Brevet FR2267661A1 — publié le 19751107

Un relais statique est l'équivalent en électronique du relais électromécanique c'est-à-dire que, moyennant-une commande très faible auplicuée à l'entrée du relais, on obtient à la sortie du relais sur une charge un courant disponible de forte intensité. Un relais statioue possède hien entendu, par rap,-ort à un relais électromagnétique, les qualités particulières de ltélec- tronicue car il ne présente aucune pièce mécanique mobile, il est fiable et a un temps de réponse amélioré. I1 existe actuelle- ment sur le marché un certain nombre de relais statiques mais ils ne possèdent pas une protection erficace contre les surtensions ou les surintersités. Cr, si un relais électromécanique ne craint pas trop les surtensions ainsi que les surintensités ou court-circuits-de la charge, un relais statique est destructible dans ces conditions.L'invention résout le problème énoncé ci-dessus d'une manière particulièrement simple et eficace. Conformément à l'invention, le relais statique est disposé entre une source de courant à deux bornes d'alimentation et une charge dont une borne est commune avec une borne de la source, et il est caractérisé en ce qu'il comprend un premier circuit à semi-conducteur comportant une diode Zener, ledit premier circuit étant relié en parallèle aux bornes de la source, un second circuit à semi-conducteur monté en interrunteur entre l'une des bornes de la charge et l'une des bornes de la source, ledit second circuit étant relié à la sortie du premier circuit à sewi-conducteurs un troisième circuit à semi-conducteur, elié à l'entrée dudit premier circuit entre les deux bornes d'alimen- tation avec interposition d'un commutateur, de sorte oue lorsque le troisième circuit est mis sous tension par le commutateur le second circuit à semi-conducteur conduit le courant de la source vers la charge, la diode Zener conduisant lorsqu'une surtension apparat aux bornes de la charge et ledit second circuit rétablissant alors le courant de la source vers la charge pour annuler cette surtension. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. 1 représente un montage utilisant un relais mécanique. la fig. 2 représente schématique:rent un montage identique à la fig. 1, mais utilisant un relais statique suivant l'invention. la ìg. 3 est un schéma détaillé d'une première forme de réalisation du relais statique de l'invention. La fig. 4 est un schéma détaillé d'une secondé forme de réalisation du relais selon l'invention. le relais électromécanique représenté en R > la fig. 1 comprend un électro-aimast i dont l'enroulement 2 est relié à une source de courant continu s par l'intermédiaire d'un contact à poussoir . La référence 3 représente la palette mobile du relais R et sa borne 31 est reliée à la borne B d'une charge C dont la borne - est reliée au parle positif + V d'une source S dont la borne négative - V est reliée à la borne 32 de la palette mobile 3. De cette façon lorsqu'on appuie sur le contact à poussoir P, le relais R est excité et sa palette 3 ferme le circuit de charge de sorte que la charge C est alimentée par la source S. Un tel relais permet de commander par l'intermédiaire d'un circuit sous la faible tension s une charge alimentée sous la haute tension S. La fig. 2 représente schématiquement un montage équivalent au montagne de la fig. 1 mais qui utilise le relais statique R' de l'invention. On voit à cette figure que le bouton poussoir P est connecté à l'entrée du relais 2' tandis que la charge C est connectée à la sortie. Dans cette réalisation, la tension S qui alimente la charge par l'intermédiaire du relais R assure également l'alimentation dudit relais. La fig. 3 représente d'une manière détaillée le relais R' de la fig. 2 dans une première forme de réalisation à trois transistors T1, T2 et T3. Le transistor T1 est un transistor PNP monté en base commune et sa base b1 est reliée à la borne négative - V de la source de courant continue S par l'intermédiaire d'une résistance R1, du bouton poussoir r et d'un conducteur 10. La base b1 du transistor T1 est reliée à la borne positive + V de la source S par une résistance R2 une diode D,et un conducteur 11. Un condensateur chimique C1 est également relié entre les bornes de la source S par l'intermédiaire du conducteur 10 et d'un conducteur 11' relié au conducteur Il à travers la diode D1. L'émetteur e1 du transistor T4 est relié au conducteur 11' par une résistance 23, tandis que le collecteur c1 du transistor T1 est relié à un point commun 