Brevet FR2267663A1 — publié le 19751107

La présente invention concerne un circuit interrupteur manuel d'ouverture et fermeture au zéro de tension. Les interrupteurs synchrones sont actuellement des circuits couramment utilisés dans les dispositifs industriels et dans les ensembles électriques quelque peu complexes pour, notamment, éviter le parasitage provoqué par une commutation effectuée en cours d'alternance. Or, comme cela est bien connu de tous les usagers de l'éclai- rage électrique, les ampoules électriques ont une durée de vie limitée et le claquage de ces ampoules survient pratiquement toujours à l'instant d'un allumage. En effet, ltappllcation brutale d'un courant à un filament d'ampoule électrique le soumet à un échauffement rapide qui peut provoquer un claquage au point faible de ce filament.Et la durée de vie d'une ampoule électrique pourrait ebtre considérablement accrue en déterminant ltallumage de l'ampoule au moment où la tension alternative appliquée est voisine de zéro. Toutefois, les circuits d'interrupteurs synchrones de l'art antérieur sont relativement complexes et coeteux. Ils interdisent ainsi leur emploi pour les applications domestiques courantes. Un obJet principal de la présente invention est de prévoir un circuit électrique joint à un interrupteur manuel tel que la fonction de fermeture de l'interrupteur ne puisse eAtre obtenue qu'à la suite et au voisinage d'un passage par un zéro de tension, du courant alternatif d'alimentation. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel circuit interrupteur synchrone qui soit simple et économique. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit d'utiliser comme élément d'interrupteur principal un triac connecté en série avec le circuit d'alimentation et la charge (telle que l'ampoule électrique) à alimenter, l'interrupteur manuel étant inséré dans le circuit de commande de déclenchement du triac. Ces objets et ces caractéristiques ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détails dans la description suivante de modes de réalisation préférés, faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels La figure 1 représente un circuit qui constitue un mode de réalisation de la présente invention. La figure 2 est un diagramme de tension en fonction du temps pour faire comprendre le fonctionnement du mode de réalisation de la figure 1; La figure 3 représente un circuit qui constitue un autre mode de réalisation de la présente invention; et La figure 4 représente un circuit qui constitue un troi sième mode de réalisation de la présente invention. La figure 1 représente un circuit comprenant deux bornes 10 et 11 destinées a être reliées à la tension d'alimentation, telle que la tension du secteur courante. Ces bornes 10 et 11 sont reliées par l'intermédiaire d'une charge 12 (par exemple une ampoule électrique) et des électrodes principales A2 et Al d'un triac 13. Le circuit de commande de ce triac comprend une capacité 14 et une résistance 15 reliées aux bornes A2 et Al du triac, la jonction entre cette capacité 14 et cette résistance 15 étant connectée à la gschette G du triac par l'intermédiaire d'un interrupteur manuel 16 et d'un diac 17. Le diac 17 est, comme cela est bien connu, un dispositif b semiconducteur devenant conducteur dès que la tension à ses bornes dépasse un seuil déterminé.On notera que, selon les technologies actuelles, l'ensemble du triac, du diac, de la capacité et de la résistance peut être monté sur une carte unique sous forme d'un circuit très compact. En outre, une résistance de faible valeur 19 est prévue dans le circuit comprenant la capacité 14, l'interrupteur 16 et le diac 17, cette résistance étant de préférence placée entre le diac 17 et la gâchette G du triac 13. En se référant à la figure 2, on va exposer le fonctionnement du dispositif représenté en figure 1. Dans cette figure 2, la courbe 20 représente la tension aux bornes du triac en fonction du temps, et la courbe 21 représente la tension au point de raccordement 18 de la capacité 14 et de la résistance 15 en fonction du temps. Si l'interrupteur 16 est ouvert, comme cela est représenté entre les instants t0 et tl sur le diagramme de la figure 2, la gâchette du triac ne reçoit aucun courant de commande et le triac reste bloqué. En outre, en raison de la combinaison série de la