Brevet FR2294593A1 — publié le 19760709

La présente invention concerne principalement un circuit logique auto-alimenté "ET" de type dynamique à sécurité positive, ledit circuit délivrant en marche normale un signal de sortie égal au produit logique des signaux logiques d'entrée. L'invention concerne également l'application desdits circuits logiques "ET" à la réalisation de-logiques n/m également de type dynamique à sécurité positive, les dispositifs réalisant lesdites logiques délivrant en marche normale un signal de sortie de valeur nulle quand et seulement quand n au moins des m signaux d'entrée ont une valeur nulle. On sait qu'il est aisé de réaliser des circuits "OU" à sécurité positive ; en revanche, la réalisation de circuits t'ET" a sécurité positive n'est pas connue dans l'art antérieur. La notion de sécurité positive est bien connue des spécialistes confrontés au problème de sécurité c'est l'aptitude d'un matériel à évoluer dans le sens de l'initiation de l'action pour laquelle il a été conçu en cas de panne, dite "panne sure", l'affectant. Les pannes "non sEres" sont des pannes ne conduisant pas à l'action de protection désirée lorsque les conditions de déclenchement à l'entrée du dispositif sont réunies. Par exemple dans le cas des circuits "ET" selon l'invention où l'on multiplie divere signaux d'entrée de valeurs a, b, c... le signal de sortie vaut S = a.b.c. Les signaux a, b, c, peuvent prendre deux valeurs logiques dénotées O et 1 par exemple. Dans le cas où l'un quelconque des signaux d'entrée est nul le signal de sortie S est nul. L'action désirée correspondra à la valeur O du signal de sortie S et toute panne "sûre" est celle qui entraîne la valeur O de S. Ce type de dispositif logique à sécurité positive s'intègre notamment mais non exclusivement dans les systèmes de protection des réacteurs nucléaires. Dans ces systèmes, on mesure les valeurs d'un certain nombre de grandeurs physiques telles que la pression, la température, le flux neutronique etc. en un certain nombre de points dans le réacteur nucléaire. On compare ensuite dans différents appareils les valeurs de ces grandeurs physiques à des valeurs de référence et on délivre un signal qui est nul lorsque les valeurs des grandeurs physiques sont en dehors d'une fourchette définie à l'avance, correspondant à une marge de sécurité du réacteur convenable. Lorsque les grandeurs physiques sont dans cette fourchette de sécurité, les appareils du système délivrent un signal de sortie continue de valeur non nulle.Ce sont les sorties de ces appareils qui constituent par exemple les entrées du circuit "ET" selon l'invention, ou des logiques n/m utilisant un ou plusieurs de ces circuits "ET". Ainsi, lorsque les valeurs des paramètres physiques de fonctionnement s'écartent des fourchettes de sécurité, ou qu'une panne "sûre" affecte les circuits "ET" la valeur du signal de sortie est zéro, ce qui a pour conséquence l'action désirée, la chute des absorbants de sécurité par exemple. Le circuit logique "ET" selon l'invention est toutefois de portée très générale et peut être utilisé dans d'autres systèmes de sécurité que ceux liés au système de protection des réacteurs nucléaires. La présente invention a plus précisément pour objet un circuit logique auto-alimenté "ET" de type dynamique à sécurité positive réalisant la multiplication lo gique de m signaux d'entrée, a, b, c i m, chacun de ces signaux pouvant prendre une parmi deux valeurs logiques distinctes comprenant la valeur O, une valeur positive et une valeur nulle par exemple. Le circuit comprend m modules en série, les modules La, Lb, Lc....Li, ....Lm couplés l'un à l'autre par des transformateurs d'isolation galvanique.Chaque module est constitué par un convertisseur continu alternatif, alimenté par une tension continue correspondant à la valeur logique d'un des signaux d'entree et par la tension alternative de sortie du module précédent la sortie du dernier module Lm de la série est, d'une part, couplée au premier convertisseur par l'ensemble d'un redresseur suivi d'un convertisseur