12 relié au conducteur 10 par une résistance R4. le point 12 est relié au conducteur 11 par une diode Zener DZ1 et une résistance R5 qui est disposée de telle sorte que la diode D1 se trouve sur le conducteur il entre les résistances R3 et R5. Le transistor T2 est un transistor NPN et sa base b2 est reliée au point 12 tandis que son émetteur e2 est relié au conducteur commun 10 par une résistance R6. le collecteur c2 du transistor 22 est relié en 13 à la borne B de la charge C. Le transistor T3 est également un transistor EPS et sa base b3 est directement reliée à l'émetteur e2 du transistor T2, et son émetteur e2 est relié par la liaison 14 au conducteur commun 10. Le collecteur c3 du transistor 23 est également relié en 13 à la borne B de la charge C dont la borne A est reliée par un conducteur 15 à la borne positive~+ V de la source S tandis qu'une diode D2 est montée en inverse entre les bornes A et B de la charge C. Le relais décrit à la fig. 3 est ainsi alimenté en courant continu. Il n'est toutefois pas nécessaire de disposer d'une alimentation filtrée, en effet, le circuit constitué par la diode D1 et le condensateur O1 a justement pour but de filtrer et de stabiliser la tension sur le transistor de commande T1 durelais R' qui fonctionne de la manière suivante La commande du relais est faite par l'intermédiaire du contact à poussoir P. Lorsque le contact P est ouvert, le tran sistor CC1 est bloqué. De ce fait, les transistors T2 et T3 sont également bloqués de sorte que la charge n1 est pas alimentée, le transistor 23 Jouant le rôle d'un interrupteur ouvert. Lorsque le bouton poussoir P est fermé permettant l'état passant du transistor T1, celui-ci se sature et commande l'état passant du transistor T2 et par conséquent, celui du transistor 23. le transistor T3 se comporte comme un interrupteur fermé et la charge C est alimentée. Ainsi par l'amplification en courant des transistors, une commande de quelques milliampères par 1'intermédiaire du contact à poussoir P donne un courant de plusieurs ampères sur la charge. En ce qui concerne la protection contre les surtensions produites par la charge, la diode D2 montée en inverse en parallèle sur la charge C court-circuite les tensions inverses produites par la charge au moment du changement d'état du transistor T3 passant de l'état ouvert à l'état fermé. La diode D1 est surtout nécessaire lorsque la charge C est de nature selfique ou capacitive et risquerait d'engendrer des extra-courants de rupture importants. La diode Zner DZ1, qui se trouve reliée entre la base du transistor T2 et la tension positive de la source S, conduit lorsque la tension a ses bornes et égale ou supérieure à sa tension de Zener. Ainsi, s'il y a surtensions au niveau de la charge C, la diode Zener DZ1 entre en conduction ce qui amène un courant supplémentaire sur la base b2 du transistor T2 et donc sur le circuit de ce transistor. Le transistor T3 se sature alors pour annuler la surtension produite. La fig. 4 représente une variante du schéma de la fig. 3 et à cette figure les éléments identiques ont reçu les mêmes références. On retrouve ainsi que le condensateur C1 est relié aux bornes + V, - V de la source S, toutefois cette liaison ne se fait pas directement mais par l'intermédiaire d'une résistance d'un condensateur C2 et d'un potentiomètre Po montés en paral- lèle et placés en série avec un contact à poussoir P' normalement fermé. La base b1 du transistor U1 est polarisée par lssintermédiai- re des résistances R1 et R2 placées entre les bornes de la source, en série avec le contact à poussoir P.Dans cette réalisation, l'émetteur e1 du transistor 21 est relié au conducteur 11 non seulement par la résistance R3 mais encore par une diode D3 reliée en 16 à une résistance R8 dont la borne de sortie est reliée au conducteur Il par une résistance R9 montée en parallèle avec une diode électro-luminescente D4. Le collecteur c1 du transistor 1 n'est pas directement relié au point 12 de la fig. 3 mais par l'intermédiaire d'une diode D5. D'autre part, le collecteur c1 est de plus relié à l'émetteur e4 d'un transistor supplémentaire monté en émetteur commun sur le conducteur 10.La base b4 du transistor 24 est reliée par une résistance R10 et une diode d'une part au point 16 entre la diode D3 et la résistance R8, et d'autre part, à l'anode d'un thyristor Th dont la cathode est reliée par le conducteur 10' et le contact à poussoir P' à la borne - V de la source S. L'électrode ou gachette g du thyristor Th est reliée au curseur