeurs négatives.La charge 3 est en circuit et le temps de conduction peut être réglé pour le circuit gradateur selon la méthode connue à l'aide du potentiomètre. Lorsque la mémoire FF2 change d'état, c'est-à-dire que la sortie Q est au niveau L correspondant à environ O Volt, la diode D2 conduit les impulsions positives, la diode D3 conduisant les impulsions négatives du condensateur C2 par le transistor Ti désormais débloqué. Ainsi, pour les deux polarités, la tension aux plaques du condensateur C2 reste sensiblement nulle, empêchant ainsi l'amorçage du diac Di. L'allumage du triac TR est donc coupé et la charge est isolée. Etant donné que, ainsi qu'il est exposé ci-dessus, la tension d'alimentation de la mémoire passe par la résistance R4, la diode de Zener D4, la diode Di et le condensateur C4, et qu'il n' a de t sion à la résistance R4 et à la diode de Zener D4 que tant que le triac ne s'allume pas, il faut que pour la chute minimale de tension, qui correspond au temps de conduction maximal, l'énergie emmagasinée dans le condensateur électrolytique C4 suffise pour une période presque complète d'alternance dans la tension du réseau, pour assurer la tension alimentant l'étage de la bascule bistable et celui de l'ampli- ficateur des signaux I.Dans les conditions de la technique NOS- C qui a servi à l'édification de la bascule bistable, cette exigence peut être satisfaite sans difficulté et sans stabilisation supplémentaire de l'alimentation. Lors de la première connexion au réseau ou au bout dZun certain temps d'interruption de celui-ci, lorsque le condensateur C4 est presque totalement déchargé, la sortie Q de la mémoire FF2 est mise au niveau L par son entrée de réenclenchement R, en toute sécurité, grâce à la mise en parallèle avec le condensateur dlun organe différentiateur formé dtun condensateur électrolytique C5 et d'une résistance R5, de telle sorte qu'en pareil cas, la charge 3 soit toujours isolée.Par la contreréaction de la sortie Q vers entrée D, le circuit FF2 se comporte en bascule JK, ce qui signifie qu2à chaque changement de niveau entre L et H à l'entrée du signal cadencé T, la mémoire modifie son état de polarité. Cette entrée cadencée est commandée par le générateur d'impulsions FF1. Celui-ci est une bascule, c'est-à-dire que sa sortie Q prend, à chaque impulsion cadencée positive, le même niveau de tension que l'entrée B. Au repos, lorsque l'organe de commande B n'est mis à la terre ni sur le commutateur principal, ni sur l'un des contacteurs supplémentaires, toute la tension d'alimentation est à l'entrée du- générateur d'impulsions FFi, en passant par les résistances R6 et R7, ce qui veut dire que l'entrée des signaux D est au niveau de tension H. Les impulsions cadencées formées par la tension pulsante formée sur la diode de Zener D4 et envoyées vers l'entrée cadencée du générateur FFl n1 influent pas sur la polarité de celui-ci tant que le niveau n1 est pas modifié à 1' entrée du signal D.Comme ce dernier est H au repos, la sortie Q a, elle-aussi, le niveau H et la sortie Q du générateur proprement dit à la tension Le Mais si l'on met à la terre l'organe de manoeuvre B du commutateur principal par l'intermédiaire de la résistance Ru, constituée par le corps de ltusager, les résistances Ru, R9 et R8 reçoivent la totalité de la tension du réseau. La tension alternative qui s'applique alors au commutateur débloque le transistor T2, ce qui décharge le condensateur C6, faisant basculer à l'impulsion cadencée suivante la sortie Q du générateur du niveau L au niveau H. Ceci provoque à son tour le basculement de la mémoire FF2, donc une inversion de l'état de commutation, passant de la marche à l'arrêt ou vice-versa. Etant donné que le transistor 22 est attaqué par la tension alternative du réseau, il n1 est conducteur à chaque action sur la touche B que pendant une demi-période de tension. Aussi, la constante de temps de l'organe RC formé par les résistances R6, R7 et le condensateur C6 est-elle dimensionnée de telle façon que le niveau à l'entrée du générateur d'impulsions nXat- teigne pas, pendant ce temps, le seuil du niveau H. Grâce au grand