Brevet FR2328330A1 — publié le 19770513

La présente invention concerne un circuit de temporisation électronique permettant de différer jusqu'au voisinage d'un passage à zéro de la tension alternative d'alimentation, et pendant une durée pouvant aller d'une fraction du cycle à plusieurs minutes, le passage du courant dans un élément de commande d'un interrupteur contrôlant une charge alimentée en alternatif. De tels circuits de temporisation peuvent être utilisés pour constituer des relais temporisés, ou comme minuteries pour commander le passage ou itinterrupteur du passage du courant dans une charge pendant une durée déterminée, ou comme oscillateurs pour commander le passage et le non-passage du courant dans une charge de façon cyclique, et pour d'autres applications qui apparaitront à l'homme de l'art. La figure 1 ci-jointe représente un circuit de temporisation électronique de l'art antérieur et la figure 2, la courbe caractéristique intensité/tension d'un dispositif à seuil à résistance négative. Dans la suite de la description, un dispositif ayant une telle caractéristique sera appelé un "trigger Le dispositif de temporisation électronique de l'art antérieur représenté en figure 1 comprend, entre deux bornes 10 et 11 reliées à une source de tension alternative telle que le secteur, la connexion en série d'une diode 1, d'une résistance 2 et d'un condensateur 3. le point de raccordement de la résistance 2 et du condensateur 3 est connecté à une borne d'un trigger 4 qui comporte deux électrodes principales 21 et 22 et une électrode de commande 23 connectée à une source de tension de référence 24 qui définit son seuil de-conduction Vp. Si par exemple le trigger est un transistor uniJonction programmable, ce seuil est la tension 24 augmentée de la tension directe de la jonction de commande V . On supposera qu'à un instant initial, un interrupteur à contact fugitif 5 disposé aux bornes du condensateur 3 est actionné. Ensuite, le condensateur 3 est chargé à travers la résistance 2 pour chaque alternance positive de la tension du secteur.Quand la tension sur le condensateur 3 atteint et dépasse le seuil Vp du trigger (tension de pic), le condensateur se décharge dans un circuit à commander par 1' intermédiai- re du trigger 4, c'est-à-dire que le point de fonctionnement bascule du point A vers un point B correspondant à une tension plus basse et à un courant plus élevé par suite de la décharge du condensateur 3. Mais, Si l'on veut augmenter la durée de temporisation il faut augmenter la valeur de la résistance 2. Quand cette valeur devient trop élevée, la charge du condensateur devient très lente, et ainsi il peut arriver que la fuite de courant dans le trigger 4 et le circuit qutil commande qui sera considéré comme un court-circuit vers la borne 11, devienne égale au courant de charge et en conséquence, le point A' de fonctionnement situé en dessous de la tension de pic du trigger ne peut être dépassé. Il en résulte que la valeur de la tension sur le condensateur 3 se stabilise à cette valeur VAs inférieure à Vp et que le trigger ne peut plus remplir sa fonction de commande. Ainsi, il devient impossible d'augmenter la durée de temporisation au-delà d'une certaine limite en Jouant sur la valeur de la résistance 2. En outre, on notera qu'il n'est pas réalisable dans la pratique d'augmenter la valeur de la capacité du condensateur 3 puisqu'un condensateur de forte capacité est coûteux, encombrant et peu fiable. Il a déJà été proposé dans l'art antérieur pour pallier cet inconvénient d'adjoindre au circuit de temporisation un oscillateur qui abaisse brièvement, de façon périodique, la valeur du seuil du trigger qui comprend dans ce cas une électrode de commande. Ainsi le condensateur 3 peut se charger à une valeur de tension supérieure à la tension de pic abaissée Vp' pendant l'intervalle entre deux impulsions de l'oscillateur. Quand l'impulsion suivante arrive, le condensateur peut restituer une charge donnant lieu à un courant supérieur ou courant de pic abaissé Ipt et assurer par là le basculement du trigger. Un deuxième inconvénient du circuit de l'art antérieur représenté en figure 1 est que la tension d'entrée sur le trigger a une forte probabilité