Brevet FR2297425A1 — publié le 19760806

La présente invention concerne un appareil avertisseur de chute de tension muni d'un dispositif à résistance négative qui prévient du fait qu'une chute de tension s'est produite ou se produit. En particulier, la présente invention concerne un indicateur de chute de tension qui est capable d'indiquer qutune chute de tension slest produite une fois ou est en train de se produire, par l'intermédiaire d'une indication par une diode photoémettrice, etc.. Pour les horloges numériques électroniques ou les horloges électriques fonctionnant avec une alimentation électrique alternative au moyen d t une synchronisation avec la fréquence de la source alternative, l'indication de temps est très précise. Toutefois, dans de telles montres électroniques ou électriques fonctionnant avec une source d'alimentation alternative, si l'alimentation est interrompue ou troublée, les retards de temps demeurent même après la restauration de l'interruption ou de la panne, et, en outre, l'utilisateur n'est pas conscient du retard de temps. Dans les horloges numériques électroniques ou dans les horloges électriques fonctionnant avec une source d'alimentation continue, telle que, par exemple, une pile sèche, quand la source d'alimentation faiblit et chute quant à sa sortie en dessous dtun niveau de seuil donné, l'indication de temps devient imprécise. Pour vérifier un tel affaiblissement de la source d'alimentation, tout dispositif dtindication de tension connu tel qu'unie diode photo-émettricè, une lampe à incandescence miniaturisée ou un ampèremètre peut être utilisé, mais la consommation d'énergie de tels dispositifs doit être rendue très faible. Un dispositif proposé comprend un commutateur à bouton-poussoir qui doit être fermé par pression pour la vérification de la tension, mais un tel dispositif présente l'inconvénient que l'indication de l'affaiblis- sement de la tension est obtenue seulement quand le bouton est pressé. Un objet de la présente invention est de prévoir un appareil d'alerte de chute de tension muni d'un dispositif à résistance négative qui prévient d'une chute de tension ou dtune interruption de l'alimentation de la source d'alimentation. La présente invention s'applique à l'indication d'une interruption de tension dans une source d'alimentation alternative après un temps prédétérminé. La présente invention s'applique à ltlndication de l'apparition d'une chute de tension dans une source d'alimentation continue après un temps prédéterminé. La présente invention s'applique à fournir une alerte de l'apparition d'un retard de temps dans une montre analogique ou numérique ou de l'apparition d'erreurs de données en provenance d'un appareil de traitement de données, de façon à éviter une utilisation erronée d'un tel retard de temps ou de telles données erronées. La présente invention présente l'avantage que sa constitution est très simple, exempte de dispositifs mécaniques tels que des relais ou des ampèremètres, et consomme très peu de puissance meme pour une indication en continu. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante, faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels La figure 1 représente un circuit de dispositif à résistance négative utilisé dans l'appareil selon la présente invention. La figure 2 est un diagramme représentant une caractéristique tension-courant V-I du dispositif à résistance négative de la figure 1. La figure 3 représente un circuit de l'appareil pour l'appareil d'alerte de chute de tension muni d'un dispositif à résistance négative selon la présente invention. La figure 4 est un diagramme de caractéristique tensioncourant V-I entre la borne A et la borne de masse en figure 3, quand le commutateur 5 est dans l'état 5b. La droite de charge 't" de la résistance 2 est également représentée dans cette figure. La figure 5 représente un circuit d'un autre exemple de la présente invention ; et La figure 6 représente un circuit d'encore un autre exemple de la présente invention. Avant de décrire 1 'appareil selon la présente invention, un dispositif à résistance négative destiné à Aetre utilisé dans appareil de la présente invention va être décrit en se référant à la figure 1. Cette figure 1 représente un exemple de circuit tel que décrit dans l'art antérieur, par exemple dans IEEE Transactions on