continu alternatif auto-oscillant (ou horloge) alimentant ledit premier convertisseur et, d'autre part, reliée par l'intermédiaire d'un transformateur d'isolation à deux bornes où l'on obtient un signal logique alternatif dont la valeur correspond au résultat de la multiplication des divers signaux d'entrée a, b, c.... On voit que ce circuit "ET" est à sécurité positive puisqu'en cas de panne affectant un des modules, la tension de sortie délivrée par ce module est dwamplitude nulle, ce qui entraine un signal de sortie du circuit logique "ET" nul. De meme, si l'alimentation continue d'un des modules vient à être coupée, le module n'est plus alimenté en tension continue et délivre une tension alternative d'amplitude nulle dans le convertisseur suivant et la valeur de la sortie du circuit "ET" est également nulle. L'invention concerne également des logiques n/m utilisant les circuits "ET" décrits précédemment. D'autres caractéristiques, avantages et applications de l'invention apparattront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles on a représenté - sur la figure 1, un schéma bloc d'un circuit "ET" à sécurité positive selon l'invention - sur la figure 2, un schéma électronique d'un circuit "ET" comprenant quatre modules selon l'invention - sur la figure 3, le schéma d'une logique 3/4 utilisant un circuit logique auto-alimenté "ET" de l'invention - sur la figure 4, un dispositif logique 3/4 utilisant deux circuits "ET" selon l'invention, en parallèle. Sur la figure 1, on a représenté un schéma bloc d'un circuit "ET" selon l'invention. Les signaux logiques d'entrée a, b, c....m sont introduits sous forme de tension continue entre les bornes 1 et 1', 3 et 3', 5 et 5', 7 et 7'.... Ces tensions continues alimentent les modules La, Lob...., Li et Lm placés en série et couplés les uns par rapport aux autres par des transformateurs d'isolation galvanique 11, 13 et 15. La sortie du dernier module Lm est reliée par l'intermédiaire du transformateur d'isolation galvanique 17 à deux bornes 21 et 23. Le résultat de l'opération logique réalisée par le circuit "ET" est obtenu sous forme de tension alternative ou continue après redressement selon les besoins entre les bornes 21 et 23.L'alimentation du premier module La est obtenue par une boucle de retour couplée à la sortie du dernier module Lm, par l'intermédiaire des enroulements 25 et 27. Cette alimentation est réalisée grâce à un ensemble 37 comportant par exemple un redresseur et une horloge alimentée par le redresseur. Il va de soi que le nombre de modules du circuit est égal au nombre de signaux d'entrée à multiplier. Le fonctionnement de chaque module est le suivant : lorsqu'on introduit une tension continue V1 par exemple entre les fils 1 et 1' du module La, cette valeur de la tension continue d'entrée se retrouve sous forme d'une tension alternative d'amplitude proportionnelle à la tension continue V1 sur l'enroulement de sortie 29 du module La, cet enroulement servant de primaire dans le transformateur d'isolation galvanique 11. Le module La délivre une tension de sortie alternative sur l'enroulement 29 quand et seulement quand l'enroulement d'entrée 35 du module La est alimenté en tension alternative.La tension de sortie entre les deux extrémités de l'enroulement 25 passe à travers l'ensemble 37 comportant un redresseur et une horloge envoyant dans le primaire 27 une tension alternative de fréquence convenable, par exemple 1 kHz, lorsque l'enroulement 25 est activé. Cette boucle de retour constitue l'alimentation interne du circuit "ET" ainsi "auto-alimenté" par les tensions continues d'entrée. L'association de plusieurs modules tels que les modules La, Lb etc. permet de constituer selon l'invention une logique en 1/n (essentiellement un circuit "ET") à partir de m entrées continues totalement indépendantes et isolées galvaniquement les unes des autres. L'horloge contenue dans l'ensemble 37 attaque le premier module La, par exemple avec des signaux carrés de fréquence 1 kHz. I1 va de soi que tout autre type de signaux périodiques