d'atteindre le seuil Vp de celui-ci vers le milieu d'une alternance. En effet, l'augmentation de tension sur le condensateur 3 correspond à l'intégrale de la tension appliqué. Elle est lente au début et à la fin d'une alternance et plus rapide au milieu de cette alternance. Dans le cas où le trigger est connecté à un interrupteur destiné à fermer le passage du courant dans une charge, les inconvénients d'un tel enclenchement à la valeur la plus élevée de la tension aux bornes d'une charge sont bien connus : ils résultent du découpage de l'onde d'alimentation et de la montée brutale du courant dans la charge. En conséquence,un premier obJet de la présente invention est de prévoir un circuit permettant d'envoyer un signal de commande au voisinage du passage à zéro de la tension alternative après un temps de retard spécifié, de sorte que quand le signal de commande entrain la fermeture du courant dans une charge, cette fermeture s'effectue au début d'une alternance. Un second obJet de la présente invention est de prévoir un circuit de temporisation utilisant un dispositif trigger commandable et permettant de façon simple l'obtention de temporisations de longue durée, sans l'adJonction d'un oscillateur auxiliaire. Ces obJets sont atteints en prévoyant un circuit de temporisation électronique connecté à une source d'alimentation alternative redressée, comprenant un moyen à semi-conducteur à trois électrodes à savoir une première électrode principale, une deuxième électrode principale et une électrode de commande, à conduction unidirec tonnelle entre la première électrode principale et la deuxième électrode principale quand une différence de potentiel de polarité donnée supérieure à une valeur de seuil est appliquée entre la première électrode principale et l'électrode de commande; une connexion en série aux bornes de la source d'alimentation d'un moyen résistif et d'un condensateur; un pont diviseur muni d'une prise intermédiaire connecté aux bornes du condensateur et comprenant une partie du moyen résistif , la première électrode principale étant connectée au point de connexion du moyen résistif et du condensateur; l'élec- trode de commande étant connectée à la prise intermédiaire de sorte que la conduction du moyen à semi-conducteurs est inhibée pendant les phases de charge du condensateur même si la valeur de seuil est atteinte; la deuxième électrode 22 servant de sortie au signal de temporisation. Ces caractéristiques et avantages de la présente invention ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation faite en relation avec les dessins Joints dans lesquels La figure 1 représente un circuit de temporisation électronique de l'art antérieur; La figure 2 représente l'allure de la caractéristique courant/tension d'un trigger; "a figure 3 représente un premier mode de réalisation de la présente invention; La figure 4 représente des courbes indiquant les forces des tensions en fonction du temps en différents points du circuit de la figure 3; La figure 5 représente à titre d'exemple divers perfectionnements qui peuvent être apportés au premier mode de réalisation représenté en figure 3; La figure 6 représente un deuxième mode de réalisation de la présente invention; et La figure 7 représente une application de la présente invention à la réalisation d'un oscillateur. Un premier mode de réalisation de la présente invention est représenté en figure 3. Une connexion en série d'une diode 30, de résistances 31 et 32, d'un condensateur 33 et d'une résistance 34 est établie aux bornes 10 et 11 d'un circuit d'alimentation alternatif. Un interrupteur à contact fugitif 35 est connecté aux bornes de la liaison série du condensateur 33 et de la résistance 34, cette résistance 34 étant en particulier destinée à limiter le courant de décharge quand le contact 35 est fermé.Un trigger 36, qui est dans cet exemple un petit thyristor sensible à gâchet- te d'anode, connu aussi sous l'appellation "transistor uniJonction programmable" muni d'électrodes principales a et k et d'une électrode de commande g, est disposé de sorte que son électrode principale d'anode a est connectée au point de raccordement de la résistance 32 et du condensateur 33, et que son électrode de commande