Circuit Theory", mars 1968, pages 25 à 35 et dans "Proceedings of the IEEE", avril 1965, page 404. En figure 1, l'électrode de porte G1 d'un transistor à effet de champ (FET) de type à canal n 21 est reliée à l'électrode de drain D2 d'un FET 22 de type à canal p, et l'électrode de porte G2 du FET de type à canal p 22 est reliée à l'électrode de drain D1 du FET 21 de type à canal n. Les électrodes de source S1 et S2 des FET 21 et 22 sont, en outre, reliées en série l'une à l'autre. Quand une tension V est appliquée aux deux bornes de sortie 31 et 32, c'est-à-dire aux bornes de l'électrode de drain D1 et de l'autre électrode de drain D2, de la paire de FET 21 et 22 reliés en série (un potentiel positif étant appliqué du côté de l'électrode D1), une caractéristique courant-tension connue telle que représentée en figure 2 est obtenue entre la tension V et le courant de source I.Comme on le voit en figure 2, pour un instant ultérieur à la tension initiale O,le courant I augmente présentant une caractéristique à résistance positive tandis que la tension augmente, mais le courant présente graduellement une caractéristique de saturation et après que le courant dépasse la tension du point de courant de crête m (ctest-à-dire la première tension de seuil Vtl), en particulier dans la région entre Vtl et Vt2, le courant diminue quand la tension augmente, représentant une caractéristique dite à résistance négative. Enfin, quand la tension dépasse la seconde tension de seuil Vt2, le courant I entre dans son état de coupure.Cet état de coupure du courant se maintient jus qu a ce que la tension atteigne une tension de claquage Vt3 où l'un des FET commence à claquer. Quand la tension dépasse le point Vt3, le courant de claquage se produit. Avec le circuit de la fi gure 1, il existe une première région stable pour 0 Vt2VVt3, et l'état ins table se trouve dans la gamme de tension appliquée Vtl VtlVVt2. La figure 3 représente un premier exemple d'appareil d'alarme de chute de tension selon la présente invention, dans lequel une borne B est connectée à une alimentation de tension continue, par exemple, un circuit de redresseur actionné par une source d'alimentation de tension alternative commerciale. Une tension Vcc fournie à la borne B est choisie pour être une tension se trouvant entre les valeurs Vt2 et Vt3. Une résistance de charge 2, une diode photo-émettrice et la jonction collecteur-émetteur d'un transistor 4 sont connectées en série aux bornes de la source d'alimentation continue Vcc. Une extrémité d'un dispositif à résistance négative 1 est connectée par l'intermédiaire d'un commutateur S à la borne positive B. L'autre extrémité du dispositif à résistance négative 1 est connectée à la base du transistor 4.Un contact normalement fermé 5b est connecté au point de raccordement A entre la résistance de charge 2 et la diode photo-émettrice 3. Ce circuit fonctionne de la façon suivante D'abord, le commutateur 5 est commuté vers le côté du contact normalement ouvert 5a. En conséquence, la tension Vcc est directement appliquée au dispositif à résistance négative, amenant le point de fonctionnement du dispositif à résistance négative au point V = Vcc, I = O de façon à remettre le courant à zéro. Alors, le commutateur 5 est commuté du c8té du contact normalement fermé 5b, de façon à attendre une interruption de tension pour l'indiquer. (1) Quand aucune interruption de tension ne survient, puisque le transistor 4 est coupé en raison du courant nul dans le dispositif à résistance négative, provoqué par la remise à zéro, la tension d'alimentation Vcc est appliquée au dispositif à résistance négative 1. En conséquence, le point de fonctionnement en figu- re 4 est le point V = Vcc, I = O. Ainsi, le courant de base du transistor 4 est nul et, en conséquence, la diode photo-émettrice 3 reste coupée. (2) Quand une interruption de tension survient, comme cela a été mentionné précédemment, le dispositif à résistance négative est déjà remis à zéro par la commutation du commutateur 5 vers le contact normalement ouvert 5a. Par l'interruption de la tension à la borne B, la tension aux bornes des deux extrémités du dispositif à résistance négative devient nulle, de sorte que la tension sur les abscisses de la figure 4 est amenée au point V = O > I = O, et le transistor 4 est coupé. Alors, quand l'alimentation