Brevet FR2319249A1 — publié le 19770218

La présente invention concerne un circuit électrique de commande agissant sur un interrupteur commandé à semi-conducteur pour assurer la mise en conduction ou la coupure de celui-ci en relation avec les variations de valeur d'une impédance représentative d'un paramètre considéré. On stintéressera ici plus particulièrement au cas où le paramètre considéré est la température et où l'impédance est une thermistances c'est-à-dire à l'application de la présente invention à un thermostat électronique à bascule alternative à large hystérésis. De nombreux dispositifs de thermostats électroniques existent déJà dans l'art antérieur, mais ils présentent généralement ltinconvénient d'entre relativement complexes et d'exiger un grand nombre de composants actifs tels que des transistors et des thyristors. De nombreux dispositifs de l'art antérieur agissent en commandant un triac par variation de son angle de conduction, c est-à- dire que la mise en conduction du triac est effectuée avec un certain retard par rapport au début d'une alternance. Ceci présente un inconvénient pratique important qui est de produire des parasites dans le réseau au moment de la fermeture du triac. D'autres dispositifs agissent par tout ou rien quelle que soit la variation du paramètre considéré. En conséquence, un premier objet de la présente invention est de prévoir un thermostat électronique de conception particu lièrement simple. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un thermostat électronique fournissant des signaux de commande qui correspondent aux instants de passage à zéro de la tension d'alimentation, c' est-à-dire permettant une commande synchrone. Un autre obJet de la présente invention est de prévoir un thermostat électronique fournissant des signaux de commande pendant des. fractions plus ou moins longues de durée,fonction de la variation de température par rapport à une valeur de consigne. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un circuit électronique permettant de fournir des signaux de commande en impulsions, à la gâchette d'un triac ou autre dispositif d'interrupteur à semi-conducteur commandé,correspondant à des passages à zéro de la tension d'alimentation. Ce circuit comprend un trigger fournissant lesdits signaux de commande, ce trigger étant lui-même enclenché par des signaux constitués de la superposition d'un signal en dents de scie- de longue durée et d'impulsions trapézodales ayant la période de la tension du secteur appliquée aux bornes du triac. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels La figure 1 représente sous forme de blocs un circuit électronique selon la présente invention; Les figures 2, 3 et 4 représentent des exemples de réalisation de divers éléments du circuit de la figure 1; La figure 5 est un schéma représentant des tensions en fonction du temps en divers points du circuit de la figure 1; et La figure 6 est un autre schéma de tension en fonction du temps utile à la compréhension de la présente invention. La figure 1 représente d'une part, un circuit de charge comprenant un triac 1 en série avec une charge 2, connecté aux bornes 10 et il du secteur auxquelles est disponible un courant alternatif monophasé, par exemple selon une tension de 220 volts et une fréquence de 50 hertz; d'autre part, un circuit de commande pour ce triac comprenant un générateur de dents de scie 3 ayant une période relativement longue devant la période du secteur et faible devant l'inertie thermique de l'appareil à commander en parallèle avec un circuit 4 fournissant des impulsions dont la période est celle du secteur et dont l'amplitude dépend de la valeur d'une thermistance 5, ce circuit 4 comprenant un circuit de mise en forme 6.Les signaux de sortie des circuits 3 et 4 sont ajoutés et appliqués à un "trig ger', 7 c'est-à-dire un circuit fournissant un signal de sortie ou non, selon le niveau du signal d'entrée qui lui est appliqué. Le signal de sortie de ce trigger 7 est envoyé à la gâchette du triac 1. ta figure 2 représente à titre d'exemple un mode de réalisation du générateur de dents de scie 3 représenté sous forme de blocs en figure 1. Ce circuit est alimenté d'une part par le secteur aux bornes 10 et 11, d'autre part par une tension continue 12. I1 s'agit d'un relaxateur du type à résistance-capacité fournissant un signal en dents de scie linéaires qui servira de base de temps et aura par exemple une période de l'ordre de 25 secondes. Il comprend un transistor unijonction 20 dont l'émetteur est connecté à la borne 10 par l'intermédiaire d'une diode 21 et d'une résistance 22 et est connecté à la masse,c'est-à-dire à la borne 11, par l'intermédiaire d'un condensateur 23.La première base de ce transistor unijonction est reliée à la borne d'alimentation continue 12 et la deuxième base du transistor uni jonction est reliée à la masse, ces connexions étant faites respectivement par