g est connectée d'une part au point de raccordement entre les résistances 31 et 32, d'autre part, à l'électrode 11 par l'intermédiaire d'une résistance 37.Dans le cas où la Jonction de gâchette du thyristor sensible 36 n'a pas la faculté de bloquer une tension inverse suffisante, une diode 38 peut être insérée en série avec la gâchette, avec la même polarité de conduction que la Jonction de gâchette de ce thyristor. L'électrode de cathode k est connectée à une borne de sortie 22 sur laquelle apparat le signal de commande désiré. Comme dans le cas de l'art antérieur, on admet que le circuit interposé entre les bornes 22 et 11 a une impédance négligeable devant celle des éléments 31, 32 et 37, Dans la suite, on appellera R1, R2 et R3 des valeurs des résistances 31, 32 et 37 respectivement et C la capacité du condensateur 33. On va maintenant exposer le fonctionnement de ce dispositif en relation avec les figures 3 et 4, et en supposant qu'initialement,un contact fugitif a été établi par l'interrupteur 35 pour décharger le condensateur 33. On se référera également dans cet exemple à un trigger 36 constitué d'un thyristor à gâchette d'anode mais on notera que de façon générale, ce trigger est constitué par un dispositif à trois électrodes 21, 22 et 23 qui ne laisse passer qu'un courant très faible entre ses électrodes a et k quand la tension entre 21 et 23 est inférieure à une valeur critique Vs. Dans le cas d'un thyristor sensible à gâchette d'anode, cette tension Vs est la tension directe de Jonction anode-gachette V., ou deux ten- sions directes de åoncti-on PN quand la diode 38 est placée en série avec la gâchette. Pour chaque alternance positive de la tension appliquée entre les bornes 10 et 11, le condensateur 33 de capacité C se charge et la tension v C à ses bornes croît selon une cosinusoide si l'on suppose que la tension alternative redressée VA au point A situé entre la diode 30 et la résistance 31 est une sinusoïde. La tension correspondante v appliquée à l'électrode de commande g du trigger est alors Vg= vC + R2 iC' où iç est le courant de charge du condensateur 33. VA-vC 1C = Rl+R2C (en supposant que R3 est grand devant R2) Ainsi, on a Vg > vC . La gâchette g est à un potentiel positif par rapport à l'anode a et le trigger est bloqué. Et, dès que la tension instantanée VA devient inférieure à la valeur vg, la diode 30 se bloque. On a alors = vC. R3 R2+R3 c 'est-à-dire que v g est inférieur à vC. En posant Vg vC v, dans les périodes de non-conduction de la diode 30, le trigger est mis en conduction dès que #v = Vs, valeur critique de la tension de ce trigger, c 'est-à-dire après que vC a atteint la valeur VS(1 + R3/R2). Si le trigger 36 est un thyristor sensible et qu'une diode 38 est insérée en série avec sa gâchette, V = 1 volt environ. s Si R3 = 10, la fin de la temporisation aura lieu dès la fin de l'alter nance positive pour laquelle la tension vr sur le condensateur 33 aura atteint ou légèrement dépassé la valeur 11 x 1 = 11 volts. les deux principaux avantages d'un tel circuit sont les suivants 1") Puisque vg est supérieur à vC pendant presque toute la durée de l1alternance positive, le condensateur 33 peut se charger à une valeur légèrement supérieure au seuil Vs (1 + R2 et donc une petite charge [VC - Vs (1 + R) 3C est disponible pour écouler un courant supérieur au courant 1p défini en figure 2 et donc pour dépasser le pic P de la caractéristique du trigger à l'instant où la diode 30 se bloque. 20) I1 faut noter que cet instant de mise en conduction a toujours lieu à la fin d'une alternance positive, c'est-à-dire très près du passage à zéro de la tension alternative dtalimenta- tion, ce qui permettra ensuite la conduction depuis le début de l'alternance négative suivante dans un interrupteur commandé par la sortie 22. La figure 5 représente à titre d'exemple quelques variantes ou perfectionnements au circuit de la figure 3. Pour éviter que le trigger 36, s'il est très sensible,puis- se être amorcé prématurément par des parasites, on ajoute entre sa gâchette et son électrode principale 21 un condensateur 51 de capacité faible devant celle du condensateur 33 et une résistance 52 qui stabilisent le potentiel de gâchette et le courant