Brevet FR2326084A1 — publié le 19770422

La présente invention concerne les dispositifs de commande de triacs d'une manière générale et plus particulièrement, mais non exclusivement, dans le cadre de circuits de commande de la régulation de température* Les triacs sont des commutateurs électroniques dont la résistance interne est proche de 11 infini lorsqu'ils sont bloqués et proche de zéro lorsqu'ils conduisent. Ils conviennent donc particulLèrement bien au dosage de la paissance dans une résistance électrique destinée au chauffage. De nombreux dispositifs permettent la régulation de la température par commande locale, ou à distance, de tels triacs. Toutefois, nombre de ces dispositifs présentent des inconvénients. En particulier , ils niassurent pas une relation de phase constante et ajustable entre le déclenchement du triac et la tension alternative alimentant le triac; de plus, ces dispositifs sont rarement insensibles aux parasites industriels et de distribution de 1'é- nergie électrique. I1 s'ensuit deux inconvénients de nature à réduire la durée de vie des triacs. D'une part, ces dispositifs délivrent sur la gachette du triac des signaux dont l'amplitude et la durée peuvent varier avec la durée du parasite provoquant liallumage intempestif. Ceci a pour effet de déclencher le triac avec des caractéristiques de gâchette trop faibles diminuant par là même ses caractéristiques de commutation (dI/dt' ce qui peut entraîner sa destructon prématurée. D'autre part, en cas d'apparition d'un parasite de nature à laire repasser la tension du secteur par zéro en cours d'alternance, le triac se désamorce et son réallumage risque de se faire par un signal de durée et d'énergie insuffisante pour maintenir les caractéristiques de commutation du triac. Par ailleurs, nombre de dispositifs sensibles aux parasites renétitifs peuvent déclencher le triac en demi-onde, ce qui peut autre préjudiciable aux transformateurs de distribution; en effet, ceux-ci peuvent se saturer par la composante continue due à la demi onde . 'invenfiion a pour but de pallier ces inconvénients en réa iian un dispositif de commande de triac assurant la conduction de celui-ci indépendamment de la durée d signal d'autorisation de conduction ou de tout parasite pouvant actionner le triac et empêchant la commande de ce dernier en demi-onde. A cet effet, l'invention a pour obJet un dispositif de commande de triac comportant un circuit d'autorisation de déclenchement du triac, caractérisé en ce qu'entre ledit circuit d'autorisation et la gachette du triac est interposé un circuit comprenant un premier transistor dont la base est reliée audit circuit d'au- torisation, un second transistor dont la conduction est commandée par celle du premier, le circuit émetteur-collecteur du second transistor étant connecté par l'intermédiaire d'une résistance appropriée à la gâchette du triac et un circuit à résistance-capacité connecté entre le circuit émetteur-collecteur du second transistor et la base du premier transistor. Dans un tel dispositif, lorsqu'un signal d'autorisation est appliqué sur la base du premier transistor, celui-ci se sature et entrasse la saturation du second transistor pendant un temps défini par les valeurs des composants du circuit résistance-capacité. Par suites il est appliqué sur la gâchette du triac une impulsion dont la durée est indépendante de celle de l'impulsion d'autorisation de déclenchement. Cette durée peut donc être facilement fixée à quelques centaines de micro-secondes pour entre certain d'atteindre le courant de maintien de la conduction du triac pour des charges légèrement sel flques ou un réseau légèrement déphasé, ou bien cette durée peut être fixée à une valeur supérieure à une demi-alternance, par exemple 12 ms pour un secteur de fréquence 50 Hz. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre du dispositif ci-dessus dans une application à la commande de régulation de température d'un dispositif de chauffage à résistance électrique. La figure unique annexée représente le schéma électrique d'un tel système de régulation. Le dispositif représenté sur la figure comporte une alimentation en courant continu basse tension élaborée à partir du secteur alternatif 220 volts à travers une résistance R 1 et un condensateur C l.Une diode Zener DZ 1 limite la tension à 10 V qu'une diode D I permet de redresser.Un condensateur C 2 filtre cet te tension, la rendant apte à alimenter un circuit intégré IC. Une résistance R 2 associée à un condensateur C 5 permet l'alimentation de la commande de la gâchette une triac tandis qu'une résistance R Il associée à un condensateur C 3 fournit une tension suffisamment filtrée destinée à des circuits de consigne de mesure et auxiliaire. Le circuit de consigne est chargé d'élaborer une tension représentant la température que l'on désire. Ce circuit comprend les résistances R 14, R 15 et R 12 et applique ladite tension à l'entrée 2 d'un amplificateur doseur constitué par le circuit intégré linéaire IC. Le circuit de mesure constitué d'un réseau de résistances (résistance R 10 et résistance à coefficient de température négatif CTN1) génère une tension fonction de la température à mesurer (la résistance CTN 1 se trouvant à l'emplacement approprié pour représenter la température de ce que l'on veut réguler). Cette tension est également appliquée à l'amplificateur IC (entrée 3). Le circuit auxiliaire composé d'une résistance à coefficient de temperature négatif CTN 2, d'une diode D 2 et dtune résistance R 13 dans le montage représenté sur la figure permet "d inhibiter" le dispositif de régulation au cas où la résistance CTN 2 est tellement faible qu'apparait aux bornes de D 2 une tension supérieure à la tension de la diode. I1 est à noter que l'inversion de R 13 et CTN 2 fournit l'erfek contraire. De plus, CTN 2 peut être remplacé par un contact permettant l'asservissement à un contact extérieur. L'amplificateur doseur IC est associé aux résistances R 19, R 20, R 21 et au condensateur C 4. Le rôle de cet amplificateur doseur est de comparer en permanence le signal de consigne et le signal de mesure et de délivrer un signal par modulation de duree tel que ce signaltnne ou ne donne pas l'autorisation de déclencher le triac en tout ou rien. Le dosage se fait par le rapport cyclique du basculement de la sortie b du circuit intégré IC. Ce rapport cyclique est défini en fréquence par les résistance et condensateur R 20 et C 4 et en rapport de temps par les résistances R 20, R 21, R 14, R 15 et R 12 ainsi que par la tension appliquée à l'entrée 2 du circuit intégré IC.Le basculement est d'autant plus brutal qu'une hysteresis est appliquée à l'entrée 3 de l'amplificateur IC par le Jeu des résistances R 19, R 10 et CTN I. La sortie de liamplificateur IC est appliquée à un circuit synchronisateur par l'intermédiaire d'une résistance R 8. Au point référence E sur la figure, orJpeut raccorder plusieurs circuits synchronisateurs réalisant ainsi un régulateur martre" commandant des régulateurs "esclaves". Le circuit synchronisateur est constitué des transistors T 3, T 4, T 5 et du condensateur C 6 et ne se trouve alimenté que lorsque la sortie de l'amplificateur IC est à -10 V. Par ce biais, le rapport cyclique fourni par l'amplificateur se trouve maintenu. Ce circuit synchronisateur a pour but de commander le triac au zéro de tension du secteur. En effet, lorsque le secteur est négatif, le transistor T 5 est saturé et sa tension de collecteur est voisine de O V, lorsque le secteur est positif, les transistors T 3 et T 4 sont saturés comme précédemment, la Jonction R8 R 18 étant voisine de O V. Lorsque le secteur est inférieur à la tension entre base et émetteur, les transistors T 3, T 4 et T 5 sont bloqués et la Jonction R8-R 18 est voisine de -10 volts. On remarquera que dans le cas décrit, la rérérence de tension est prise sur le secteur, ce qui fournit un déclenchement au zéro de tension du secteur. Si lton désire un déclenchement au zéro de courant dans la charge Z, il suffit de prendre la référence sur le triac ou, si l'on veut une commande déphasée, introduire un déphasage soit fixe, soit aJustable1 lié soit au courant dans la charge Z ou à la tension à ses bornes. Le circuit synchronisateur représenté sur la figure est conforme au circuit décrit dans le brevet français NO 7?.31.946 déposé au nom de la demanderesse. Conformément à 1'inventionwla la commande de la gachette du triac se fait par un circuit comportant un premier transistor PNP T1 dont la base est reliée à la résistance R 18 > et un second transistor NPN T 2 dont la base est connectée au collecteur du transistor T1 par l'intermédiaire d'une résistance R 16. Le collecteur du transistor T2 est relié à la gâchette du triac par l'intermédiaire d'une