l'intermédiaire de résistances 24 et 25. Ainsi, comme cela est bien connu dans la technique, un signal en dents de scie est obtenu à l'émetteur du transistor unijonction 20 et il est fourni par l'intermédiaire d'une résistance 26 à une borne de sortie 13. La figure 3 représente un mode de réalisation du circuit ddsigné sous. forme du bloc 4 en figure 1. Ce circuit est connecté aux bornes 10 et 11 du secteur et à une borne d'alimentatlon continue 12. Ce circuit comprend un transistor 30 dont la base est connectée à la borne d'entrée 10 par l'intermédiaire d'une résistance 31 et à la masse par l'intermédiaire d'une diode 32. L'émetteur du transistor 30 est connecté à la masse. Le collecteur du transistor 30 est connecté à la borne d'alimentation continue 12 par l'intermédiaire d'une résistance de valeur réglable 33. Le collecteur du transistor 30 est aussiconnecté à la borne de sortie 14 du circuit par l'intermédiaire d'un condensateur 34.Une thermistance 35 et une diode 36 sont placées en parallèle entre la sortie de ce circuit et la masse. La figure 4 représente un mode de réalisation du circuit de trigger représenté sous forme du bloc 7 en figure 1. La borne d'entrée 15 de ce circuit est connectée aux bornes de sortie 13 et 14 des circuits 3 et 4 décrits précédemment. Ce trigger comprend d'une part un ensemble de transistors 40 et 41 montés selon la configuration connue sous le nom de trigger de Schmidt. Le signal d'entrée à la borne 15 est appliqué à la base du transistor 40, les émetteurs des transistors 40 et 41 sont connectés et reliés à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 42. Les collecteurs des transistors 40 et 41 sont polarisés par des résistances 43 et 44 qui sont reliées à la borne d'alimentation continue 12. Le collecteur du transistor 40 est relié à la base du transistor 41 par l'intermédiaire du montage en parallèle d'un condensateur 45 et d'une résistance 46. Le signal de sortie est disponible à une borne 16 qui est connectée au collecteur du transistor 40 par l'intermédiaire d'un condensateur 47. Le fonctionnement des circuits décrits précédemment va entre exposé en détail en se référant à la figure 5 qui représente diverses courbes de tension en fonction du temps. On notera d'abord que les échelles absolues et relatives de ces différentes courbes sont purement arbitraires et que ces courbes sont uniquement données à titre indicatif pour mieux faire comprendre la présente invention. La courbe A représente le signal d'alimentation redressé en simple alternance tel qu'il se présente à la base du transistor. La courbe B représente le signal au collecteur du transistor 30. La courbe C représente le signal à la borne de sortie 14 du circuit 4. ta courbe D représente une fraction de dent de scie à la sortie du circuit de génération de dents de scie 3. La courbe E représente la superposition des signaux C et D à entrée du trigger 7. la courbe F représente le signal de sortie du trigger 7 avant le condensateur 47, c'est-à-dire au collecteur du transistor 40. La courbe G représente le signal de sortie du triggér 7 derrière le condensateur 47 destiné à attaquer la gachette du triac le On notera que le transistor 30 fournit des signaux en forme de créneaux dont l'amplitude est réglée. par la valeur de la résistance réglable 33. Ces signaux sont déphasés de 180 par rapport aux semi-alternances positives appliquées sur la base de ce transistor 30. Le circuit différentiateur formé par le condensateur 34,la thermistance 35 qui sera choisie comme un thermistance à coefficient de température négatif (CTN) et la diode d'alignement D5 permet d'obtenir à la borne 14 un signal de forme trapézoTdale qui est représenté sur la courbe C et qui est en phase avec celui représenté sur la courbe B. Pour une valeur donnée de la résistance 33, l'amplitude du signal C ne dépend en fait que de la valeur de la thermistance c 'est-à- dire de la température à contrtler. ta courbe E représente le signal destiné à attaquer le trigger 7, c'est-à-dire la superposition des si- gnaux C et D. On notera que dans l'exemple de réalisation, l'amplitude des créneaux de la courbe C sera sensiblement 10 fois l'amplitude de la dent de scie de la courbe D. Le trigger 7 fonctionne uniquement sur son seuil d'enclenchement. Son seuil de déclenchement est plus petit que le niveau ar rière du signal trapézoidal décrit précédemment. Ainsi, si l'on suppose qu'à un instant't0,le signal représenté dans la courbe E devient supérieur au seuil d'enclenchement du trigger représenté par la ligne en pointillés 50, ce trigger commencera à fournir des signaux en créneaux représentés par la courbe F. Ces signaux en créneaux permettront d'obtenir à la sortie du condensateur de couplage 47 des impulsions représentées sur la courbe G de la figure 5,- chaque impulsion correspondant à un instant de passage à zéro de la tension du secteur.Sur la gâchette du triac l,on trouve donc une impulsion