effectif de commande du trigger. Selon une deuxième variante, une diode Zener 53 est connectée entre la gâchette g du thyristor à gâchette d'anode 36 et le point de raccordement des résistances 32 et 37. Cette diode Zener 53 permet d'améliorer la précision et la stabilité du seuil de fin de temporisation qui dépendra maintenant essentiellement de la tension Zener et peu de la tension directe de la Jonction a/g. Cet avantage est particulièrement notable quand le circuit représenté est destiné à fonctionner dans un environnement à température très variable. Ces deux variantes peuvent 8tre combinés comme sur la figure 5. Le fonctionnement de principe reste le même que celui décrit figure 3, avec les mamies avantages; mais la présencedes diodes 58 et 53 et de la résistance 52 modifie la valeur de tension VC pour laquelle le trigger est mis en conduction. Cette valeur devient (Vz + Vd + V )(R2 + 1) + V; (E) où R2, R3 et R4 représentent respectivement les valeurs des résistances 32, 37 et 52, Vz la tension Zener de la diode 53, Vd la tension directe de la diode 50 et V. celle de la Jonction de gâchette du trigger 36. J Dans cette relation, Vz ou Vd sont nuls en l'absence de la diode 53 ou de la diode 58, et le second terme est nul en l'absence de la résistance 52. Les variantes ci-dessus sont données à titre d'exemple des nombreuses variantes possibles qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, la charge du condensateur 33 peut évidemment être effectuée pendant les alternances négatives, au lieu des alternances positives, en changeant le sens du redressement et le sens de conduction du trigger 36,sil est à conduction unilatérale. Les diodes 38 et 53 seraient alors évidemment aussi de polarité inversée. De nombreuses applications découle.nt de l'utilisation du courant de décharge de la capacité entre les bornes 22 et Il pour commander la fermeture ou ltouverture d'un relais ou d'un interrupteur statique dès le tout début dtune alternance de la tension alternative. Si l'interrupteur commandé est du type statique et à automaintien jusqu'au passage à zéro, tel qu'un thyristor ou un triac, ce dispositif se désamorcera Juste après son amorçage par le trigger puisque celui-ci fonctionne juste avant le passage à zéro de la tension du secteur. Si l'interrupteur que l'on souhaite commander présente une conduction bidirectionnelle (par exemple un triac), il sera réamorcé par le courant résiduel de décharge du condensateur, dès le début de l'alternance négative suivante (amorçage au zéro de tension). Si cet interrupteur présente une conduction unidirectionnelle et est amorcé par inJection de courant dans son électrode de commande (thyristor de type courant), il ne pourra se réamorcer que lorsque la tension du secteur redeviendra positive, c'est-à-dire une demi-période plus tard.Il est donc nécessaire de prolonger la décharge du condensateur 33 en prévoyant en série dans le circuit de décharge > une résistance 34 de valeur R4 de sorte que la constante de temps C.R4 soit supérieure à une demi-période du secteur. Dans le cas où il est souhaitable d'utiliser comme interrupteur commandé par la borne de commande 22 un thyristor à conduction unidirectionnelle de son anode vers sa cathode et où le condensateur 33 est de faible valeur, la présente invention prévoit d'effectuer de préférence la charge du condensateur 33 pendant les alternances de la tension alternative où l'anode du thyristor à commander est négative. Les polarités de la diode 30 et du condensateur 33 doivent alors entre inversées par rapport à celles indiquées sur les figures 3 et 5. En outre, le sens de conduction du trigger 36 doit lui aussi être inversé.Ce trigger pourra entre par exemple un petit thyristor sensible à gâchette de cathode dont la cathode (et non plus l'anode) sera connectée au point commun C du condensateur 33 et de la résistance 32 par l'intermédiaire d'une diode 38, son anode constituant la sortie 22 du circuit. Si cette sortie était connecté à la gâchette du thyristor à commander et si celui-ci était du type habituel, amorçable par injection de courant de la gâchette vers la cathode, le courant de décharge du condensateur 33 serait alors dans le sens inverse de celui nécessaire