de tension se rétablit, la tension continue à la borne B crott jusqu'à la valeur Vcc. En raison de cette augmentation de tension, pour une tension dépassant V = VBE à la borne B, le transistor 4 est rendu conducteur. En conséquence, un courant circule depuis la borne B, par l'intermédiaire de la résistance 2, du commutateur 5, du dispositif à résistance négative 1 et de la base et de l'émetteur du transistor 4 vers la masse. En particulier, quand la tension de source à la borne B dépasse la tension spécifiqueVBE, la diode photo-émettrice 3 s'allume.Alors, comme la tension de source augmente, le courant à travers le dispositif à résistance négative 1 augmente selon la partie à gradient positive de la courbe caractéristique du dispositif à résistance négative 1, et, en conséquence, le courant de collecteur qui est hFE fois plus grand que le courant de base du transistor 4,croit. La résistance R de la résistance de charge 2 doit astre choisie d'une valeur telle que la droite oblique "an reliant le point V = O, I = VRC et le point V = Vcc, I = O, représentant la R résistance de charge R en figure 4, coupe au point P la partie à gradient positif de la courbe caractéristique du dispositif à résistance négative, ctest-à-dire la partie de courbe dans la gamme entre les tensions VBE et Vtl. Au moyen de la sélection susmentionnée de la résistance R, même quand la tension au point B atteint la valeur Vcc, le courant circulant dans le dispositif à résistance négative reste stable à la valeur représentée par le point P et la diode photo-émettrice 3 est éclairée par ce courant constant. Cet éclairement de la diode photo-émettrice indique que la tension à la borne B s 'est interrompue, avertissant ainsi l'usager de l'inexactitude des données traitées ou du temps indiqué après un tel accident. On va maintenant décrire l'action de remise à zéro du circuit. Après que le dispositif à résistance négative a été amené à l'état de marche et que le transistor a été amené à l'état de marche, quand l'indication est confirmée par l'utilisateur, l'utilisateur doit remettre à zéro le circuit pour une autre surveillance de chute de tension future. Une telle remise à zéro est faite en appliquant la tension de source Vcc aux bornes du dispositif à résistance négative 1 par l'intermédiaire d'umcommuta- tion du commutateur 5 vers le côté de contact normalement ouvert Sa. Par une telle application de la tension Vcc, le point de fonc tionnement du dispositif à résistance négative est amené à un état représenté par V = Vcc, et I = O en figure 4.Ainsi, le-transistor 4 est coupé par élimination de son courant de base éteignant la diode photo-émettrice 3. On va maintenant décrire le mode d'indication d'un affaiblissement de batterie. L'appareil de la figure 3 est également capable d'indiquer l'affaiblissement d'une pile sèche ou d'une batterie. Pour une telle indication, l'état du circuit est choisi comme sùit (1) Le gradient de la courbe de charge tt4ts est presque égal au gradient de la courbe entre les tensions Vtl et Vt2 de la partie de la caractéristique tr pour le dispositif à résistance négative représenté en figure 4, et (2) la tension Vcc pour un état normal de la pile sèche ou de la batterie dépasse légèrement la tension Vt2. Quand la batterie ou la pile sèche est normale, la droite de charge oblique "ss" ne coupe pas la courbe tr et le point de fonctionnement est V = Vcc et I = O. En conséquence, aucun courant de base et ainsi aucun courant de collecteur ne circule dans le transistor 4. Alors, quand la pile sèche ou la batterie commence à faiblir et qu'en conséquence la tension Vcc à la borne B devient inférieure à Vt2, la droite de charge oblique"2" coupe la courbe tr dans la région VEVc=Vtl. En conséquence, le point de fonctionnement devient stable au point de croisement, et le courant de collecteur du transistor 4 représenté par la valeur du courant pour le point de croisement circule dans la diode photo-émettrice 3 et l'alimente. La figure 5 représente un autre exemple de la présente invention dans lequel le moyen de remise à zéro est un commutateur à bouton-poussoir à ressort 6 qui est relié entre la borne d'alimentation positive B et le dispositif à résistance négative 1, et le point de jonction entre le commutateur et le dispositif à resistance négative est directement connecté au point