positive pour un front montant de tension du secteur et une impulsion négative pour le front descendant de la tension du secteur. Ces impulsions se trouvent en phase avec lespassagesà zéro de la tension alternative et de même signe. Ainsi, le courant alternatif qui traversera la charge 2 est mis en route-et coupé pour des passages à zéro de la tension d'alimentation.Cette charge 2 qui est une résistance de chauffage dans un mode de réalisation préféré étant sous tension, la température du local a tendance à montera ce qui provoque une diminution de la résistance électrique de la thermistance CTN et donc une diminution de l'amplitude du signal trapé zoidal, et en conséquence, une réduction du temps de chauffage lors de la dent de scie suivante. Inversement,une diminution de la température du local provoque une augmentation de l'amplitude du signal trapézoIdal et ainsi une augmentation du temps de chauffage. La figure 6 est une courbe représentant la tension V en fonction du temps t analogue à la courbe E de la figure 5. Toutefois, en figure 6, une période complète T de la dent de scie est représentée. On notera que cette figure 6 bien que plus proche d'un cas réel que la courbe E de la figure 5 est néanmoins fortement schématique. En effet, la période T pourra être choisie de l'ordre de 25 secondes tandis que,dans le cas courant d'une alimentation secteur à une période de 50 Hz, la largeur des impulsions trapézoidales est de 20 millisecondes. Le trigger rentrera en oscillation à l'instant t0 où le front de montée d'une des impulsions trapézoidales superposée à la dent de scie aura une amplitude supérieure à~celle du seuil 50 du trigger 7. Ainsi, la durée de conduction du trigger sera T - t0 pendant une période de la dent de scie. Comme on l'a exposé précédemment, cette valeur t0 dont dépend la durée de conduction du triac est fonction de la valeur de la thermistance CTN 5.En outre, le point de consigne, c'est-à-dire le point auquel on veut régler la tempera ture de l'enceinte dans laquelle est placée la thermistance 5 sera fonction de la valeur de la résistance réglable 33. L'avantage de la prévision de signaux trapdzoidaux tels qu'ils sont représentés dans les courbes C et E de la figure 5 et dans la figure 6 est d'obtenir un seuil net de mise en oscillation du trigger qui aura ainsi nécessairement lieu au début d'une impulsion ce qui entrain que les impulsions de sortie fournies par le trigger seront sensiblement en phase avec les passages à zéro de la tension d'alimentation. Bien entendu, la présente invention ntest pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparat- tront à l'homme de l'art. Et il est clair que de nombreux circuits autres que ceux qui ont été décrits en détail ci-dessus permettent de fournir des signaux en dents de scie, des impulsions de forme trapézo idole et des créneaux ou impulsions de déclenchement liés à la superposition du signal en dent de scie et des signaux trapézordaux. REVENDICATICNS 1 - Dispositif de connande- synchrone d'un interrupteur statique placé dans un circuit de charge connecté à un circuit d'alimentation etcompzanat une borne de commande, caractérisé en ce qu'il comprend - un moyen de génération de signal en dents de scie d'amplitude déterminée et de période relativement longue devant la période de la tension d'alimentation de l'interrupteur statique; - un moyen de production de signaux en impulsions trapézoI- dales ayant la fréquence de la tension d'alimentation appliquée à l'interrupteur statique et dont l'amplitude est liée à la valeur d'un élément d'impédance, cette valeur dépendant d'un paramètre considéré;; - un moyen de trigger fournissant un signal ayant la période de la tension appliquée à l'interrupteur statique dès que et tant que l'amplitude de crête du signal en impulsions constitué de la somme des signaux fournis par les deux moyens précédents dépasse une valeur de seuil prédéterminée ;et - un moyen pour appliquer la sortie du moyen de trigger à l'électrode de comnande de l'interrupteur statique. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre intéressant est la température et en ce que l'élé- ment d'impédance est une thermistance. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de production de signaux trapézoidaux comprend un transistor - dont la base reçoit le signal d'alimentation redressé en mono-alternance; - dont l'émetteur est connecté à la masse; et - dont le collecteur est relié d'une part à une source de polarisation par l'intermédiaire d'une résistance réglable, d'autre part à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur en série avec la thermistance, le signal de sortie étant pris aux bornes de la thermistance. 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de trigger est un trigger de Schmidt dont la sortie est connectée à la gSchette de l'interrupteur statique par l'intermédiaire d'un condensateur, ce trigger ayant une grande inertie ther mique.