à l'amorçage juste après le passage à zéro de la tension alternative.L'invention prévoit donc d'utiliser le circuit qui vient d'être décrit pour commander à partir de la borne 22 la gâchette d'un thyristor dit a gâchette à jonc tion", qui s'amorce par extraction de courant de sa cathode vers sa gâchette dès que son anode devient positive. L'invention prévoit cependant aussi la commande d'un thyristor du type habituel dès que son anode devient positive, par le moyen d'une variante du circuit représentée en figure 6 où ce thyristor à commander, désigné par 63, établit le courant dans une charge 62. A cet effet, la sortie 22 du circuit est retournée à la borne 11 de l'alimentation alternative et une diode 60 est insérée entre la résistance 34 et la borne 11. Les composants de ce circuit qui sont identiques à ceux de la figure 3 sont désignés par les mêmes références. Le trigger 36 est ici un thyristor sensible à gâchette de cathode pour tenir compte du redressement effectue sur les alternances négatives comme indiqué précédemment.On désignera par la référence 61 le point de raccordement entre cette diode 60 et cette résistance 34 qui est également relié à l'une des bornes de l'interrupteur à contact fugitif 35. Dans les modes de réalisation précédents, la décharge du condensateur 33 passait par le trigger 36, le dispositif à commander connecté entre les bornes 22 et 11, et la résistance 34. Dans le mode de réalisation de la figure 6, en oraison de la présence de la diode 60, la décharge du condensateur 33 ne pourra plus se faire entre les bornes 22 et 11 mais entre les bornes 22 et 61. Ainsi, la décharge du condensateur 33 pourra se faire par l'intermédiaire de la résistance 34, de la jonction gâchette-cathode du thyristor 63 et du trigger 36, en raison de la connexion de la borne 22 à la borne 11, ce qui permet l'amorçage du thyristor 63 par gâchette positive dès que son anode devient positive, c'est-à-dire immédiatement après la mise en conduction du trigger, sans qu'il soit nécessaire de prolonger la durée de la décharge. La résistance 34 n?a plus que le r81e de protéger éventuellement le condensateur 33 au moment de sa décharge par le contact 35; elle peut être de faible valeur, ou même supprimée. La figure 7 représente une application du circuit de temporisation selon la présente invention et plus particulièrement du circuit représenté en figure 3 pour former un circuit auto-oscillant. La partie 70 entourée d'un cadre en pointillés comprend les éléments 31, 32, 33, 36 et 37 décrits en relation avec la figure 3. La borne de sortie 22 de ce circuit est connectée par l'intermédiaire d'une résistance 71 à la gâchette d'un thyristor classique 72, les électrodes principales de ce thyristor 72 étant connectées d'une part à une borne de la résistance 31 et d'autre part à une borne du condensateur 33. Ces électrodes principales sont également connectées à une diagonale d'un pont de diodes 73 dont l'autre diagonale est connectée au circuit de commande d'un triac 74, c'est-à-dire à sa te G et à son électrode principale A2 Les électrodes principales de ce triac sont connectées aux bornes i0 et 11 d'un réseau d'alimentation en série avec une charge 75. Le circuit de la figure 7 fonctionne de la façon suivante. Après la fin d'une phase de temporisation, le condensateur 33 se décharge à travers la gâchette du thyristor 72 et la résistance 71 jusqu'à ce que le courant ne soit plus suffisant pour assurer l'amorçage (durée déterminée par la constante de temps liée au con densateur 33 et à la résistance 71) Alors enregistrer 72 et Llo- que et la tension du secteur redressée est appliquée a nouveau sur la résistance 31; le condensateur 33 r*corrnence à à se charger.pen- dant un temps défini par t(R1 + F2) et par vS(1 +R3/R2) qui détermine la période d'oscillation.Le nombre a'alternanees passant dans la charge pour chaque période de l'oscillateur est réglable en fonction de la valeur de la résistance 71. Les syriLole-s Vs, C, R1, R2 et R3 ont été définis précédemment en relation avec la figure 3. Dans ce qui précède, il a essentiellement été décrit un circuit de temporisation fournissant un signal de commande pour commander le passage d'un courant dans un circuit de