capacité 14 et de la résistance 15 en choisissant convenablement les valeurs relatives (C et R) de ces deux éléments, la tension au point de jonction 18 est déphasée par rapport à la tension du secteur cem- me le représente la courbe 21, ce déphasage est ue avance de phase de la courbe 21 par rapport à la courbe 20. Ce déphasage 9 est voisin de 900 dès que 1 CW 2R, c'est-B-dire dès que RCcu est très inférieur à 1.On notera en outre, que cette valeur de RC w détermine la tension au point de raccordement 18 en fonction de la tension du secteur entre les bornes 10 et 11. I1 est souhaité de façon générale avoir une tension aux bornes de la résistance 15 nettenent inférieure à la tension du secteur, c 'est-à-dire avoir au point 18 une tension peu supérieure à la tension correspondant au seuil de déclenchement du diac 17. Ainsi, pour une tension secteur de 220V efficaces, et un diac de déclenchement à 30 V on peut choisir RC W compris entre 0,l5et 0,2. On notera que les deux conditions précédentes, à savoir la condition sur le déphasage et la condition sur l'amplitude de la ténsion au point 18 sont parfaitement compatibles. Ensuite, si à l'instant t1 correspondant à une valeur élevée de la tension appliquée entre les bornes 10 et 11, l'interrupteur 16 est fermé manuellement, la tension au point 18 étant inré- rieure au seuil de déclenchement Vs du diac 17, ce diac ne sera pas rendu conducteur, et aucun courant ne sera injecté dans la cette du triac 13 qui restera ainsi dans son état de non conduction jus- qu'à l'instant t2. A cet instant t2, la courbe 21 atteint le niveau de seuil -Vs de déclenchement du diac et un courant est injecté dans la gschette du triac 13. En fait, la valeur du courant dans le circuit du triac est en général trop faible à cet instant pour'au mainrffir l'amorçage. Mais dès que la tension dans le circuit principal dépasse le seuil du diac (d l'instant t2 ), le courant de recharge du condensateur 14 se comporte comme un courant de gâchette pour le triac. En conséquence, le condensateur 14 se décharge dans le circuit G-A2, ce courant de décharge étant limité par la résistance prévue dans ce circuit de décharge. On a ainsi obtenu un amorçage du courant au voisinage d'un zéro de tension, dès que la tension secteur s'élève au-dessus du seuil du diac. La demanderesse tient à souligner que l'explica- tion de fonctionnement ci-dessus est donnée uniquement à titre explicatif et ne saurait titre limitative. Ensuite, le triac reste conducteur jusqu'à l'instant t3 correspondant au passage au zéro suivant de la tension du secteur. A cet instant t3 le triac ne recevant pas de courant de gschette redevient bloquant. Et, si le capacité C du condensateur 14 est choisie suffisament élevée, on obtient un redéclenchement du diac puis du triac à un instant h . Ce cycle se reproduira ensuite Jusqu'd ce que l'interrupteur manuel 16 soit à nouveau ouvert. Alors, le triac est bloqué au passage au zéro de la tension du secteur suivant cette ouverture de l'interrupteur 16. Le mode de réalisation préféré décrit ci-dessus comprend un diac pour assurer un seuil de déclenchement fixe au triac. Ce dispositif a pour objet de pouvoir choisir les valeurs de la résistance et de la capacité de façon sensiblement indépendante du triac. En l'absence d'un tel diapo, la dispersion des caractéristiques de déclenchement d'un triac, et mamie, pour un triac donné, les différences de seuil de déclenchement entre les différents cadrans rendraient le fonctionnement du dispositif selon la présente invention peu fiable. En outre il est clair que ce diac peut gtre remplacé par tout autre dispositif de déclenchement bilatéral à seuil, tel que le dispositif dit commutateur bilatéral et souvent désigné par l'abréviation SBS (Silicon Bilateral Switch). La figure 3 représente un autre mode de réalisation de la présente invention. L'avantage du circuit selon le premier mode de réalisation est qu'il permet dans une réalisation pratique, d'adapter le circuit selon la présente invention à un circuit interrupteur classique avec une liaison à une ampoule électrique comprenant deux fils. Mais l'inconvénient de oe mode de réalisation réside comme on l'a vu précédemment dans les courtes périodes de coupure telles que la période s' étendant dans l'intervalle de temps t3-t4 représenté en figure 2. Pour pallier