de raccordement A entre la résistance 2 et la diode photo-émettrice 3. Les autres éléments sont identiques à ceux de l'exemple de la figure 3. La remise à zéro est effectuée par une simple pression,fermant ainsi le commutateur 6 pendant un temps bref. Au moyen de cette fermeture du commutateur 6, la tension d'alimentation de puissance Vcc est appliquée au dispositif a résistance négative, et le circuit est remis à zéro de la mAeme façon que cela a été exposé en se référant à la figure 3.Cet exemple est plus simple en ee qui concerne la manipulation du commutateur de remise à zéro puisque le commutateur de remise à zéro 6 est à auto-rétablissement, et en conséquence on ne risque pas d'oublier de ramener le commutateur de remise à zéro à la position de fonctionnement normal. La figure 6 représente encore un autre exemple de la présente invention dans lequel une paire de diodes photo-émettrices, par exemple une diode photo-émettrice (LED) dans le rouge 3 et une LED émettrice dans le vert 7 sont utilisées. La LED émettant dans le rouge 3 est connectée d'une façon analogue à celle de la figure 5, mais l'ordre du transistor 4 et de la diode photo-émettrice 3 est inversé. Un second transistor 8 est relié par son émetteur à la diode émettant dans le vert 7, par son collecteur, par l'intermédiaire d'une résistance 10, à la borne de la source d'alimentation positive B, et par sa base par l'intermédiaire d'une résistance 9 au point de raccordement A entre le collecteur du premier transistor 4 et la résistance de charge 2. Le fonctionnement du circuit de la figure 6 est le suivant D'abord, le circuit est remis à zéro par un commutateur de remise à zéro 6, de façon analogue aux exemples précédents. Quand le potentiel au point A, qui se trouve entre le collecteur du transistor 4 et la résistance de charge 2, est supérieur à Vt2 en figure 4, le dispositif à résistance négative et, par là, le premier transistor 4 sont coupés. En conséquence, un courant circule par l'intermédiaire des résistances 2 et 9 dans la base du second transistor 8, le rendant conducteur, éclairant ainsi la diode photo-émettrice 7. En conséquence, cette indication de lumière verte indique que la source d'alimentation Vcc a été et est en ordre. Quand une interruption prend place dans l'alimentation de puissance et que le potentiel à la borne B devient inférieur à Vt2 ou meme à zéro, et est ensuite ramené à la tension Vcc, alors le dispositif à résistance négative devient conducteur de la façon déjà mentionnée en se référant aux figures 2, 3 et 4 amenant ainsi le premier transistor 4 à être conducteur, le courant de collecteur étant représenté par le point P en figure 4 et éclairant la diode photo-émettrice dans le rouge 3. Cette indication de lumière rouge indique que la source d'alimentation Vcc a subi une interruption ou un affaiblissement de tension. Quand la lumière rouge est éclairée, le potentiel au point A faiblit, et, en conséquence, le transistor 8 est coupé éteignant la diode photo-émettrice dans le vert 7. Ainsi, dans le circuit de la figure 6, l'éclairement de la lumière verte seule indique une alimentation normale de la source d'alimentation, l'éclairement de la lumière rouge seule indique une interruption passée de la source d'alimentation et le fait que les lumières verte et rouge soient éteintes indique une interruption qui continue de la source d'alimentation. EXEMPLE 1 Dans le cas de l'exemple de la figure 5, dans un mode de réalisation pratique, on peut choisir les données suivantes. Le dispositif à résistance négative 1 consiste en des FET complémentaires comprenant un FET de type à jonction à canal n et un FET du type à jonction à canal p reliés de la façon représentée en figure 1, avec Vtl = 3 volts Vt2 = 7 volts Vt3 = 22 volts La diode photo-émettrice 3 est une diode émettant dans le rouge constituée d'un cristal de GaAsO 6Po 4. Le transistor 4 est un transistor planar au silicium du type npn ayant un facteur d'amplification en courant continu hFE d'environ 100. La source d'alimentation continue Vcc fournit un courant de 10 volts continus. L'appareil fonctionne de façon appropriée comme cela a été mentionné précédemment avec une résistance de charge sélectionnée dans la gamme de 400 à 1.000 ohms. EXEMPLE 2 Dans le cas de l'exemple de la figure 6 et dans un mode de réalisation préféré, on