résistance R4. Aux transistors T1, T2 sont associées des résistances de polarisation R5, Rg, R7. En outre,le collecteur du transistor T2 est connecté à la base du transistor T1 par l'intermédiaire d'un circuit à résfls- tance-capacité C7, R 17. Lorsque la Jonction R o-R 18 du circuit synchronisateur est à - 10 V, un murant circule dans R 18, saturant le transistor T 1, lui-même saturant T 2 gracie à la résistance R 16. Lorsque le tran sister T2 se sature, une tension apparat au bornes de R 5 transmise par C 7 et R 17 à la base de T 1 et tendant à le saturer pendant un temps défini par les valeurs de C 7 et R 17.I1 apparat ainsi en R 4 une impulson dont le temps est indépendant de la durée de llimpuls-on de synehronisation(ou d'autorlsation de déclenchement) et dont l'impédance est définie par R4 plutôt que par le gain des transistors T I et T 2.On fixera donc ce temps selon le triac choisi et lteefet désiré. En erfet, bien que les temps de commande minima soient de l'ordre de quelques dizaines de microsecondes,on le fixera à quelques centaines de micro secondes pour être certains dlatteindre le courant de maintien pour des charges Z légèrement selfiquesouun réseau légèrement déphasé, ou alors à un temps supérieur à une demi-alternance (par exemple 12 ms pour un secteur 50 Hz). Ainsi, puisque le déclenchement se fait au passage à zéro, on est sür que le triac ne passera que des alternances complètes, évitant ainsi tout risque de saturation. Dans le dispositif représenté, il est en outre prévu un élément de protection constitué par un interrupteur thermique à commande positive LT capable de couper la charge et du genre de ceux montés pour la protection thermique des moteurs. Cet élément monté à même le triac ou dans son voisinage immédiat permet d'éviter l'emballement thermique, évitant la perte de contr8le de la charge Z et la destruction du triac. Il est également prévu un autre élément de protection permettant de ne pas dépasser les caractéristiques du triac en dI/ dt et dV/dt lors du déclenchement du triac et de son extinetion. Cet élément est constitué de 1'inductance Il,de la résistance R 3 et du condensateur C 8. Bien entendu > l'invention n'est pas limitée à l'application représentee et décrite ci-dessus. C'est ainsi que le dispositif de commande du triac peut être utilisé quelle que soit la destination du triac et quellesquesolenE'impuision d'autorisation de déclenchement et la manière dont elle est engendrée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de triac comportant un circuit d'autorisation de déclenchement du triac, caractérisé en ce qul- entre ledit circuit d'autorisation et la gâchette du triac est interposé un circuit comprenant un premier transistor dont la base est reliée audit circuit d'autorisation,un second transistor dont la conduction est commandée par celle du premier, le circuit émetteur-collecteur du second transistor étant connecté par lXin- termédiaire d'une résistance appropriée à la vachette du triac et un circuit à résistance-capacité connecté entre le circuit émetteur-collecteur du second transistor et la base du premier transistor. 2. Dispositif suivant la revendication 1 appliqué à la régulation de température diun dispositif de chauffage par résistance électrique caractérisé en ce que le circuit d'autorisation de déclenchement est constitué, d'une part,par un circuit synchronsa- teur destiné à commander le triac au zéro de la tension alternative appliquée au triac ou du courant dans la charge alimentée par le triac et, d'autre part, par un amplificateur doseur comparant en permanence un signal de consigne et un signal de mesure et déli- vrant au circuit synchronisateur un signal par modulation de durée tel que ce signal donne ou ne donne pas l'autorisation dedèclencher le trtac en tout ou rien. 3. Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le circuit synchronlsateur comprend des moyens pour introduire un déphasage soit fixe, soit réglable et lié au courant dans la charge ou à la tension aux bornes de celle-ci entre le passage par zéro dudit courant ou de ladite tension et la génération du signal d'autorisation de déclenchement. 4. Dispositif suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de protection du triac constitué par une inductance en série avec le triac et par une résistance et un condensateur en parallèle avec cette inductance et le triac.