fait aussi bien l'affaire par exemple des signaux en dent de scie, des signaux sinusoidaux, etc.. Ce circuit est de type dynamique puisque l'ensemble du système est testé à la même fréquence que celle du courant alternatif d'alimentation délivré par l'horloge. De plus, en fonctionnement normal, le circuit ne nécessite aucune alimentation extérieure, sauf, comme on le verra dans la figure 2 pour le réarmement (ou en cas de puissance de sortie élevée). Lorsque l'une quelconque des entrées 1 1', 3 3' etc. n'est plus alimentée, un des modules n'est plus alimenté en tension continue et le signal alternatif de sortie délivré est d'amplitude sensiblement nulle, ce qui fait que tous les modules en aval ne sont plus alimentés en courant alternatif et que le signal de sortie alternatif du circuit final apparaissant entre les bornes 21 et 23 est nul. Sur la figure 2, on a représenté le schéma électronique d'un circuit E à quatre modules, circuit à sécurité intrinsèque de type dynamique selon l'invention. Les signaux sont, comme dans la figure 1, introduits entre les bornes telles que 1 1', 3 3', 5 5', 7 7'. Les tensions entre ces bornes alimentent les modules La, Lb, Lc et Ld, les circuits d'amenée de tension continue comportant les résistances 39, 41, 43 et 45. Chaque module est un convertisseur continu alternatif de type classique comprenant un premier enroulement tel que l'enroulement A du module Lb, couplé par transformateur à l'enroulement de sortie du module précédent, le module La dans ce cas. Le module Lb comprend 2 transistors 47 et 49 dont les bases sont reliées aux extrémités de l'en- roulement A.Les émetteurs des transistors 47 et 49 sont reliés entre eux et au point milieu 51 de l'enroulement A. Les collecteurs de ces deux transistors 47 et 49 sont reliés aux extrémités d'un enroulement tel que l'enroulement B couplé à l'enroulement A' du module suivant par un transformateur d'isolation galvanique tel que 13. La tension continue, dans le cas du module Lb provenant des bornes 3 et 3' est branché entre le point commun 51 aux émetteurs desdits transistors et le point milieu 53 de l'enroulement B. Les condensateurs tels que 19 éliminent les pointes de tension lors des commutations. Ce meme circuit électronique est reproduit dans tous les modules Li. Le circuit 37 de la figure 1 est détaillé sur la figure 2 et comprend un redresseur 61 et une horloge constituée par un convertisseur continu alternatif auto-oscillant 53 alimenté par ledit redresseur. Le redresseur 61, formé dans le cas de la figure par un pont à quatre diodes de type classique, redresse la tension obtenue au secondaire 25 du transformateur 17 pour l'envoyer sur un convertisseur continu alternatif 53 jouant le rôle d'horloge, et constitué de façon quasi identique au convertisseur des modules Li. Ce convertisseur 53 transforme la tension continue en sortie du redresseur 51 en tension alternative alimentant le primaire 27 du transformateur 9 dont le secondaire (enroulement 35) permet d'alimenter le premier module La. Le circuit représenté sur la figure 2 comprend également un dispositif de réarmement manuel comportant un bouton poussoir 48 reliant l'alimentation continue du convertisseur 53 à une source de tension, 24 Volts par exemple, (non représentée) branchée entre les deux bornes 55 et 57. Si toutes les entrées de tension continue sont alimentées par des tensions non "nulles" (valeur logique +1) chaque module (commandé par la tension alternative du module précédent) délivre au module suivant un signal carré synchrone d'amplitude non nulle à la fréquence f. On obtient au sortir de la logique un signal carré par exemple entre les bornes 21 et 23 correspondant au niveau logique 1. Si l'une quelconque des entrées 1 1', 3 3', etc.. a un niveau o, il n'y a plus transmission du signal carré au delà de cette cellule et le signal de sortie du circuit passe à l'état O. Le circuit est intégralement à sécurité intrinsèque, ce qui signifie qu'il n'existe pas de première panne "non sûre" et seul un nombre restreint de double panne est "non sûr", la probabilité d'occurrence de ce type de panne est très faible (par exemple un court-circuit entre quatre fils pris deux à deux dans un ordre donné). L'invention concerne également un dispositif logique n/m de type dynamique, application des circuits "ET" selon l'invention. Dans une première application, le dispositif logique n/m comprend - x circuits "OU", chacun de ces circuits étant branché sur n entrées, x étant égal aux combinaisons sans répétition des m entrées prises n à n ;; x = Cm cmn-n!