pourra choisir les données suivantes Le dispositif à résistance négative 1 comprend des FET complémentaires constitués d'un FET du type à jonction à canal n et d'un FET du type à jonction à canal p reliés de la façon représentée en figure 1 avec Vtl = 1,0 volt Vt2 = 2,5 volts Vt3 = 28 volts La diode photo-émettrice 3 est une diode photo-émettrice dans le rouge constituée d'un cristal de GaAsO 6Po 4. La diode photo-émettrice 7-est une diode photo-émettrice dans le vert constituée d'un cristal de GaP. Les transistors 4 et 8 sont des transistors planar au silicium npn ayant un facteur d'amplification en courant continu hPE d'environ 200. La source d'alimentation continue Vcc fournit un courant de 5 volts continus. L'appareil fonctionne de façon appropriée comme cela a été mentionné précédemment avec une résistance 2 d'une valeur de 150 ohms, une résistance 9 d'une valeur de 33 kilo-ohmset une résistance 10 d'une valeur de 150 ohms. Dans la mise en oeuvre de la présente invention, la constitution du circuit n'est pas limitée aux circuits donnés à titre d'exemple précédemment, et toute modification conforme à la présente invention peut être effectuée. Par exemple, dans l'exemple de la figure 3, la diode photo-émettrice 3 peut être connectée au côté supérieur du point A, par exemple, entre le point B et la résistance 2, au lieu du cas d'une connexion du côté inférieur représenté en figure 3. Egalement, les diodes photo-émettrices 3 peuvent être remplacées par d'autres moyens d'alerte, par exemple; un vibreur ou une lampe à incandescence. En outre, un circuit du type Darlington muni de deux transistors peut être utilisé au lieu du transistor 4 ou 8 si une sortie importante est requise. Le dispositif à résistance négative 1 peut comprendre des FET du type à porte isolée (du type MOS) au lieu des PET du type à jonction représentés dans les exemples. Comme cela a été exposé ci-dessus, selon la présente in vention, une interruption ou un affaiblissement d'une alimentation de puissance commerciale ou un affaiblissement d'une source d'ali- mentation continue est notifié à l'usager d'appareils électriques ou électroniques, tels qu'une horloge ou un processeur de données, et, en conséquence, un usage erroné de l'heure ou des données après une panne de la source d'alimentation peut être évité. L'appareil selon la présente invention est simple en ce qui concerne la constitution du circuit. Dans les exemples des figures 3 eut 5, le circuit présente l'avantage d'une consommation d'énergie sensiblement nulle. La détectionde l'affaiblissement de la batterie peut être faite simplement en reliant l'appareil de la présente invention à la batterie. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'autre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Appareil d'alerte de chute de tension muni d'un dispositif à résistance négative, caractérisé en ce qu'il comprend - une connexion en série comprenant une charge (2), un moyen d'indication (3) et un élément de commutation à semi-conducteur (4), les deux extrémités de la connexion en série étant connectées aux bornes des extrémités positive et négative de la source d'alimentation Vcc ; et - un dispositif à résistance négative (1) comprenant une connexion complémentaire d'un transistor à effet de champ à canal de type n et d'un transistor à effet de champ à canal de type p, une extrémité du dispositif à résistance négative étant connectée au point de raccordement de la charge (2) et de l'élément de commutation (4) et l'autre extrémité étant connectée à la borne d'entrée de signal de commande de l'élément de commutation (4). 2 - Appareil d'alerte de chute de tension muni d'un dispositif à résistance négative selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de remise à zéro qui, pendant une durée donnée, applique une tension (Vt2 c V c Vcc) aux bornes du dispositif à résistance négative de sorte que le dispositif à résistance négative est amené à l'état de coupure. 3 - Appareil d'alerte de chute de tension muni d'un dispositif à résistance négative selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second élément de commutation à semi-conducteur (8) connecté par sa borne d'entrée à une borne de sortie du premier élément de commutation (4), et un second moyen d'indication (3) connecté en série avec le second moyen de commutation (8).