c du potentiomètre Po par une diode D7 et une résistance en série R11. Le circuit du thyristor Eh constitue ainsi un trigger dont le potentiomètre El permet de régler le seuil de déclenchement. Comme au montage de la fig 3, le point 1 est relié au conducteur 10 @ar la résistance , et il est relié au conducteur 11 par la diode Zener D et la résistance R5, la diode D1 étant alors placée sur le conducteur 11 entre les réistances R et R9.Le reste du circuit est le même que celui représenté à la fig 3 c'est-à-dire que la base b; du transistor T2 est reliée au point 12 et que son metteur e2 est relié, d'une part, au conducteur 10 par la résistance 26 et d'autre art, i la base b3 du transistor 23 monte à émetteur commun sur le conducteur 10. Le collecteur c3 du transistor T3 est relié, d'une part, à la borne B de la charge C et, d'autre part, au moint 13 commun entre le collecteur c2 du transistor T2 et la diode D2 elle-même montée en inverse e parallèle sur la charge C. Le relais ainsi décrit comporte tous les éléments représen- tés à la fig. 3, de sorte qu'il est également protégé contre les surtension produites nar la charge. Toutefois, cette réalisation sernet également une protection contre les surintensités et les court-circuits de la charge. En régime normal le relais de la fig. 4 fonctionne de la manière suivante lia commande du relais st faite par le contact , la charge étant connectée entre les bornes A et B. lorsque le contact P est ouvert, le transistor T1 est bloqué de même que les transistors T2 et T2. La charge C n'est pas alimentée, le circuit étant bloqué par T3.Au contraire, lorscue le contact P est fermé le transistor T1 se sature, il commande la saturation de T2 et donc de T3, dans ce cas la charge est alimentée. Lorsqu'une surintensité se produit dans le circuit de charge, la résistance R7 en série avec la char@e donne une tension à ces bornes, proportionnelle à l'intensité traversant la charge. Cette tension est détectée par le circuit du thyristor Th monté en Trigger.Si l'intensité de la charge augmente et donne sur R7 une tension supérieure > la tension de seuil du trigger, le thyristor se met en état de conduction ce qui, d'une part, par la diode D3 applique sur le transistor Ti une basse tension annulant l'effet de la commande du contact à poussoir P et, d'autre part, sature le transistor T4 par l'inter médiaire du circuit D6 R1O. La saturation du transistor T4 bloque les transistors T2 et T3 qui devenant non conducteurs provoquent l'ouverture du circuit de charge. La diode électro-luminescente D4 visualise la détection de surintensités car elle est mise sous tension et s'allume lorsque Th se met en concuction. le thyristor Th garde en mémoire la surintensité, on a donc une protection totale. Pour annuler la mémoire de Th, il faut doler une impulsion sur le poussoir normalement fermé 2', ce qui rebloque le thyristor car il y a coupure d'alimentation. On voit que le potentiomètre Po permet de régler de seuil de déclenchement du trigger, c'est-à-dire l'intensnté de la protection. Le condensateur C2 est placé entre les conducteurs 10 et 10' en tant que condensateur de filtrage pour stabiliser le seuil de surintensité. En cas de court-circuit de charge, la protection est faite par le circuit de surintensité décrit ci-dessus. En effet, lorsque la charge est en court-circuit, le courant au niveau de la résistance R7 va de sa valeur de repos jusqu'à une valeur tendant vers l'infini. Ainsi à un certain niveau de seuil déterminé par la place du curseur C sur le potentiomètre Po, la tension aux bornes de la résistance R7 déclenche le trigger de sorte que le circuit est ouvert et la charge protégée. La condition principale de cette protection est que le temps de réponse du trigger soit inférieur au temps mis par le courant pour passer, au niveau du transistor 23, d'un seuil de surintensités au claquage du relais. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier de même qu'un relais électromagnétique présente la possibilité d'une séparation galvanique entre sa commande et le circuit de puissance, le relais statique selon l'invention peut également être à séparation galvanique, par exemple en utilisant à la. place d'une commande par bouton poussoir, un photo-coupleur, un interrupteur électro-magnétiaue à lames souples dit "ampoule Reed", un transformateur de commande, etc.,. Bien que le trigger déterminant le seuil de protection soit constitué par un thyristor, on ne sortirait pas du cadre de l'invention en utilisant un trigger à transistors. De même, le relais statique de l'invention a été décrit en tant que relais à courant continu mais il est évident que le principe de protection peut être réalisé sur un relais statique à courant alternatif. REVENDICAXIORE I - Relais statique disposé entre les deux bornes d'une source de courant et une charge dont une borne est commune avec une borne de la source, caractérisé en ce qu'il comprend un premier circuit à semi-conducteur (T2) comportant une diode Zener et qui est relié en parallèle aux bornes de la source, un second circuit à semi-conducteur (T3) monté en interrupteur entre l'une des bornes de la charge et l'une des bornes de la source et qui est relié à la sortie du premier circuit à semi-conducteur et un troisième circuit à semi-conducteur (21) relié à l'entrée dudit premier circuit entre les deux bornes d'alimentation avec interposition d'un commutateur de commande; et en ce qu'il comporte supplémentairem'ent une résistance de détection reliée au second circuit à semi-conducteur en série avec la source, un circuit de détection de seuil de tension en parallèle sur ladite résistance et dont la sortie est reliée à un quatrième circuit à semi-conducteur (e4) ledit quatrième circuit à semi-conducteur étant lui-même relié à la liaison commune entre le premier et le troisième circuit à semi-conducteur, de sorte que, lorsque le troisième circuit est mis sous tension par le commutateur, le second circuit à semi-conducteur conduit le courant de la source vers la charge, la diode Zener conduisant lorsqu'une surtension apparats aux bornes de la source ou de la charge et ledit second circuit augmentant alors le courant de la source vers la charge pour annuler cette surtension, et que pour une surintensité du circuit de charge le circuit de détection de seuil deviens conducteur annulant la commande du commutateur en court-circuitant le troisième circuit à semi-conducteur et bloquant ainsi le premier et le deuxième circuit dans leur état non conducteur si bien que la charge n'est pas alimentée. 2 - Relais statique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier circuit à semi-conducteur est constitué d'un transistor dont la base est reliée aux bornes de la source par l'intermédiaire de la diode Zener. 3 - Relais statique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le second circuit à semi-conducteur comprend un transistor à émetteur commun dont la base est reliée à l'émetteur du transistor du premier circuit à semi-conducteur et dont le collecteur est relié à l'une des bornes de la charge ainsi qu'au collecteurdu transistor dudit premier circuit à semi-conducteur. 4 - Relais statique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le troisième circuit à semi-conducteur comprend un transistor dont le circuit de base comporte ledit commutateur et est relié aux bornes de la charge, le collecteur de ce transistor étant lui-même relié à la base du transistor du premier circuit à semi-conducteur0 5 - Relais statique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte supplémentairement un circuit de filtrage et stabilisation de la tension appliquée sur le transistor du troisième circuit à semi-conducteur. 6 - Relais statique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un dispositif électro-luminescent est placé sur le circuit du détecteur de seuil pour visualiser la détection de surintensités. 7 - Relais statique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le détecteur de seuil comprend un thyristor dont le circuit de commande est disposé en parallèle sur la résistance de protection. 8 - Relais statique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la résistance de commande du circuit de détection est variable. 9 - Relais statique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par un contact normalement fermé relié, d'une part, à une borne de la source et, d'autre part, au détecteur de seuil pour annuler la mémoire dudit détecteur de seuil. 10 - Relais statique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par la disposition d'une diode montée en inverse en parallèle sur la charge de manière à court-circuiter les tensions inverses produites par la charge au moment du changement d'état du second circuit à semi-conducteur. Il - Relais statique selon l'une des revendications I à 10, caractérisé en ce que le commutateur est indifféremment un contact à bouton-poussoir, une photo-coupleur, une ampoule Rend, un transformateur de commande et tous dispositifs équivalents établissant un contact.