(m-n)! - un circuit "ET" à x entrées, chaque entrée étant reliée à la sortie d'un des x circuits "OU", ledit circuit "ET" étant de type dynamique, c'est-à-dire multipliant les sorties des x circuits "OU" après avoirs transformé lesdits signaux continus sortant des x circuits "OU" en signaux périodiques d'amplitude proportionnelle aux signaux continus d'entrée, - un redresseur redressant le signal de sortie du circuit "ET". Si F est la fonction à réaliser, c'est-à-dire une fonction ayant une valeur nulle lorsque n des m valeurs d'entrée A, B, C, D,... sont nulles la fonction F (n/m) peut s'écrire termes m Pour que la fonction F soit nulle, il faut et suffit que l'un quelconque des facteurs soit nul, c'est-à-dire qu'au moins un terme correspondant à une combinaison des m valeurs d'entrée prise n à n donne une somme zéro. Cette factorisation qui n'est pas unique, comme on le verra dans la suite, montre bien la façon dont on peut réaliser électroniquement ladite fonction en utilisant x circuits "OU", chaque circuit "OU" réalisant la somme logique de n valeurs d'entrée (A+B+....). Les valeurs de sortie de chaque circuit "OU" sont ensuite multipliées dans un circuit "ET" pour réaliser la fonction F. Comme on le verra par la suite, les logiques de ce type sont également auto-alimentées et ne nécessitent pas d'alimentation extérieure sauf pour le réarmement, et si la puissance de sortie nécessaire était élevée. Sur les figures 3 et 4, on a représenté deux logiques 3/4, exemples de logiques n/m utilisant des circuits "ET". Dans le cas de logique 3/4, F étant la fonction à réaliser et A, B, C et D étant les quatre voies d'entrée, la fonction F peut écrire 1) - F = AB + AC + AD + BC t BD + CD ou 2) - F = (A+B) (C+D) + (A+C) (B+D) ou 3) - F = (A+B+C) (A+B+D) (A+C+D) (B+C+D) La dernière factorisation est la plus "naturelle" et correspond à la généralisation n/m précédemment décrite. La première réalisation conduirait à l'utilisation de douze cellules groupées deux par deux, les six groupes étant en parallèle les uns par rapport aux autres ce mode de réalisation n'est pas très intéressant et ne sera pas détaillé plus amplement. La deuxième relation conduit à avoir deux groupes de cellules, l'entrée de chacune d'entre elles étant la somme réalisée à l'aide de deux diodes, de deux parmi les quatre tensions d'entrée correspondant aux valeurs A, B, C, D. Les deux groupes sont associés en parallèle. Ce mode de réalisation sera détaillé sur la figure 4. La troisième relation conduit à une logique classique d'ordre 3/4, aisément généralisable comme indiqué précédemment ; l'entrée de chacune des 4 cellules en série est constituée par la sommation de trois tensions continues d'entrée. Sur la figure 3, on a représenté un schéma électronique d'une logique 3/4 à sécurité positive. Les valeurs des grandeurs A, B, C et D sont introduites entre les bornes 2 et 2', 4 et 4', 6 et 6', 8 et 8'. Les bornes 2', 4', 6' et 8' sont reliées entre elles. Dans les circuits "OU" tels que 10, 12, 14 et 16, on réalise les fonctions "somme" A + B + C dans le circuit 10, A + B + D dans le circuit 12, A + C + D dans le circuit 14 et B + C + D dans le circuit 16. Ces circuits "OU" sont composés de diodes telles que 18 associées à des résistances telles que 20 selon un schéma très classique. La tension de sortie entre les points 22 et 24 par exemple est différente de zéro si l'un quelconque des signaux d'entrée A, B ou C est différent de zéro, et de même dans les autres circuits.Les diodes telles que 26 sont des diodes électro-luminescentes permettant