intervalle entre les tensions perturbatrices qui caractérise la technique NOS-C qui a servi à construire l'étage bascule bistable, cette condition est toujours assurée. La sortie Q du générateur ne reviendra donc au niveau L que lorsqu'on aura relâché l'organe de contact B. Ensuite, le saut de la tension vers une valeur négative reste sans effet à entrée de cadence T de la mémoire FF2. Grâce au couplage de réaction de la sortie Q sur l'entrée du signal D en passant par le condensateur C6, une commutation sûre est assurée, même en cas de changement lent du niveau à l'entrée des signaux du générateur, et même lors d'un abaissement transitoire de la tension d'alimentation au condensateur C4, causé par la plus grande consommation de courant de l'étage de bascule lors de la commutation Lorsque la charge 3 est mise en circuit par action sur l'organe B d'un contacteur supplémentaire, par exemple du contacteur v, l'amplificateur formé par les transistors T3 et T4 est débloqué et le condensateur C6 se décharge en passant par les résistances R7, RiO et par le transistor T3, de sorte qu'un nouveau processus de commutation se déroule selon la méthode décrite ci-dessus. REVENDICATIONS 1.- Commutateur pour installation électrique, et plus particulièrement commutateur à touche comportant un organe de commande dont la manoeuvre fait attaquer un circuit de puissance par un courant abaissé à une valeur sans risque pour l'usager, ce courant passant par un amplificateur de signaux de commutation, un étage de bascule bistable et un circuit de commande, ledit commutateur contenant de préférence un triac commandé par undiac, caractérisé en ce que le commutateur à touche est combiné avec un circuit de réglage continu, ou gradateur, ledit circuit et sa commande étant disposés dans le même boîtier que le commutateur lui-même. 2.- Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes de manoeuvre du commutateur et du gradateur sont actionnables séparément, mais disposés au moins at voisi- nage l'un de l'autre. 30- Commutateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de manoeuvre du gradateur est encastré dans celui du commutateur. 4.- Commutateur selon la revendication 1, caractérisé par la présence d'un amplificateur des signaux de commutation (I), d'un étage de bascule bistable (II), d'un étage de circuit de commande (III) et d'un circuit de puissance pouvant être monté en supplément avec un dispositif gradateur (V). 5.- Commutateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étage de la bascule bistable (II) comporte deux circuits logiques exécutés en technique MOS-C, dont le premier sert de générateur d'impulsions (FF1) et le second, disposé en aval du premier, de mémoire (fi2). 6.- Commutateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la sortie Q du générateur d'impulsions (fui) comporte une ligne de réaction capacitive sur l'entrée des signaux. - Commutateur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un organe RC (ru/, CG) est monté en amont de l'entrée des signaux dans le générateur d'impulsions (fui). 8.- Commutateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tension de l'alimentation de 11 amplificateur (I), la bascule bistable (II), l'étage de commande (III) et le circuit de puissance (IV) ont tous quatre chacun un pôle relié à la phase du réseau. 9. - Commutateur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un circuit de commande, intercalé entre la sortie 2 de la mémoire (FF2) et le diac (Di), comprend un transistor à effet de champ (21) et deux diodes en série (D3, D2) montées entre l'électrode de base du transistor et une électrode du circuit modulé par lui, ce qui permet à ce circuit de commander une tension alternative par une tension continue, le montage étant réalisé de sorte que la tension de commande à la sortie Q de la mémoire et la tension alternative commandée présentent un pôle commun. 10.- Commutateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit gradateur a une impédance suffisante pour que les courants maximaux qui le parcourent puissent être commutés par des bascules bistables exécutées en technique courante MOS-C.