charge à l'aide d'un interrupteur commandable principal. Cet interrupteur principal a été représenté comme un thyristor 65 en figure 6 et comme un thyristor 72 commandant lui-mEme un triac 74 par l'intermédiaire d'un pont de diodes 73 en figure 7. Toutefois cet interrupteur principal peut être tout circuit d'interrupteur commandable ccnnu tel qu'un relais basse tension, un thyristor, un thyristor suivi d'un pont de diodes, un triac, ou toute combinaison de ces dispositifs telle qu'un relais en série avec un thyristor. Enfin, la sortie du circuit pesant l'objet de l'invention peut agir directement sur le circuit de commande de l'interrupteur, ou indirectement, par l'intermédiaire d'autres circuits agencés de façon connue pour remplir les fonctions desirées. C'est ainsi que ces circuits peuvent être conçus de façon que l'interrupteur établisse le courant dans une charge quand un signal de commande apparait à la sortie du circuit de l'invention, ou au contraire coupe le courant dans une charge quand le signal de commande apparaît. On notera ainsi que, dans le circuit de l'invention, chacune des résistances 31, 32 ou 37, ou des résistances additionnelles ajoutées dans les bras du diviseur de tension peuvent être rendues variables pour modifier la durée de la temporisation. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront a l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Circuit de temporisation électronique connecté à une source d'alimentation alternative redressée, comprenant un moyen à semi-conducteurs à trois électrodes, à savoir une première électrode principale, une deuxième électrode principale, et une électrode de commande, à conduction unidirectionnelle entre la première électrode principale et la deuxième électrode principale quand une différence de potentiel de polarité donnée supérieure à une valeur de seuil est appliquée entre la première électrode principale et l'électrode de commande, caractérisé en ce qu1il comprend :: - une connexion en série aux bornes de la source dtali mentation d'un moyen résistif et d'un condensateur; - un pont diviseur muni d'une prise intermédiaire connec- té aux bornes du condensateur, et dont l'un des bras est constitué d'au moins une partie du moyen résistif; - la première électrode principale étant connectée au point de connexion du moyen résistif et du condensateur; - l'électrode de commande étant connectée à la prise intermédiaire de sorte que la conduction du moyen à semi-conducteurs est inhibée pendant les phases de charge du condensateur même si la valeur de seuil est atteinte; - la deuxième électrode servant de sortie au signal de temporisation. 2 - Circuit de temporisation électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen résistif est constitué d'une première et d'une seconde résistance connectéesen série, le pont diviseur comprenant la deuxième résistance et une troisième résistance; cette troisième résistance étant connectée en parallèle avec la connexion série du condensateur et de la deuxième résistance. 3 - Circuit de temporisation électronique selon la revendication 1, caractérise en ce qu'une diode est insérée entre le condensateur et une borne d'alimentation, la deuxième électrode du trigger est connectée à cette meAme borne d'alimentation, et la sortie du circuit est effectuée au point commun entre la diode et le condensateur. 4 - Circuit de temporisation électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une diode Zener est disposée à l'entrée de gfichette du moyen à semi-conducteurs. 5 - Circuit de temporisation électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une diode est disposée en série avec l'électrode de ga"chette du moyen à semi-conducteurs. 6 - Circuit de temporisation électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un moyen d'interrupteur à contact fugitif est disposé en parallèle avec le condensateur pour permettre sa décharge. 7 - Circuit de temporisation électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen à semi-conducteurs est un thyristor sensible à gâchette d'anode. 8 - Circuit de temporisation électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen à semi-conducteurs est un thyristor sensible à gâchette de cathode.