de vérifier point par point les signaux en divers points du circuit. Le circuit "ET" est dans ce cas constitué par quatre convertisseurs 28, 30, 32 et 34. La tension de sortie, représentant la fonction F, est obtenue entre les bornes 36 et 38 en sortie du dernier transformateur d'isolation galvanique Te. On dispose un redresseur 44, constitué par exemple par un pont à quatre diodes, après un secondaire du transformateur Te. Ce redresseur envoie une tension continue sur le convertisseur auto-oscillant alimentant le primaire du transformateur d'isolation galvanique Ta, convertisseur dénoté par la référence 46. Un bouton de réarmement 48 connecte l'alimentation continue du modulateur 46 à une alimentation AP, non représentée sur la figure, permettant de réarmer le circuit.Le temps de réarmement est déterminé par la constante RC fixée par la valeur des résistances 50, 52 et de la capacité 54. Chaque convertisseur comprend un premier enroulement A couplé par transformateur Tb à un enroulement du module précédent et deux transistors tels que 29 et 31 ; les émetteurs de ces transistors sont reliés entre eux et au point milieu de l'enroulement A par une résistance 33. Les collecteurs sont reliés aux deux extrémités d'un enroulement B couplé à l'enroulement A' du module adjacent. Le fonctionnement du dispositif est le suivant lorsque trois des valeurs des quatre fonctions A, B, C, D sont nulles un des circuits "OU" tel que 10, 12, 14 ou 16 donne une tension de sortie zéro dans un des modules convertisseurs tels que 28, 32 ou 34. Ce convertisseur n'étant plus alimenté en tension continue, la tension aux bornes de son enroulement de sortie est nulle et le circuit "ET" constitué par l'ensemble des quatre modulateurs est interrompu. I1 n'est alors délivré aucun signal de sortie entre les bornes 36 et 38. Au contraire, lorsqu'aucune des combinaisons des quatre valeurs d'entrée prises trois à trois ntest nulle, tous les modulateurs transmettent les signaux du primaire au secondaire et une tension continue apparaît en sortie entre les bornes 36 et 38. On peut aisément vérifier qu'une panne simple est une panne "sûre" sur les différents éléments du circuit, par exemple l'ouverture d'une diode dans un circuit "OU" donne un signal de sortie nul à la sortie de la diode, le court-circuit d'un transistor d'un modulateur fait qu'il conduit en permanence et qu'on applique ainsi toujours la tension de sortie d'un circuit "OU" sur l'enroulement d'un transformateur d'isolation galvanique entre deux modulateurs, ce qui sature ce transformateur qui ne transmet alors plus de signal périodique. Sur la figure 4, on a représenté une variante de réalisation de l'invention permettant de calculer la fonction : F = Les mêmes références indiquent des organes ayant les mêmes fonctions que sur la figure 3. Sur les entrées A, B, C, D on dispose des circuits "OU" constitués par des diodes, circuits de type classique, tels que 70, 72, 74 et 76 En sortie de ces circuits "OU1,, on obtient les fonctions logiques A + B, C + D, A + C, B + D. La sortie de ces circuits est alors connectée à des convertisseurs couplés par des transformateurs d'isolation galvanique tels que 78 et 80.Ces convertisseurs sont du type décrit précédemment, l'enroulement primaire commun 82 de ces convertisseurs est alimenté à travers un transformateur d'isolation galvanique 84 par un convertisseur 46, lui-même alimenté par la tension de sortie obtenue en sortie des deux circuits "ET". Le premier circuit "ET" 86 réalisela multiplication de la fonction (A+B) par la fonction (C+D) et le second circuit "ET" 88 la multiplication de Tout comme sur la figure 3, on peut s'assurer sur le diagramme de la figure 4 que le dispositif est à sécurité positive en examinant une par une les pannes possibles de différents éléments du circuit, et vérifier qu'une panne d'un élément du circuit entraîne à sa sortie une valeur du signal égale à zéro. Le circuit de la figure 4 comprend également le bouton de réarmement tout comme le circuit de la figure 1 et est également auto-alimenté. I1 