cet inconvénient, ce second mode de réalisation prévoit de connecter la borne supérieure de la capacité 14 non plus entre la charge et l'électrode A2 du triac mais entre une borne de la charge et une borne d'alimentation du secteur.Ainsi, une tension est constamment appliquée à la capacité 14, et le triac est pra tiquèrent immédiatement redéclenché après chaque passage à zéro par un courant de bichette. En effet, dès que la tension sur la résistance 15 atteint le seuil du diac 17, et que l'interrupteur 16 est fermé (au voisinage d'un zéro de tension), ce diac en relation avec la capacité 14 est le siège d'oscillations de relaxation d'amplitudes }\ V entre sa tension de seuil et sa tension deXconduction. A chaque cycle d'oscillations, une charge q = C tS V-circule dans la jonction de gschette du triac et peut le réamorcer au début de l'alternance suivante. On notera en outre que dans ce deuxième mode de réalisation, la valeur dé la capacité C peut être plus faible que dans le premier mode de réalisation, en raison de cette différence de fonctionnement.Toutefois, ce deuxième mode de réalisation présente l'inconvénient qu'il nécessite de faire une jonction à trois fils allant vers une ampoule électrique dans l'exemple envisagé. En se référant à la figure 4, un troisième mode de réalisation est une variante du deuxième mode de réalisation décrit en relation avec la figure 3. Dans ce troisième mode de réalisation, un circuit RC supplémentaire est constitué d'une résistance 24 disposée entre l'interrupteur 16 et le diac y et d'une capacité 25 connectée entre le point de raccordement de cette résistance 24 et du diac 17 et la borne 11, ce circuit RC ayant une constante de temps inférieure à celle de l'ensemble constitué par la résistance 15 et le condensateur 14. Ainsi, les oscillations de relaxation citées ci-dessus ont une fréquence plus rapide et il e9t obtenu une meilleure précision de déclenchement du triac à chaque passage à un zéro de tension du secteur. ta résistance 24 joue en outre le r81e de la résistance 19 décrite précédemment qui n'est donc plus nécessaire. Selon les applications pratiques envisagées, on choisira d'utiliser l'un ou l'autre de ces modes de réalisation. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent entre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'hom- me de l'art. t REVENDICATIONS 1 - Circuit électronique associé à un interrupteur manuel caractérisé en ce que cet interrupteur manuel est disposé de façon à fermer le circuit de gâchette d'un triac dont les bornes principales sont reliées à un circuit d'utilisation, ce courant de gchette étant déphasé en avance par rapport au courant principal par un circuit déphaseur et en ce qu'un dispositif de déclenchement à seuil est disposé en série avec l'interrupteur dans le circuit de gâchette pour imposer un seuil de déclenchement au triac. 2 - Circuit électronique associé à un interrupteur manuel, caractérisé en ce qu'il comprend un triac dont les bornes principales sont connectées à un circuit d'utilisation, et sont également connectées par le montage série d'une première capacité et d'une première résistance, le point de jonction de cette capacité et de cette rdsis- tance étant relié à la gâchette du triac par l'intermédiaire du montage série d'un dispositif interrupteur manuel et d'un diac, d'où il résulte qu'à la suite de la fermeture du circuit interrupteur, le triac devient conducteur auLement au voBi1Epdupassage au zro de la tension de secteur suivant cette fermeture. 3 - Circuit électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'électrode A2 du triac est reliée à une charge 12 dont l'autre borne est reliée d'une part à une borne d'alimentation du secteur et d'autre part à une première borne de la capacité 14. 4 - Circuit électronique selon la revendication 3,caracté- risé en ce qu'il comprend en outre une deuxième résistance en série entre l'interrupteur manuel et le diac et upe deuxième capacité insérée entre le point de raccordement de la deuxième résistance et du diac et l'électrode A1, dru triac. 5 - Circuit électronique selon la revendication 4, oarseté- risé en ce que la constante de temps du circuit constitué par la deuxième résistance et la deuxième capacité est inférieure à celle du circuit constitué par la première résistance et la première capacité.