va de soi que la réalisation électronique du circuit est susceptible de variantes, qui, restant dans le cadre des équivalences, sont comprises dans l'invention. I1 est par exemple évident que les logiques à diodes "OU" peuvent être transformées en logiques à transistor sans changer la portée de l'application des circuits "ET" à la réalisation de logiques n/m. REVENDICATIONS 1. Circuit logique auto-alimenté "ET" de type dynamique à sécurité positive réalisant la multiplication logique de m signaux d'entrée a, b, c ,..i,.. m, chacun de ces signaux pouvant prendre une parmi deux valeurs distinctes comprenant la valeur 0, caractérisé en ce qu'il comprend m modules en série, La, Lb, Lc,. . .Li..Lm, couplés l'un à l'autre par des transformateurs d'isolation galvanique, chaque module étant constitué par un convertisseur continu-alternatif alimenté par une tension continue correspondant à la valeur logique d'un signal d'entrée et par la tension alternative de sortie du module précédent, la sortie du dernier module Lm de la série étant, d'une part, couplée au premier convertisseur par l'ensemble d'un redresseur suivi d'un convertisseur continu alternatif auto-oscillant alimentant ledit premier convertisseur et, d'autre part, reliée par l'intermédiaire d'un transformateur d'isolation galvanique à deux bornes où l'on obtient un signal logique alternatif dont la valeur correspond au résultat de la multiplication des divers signaux d'entrée a, b, c,. 2 Circuit logique "ET" selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque module est un convertisseur continu-alternatif comprenant un premier enroulement A couplé par transformateur à l'enroulement du module précédent et comprenant deux transistors dont les bases sont reliées aux extrémités de l'enroulement A, les émetteurs des transistors étant reliés entre eux et au point milieu de l'enroulement A, et les collecteurs de ces memes transistors étant reliés aux deux extrémités d'un enroulement B couplé à l'enroulement A' du module suivant par un transformateur d'isolation galvanique, la tension continue d'alimentation dudit convertisseur étant branchée entre le point commun aux émetteurs desdits transistors et le point milieu de l'enroulement B. 3. Circuit logique "ET" selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de réarmement constitué par une source de tension continue reliée par un bouton poussoir à un convertisseur continu-alternatif auto-oscillant dont la sortie de tension alternative alimente, par l'intermédiaire d'un transformateur, l'entrée du premier module La. 4. Application du circuit logique "ET" de type dynamique à sécurité positive selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, à la réalisation d'un dispositif logique n/m, caractérisé en ce que ledit dispositif logique comprend - x circuits "OU", chacun de ces circuits étant branché sur n entrées de tension continue, x étant égal aux combinaisons sans répétition des m entrées prises n à n (X Cn), - un circuit "ET", a x entrées de type dynamique à sécurité positive, chaque entrée étant reliée à la sortie d'un des x circuits "OU", ledit circuit "ET" multipliant les sorties des x circuits "OU" après avoir transformé lesdits signaux continus sortant des x circuits "OU" en signaux périodiques d'amplitude proportionnelle aux signaux continus d'entrée des circuits "ET". 5. Application du circuit logique "ET" de type dynamique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, à la réalisation d'un dispositif logique 3/4, caractérisé en ce qu'on réalise la fonction F, F = (A+B) (C+D) + (A+C) (B+D) A, B, C et D étant quatre signaux logiques d'entrée, par un circuit comprenant - quatre circuits "OU" réalisant les opérations logiques (A+B), (C+D), (A+C) et (B+D) - deux circuits "ET" auto-alimentés, de type dynamique à sécurité positive chacun de ces circuits comprenant deux modules en série chaque module étant alimenté par la tension de sortie d'un des circuit "OU" précédent. - un circuit "OU" dont les entrées sont alimentées par les sorties des deux circuits "ET" précédents.