Brevet FR2323153A1 — publié le 19770401

La présente invention concerne un comparateur-déclencheur pouvant fonctionner en courant alternatif et à commutation synchrone. Il est connu dans l'art antérieur, pour déterminer si une impédance est supérieure ou inférieure à une valeur déterminée et déclencher en conséquence un dispositif à commander, de placer cette impédance dans un bras dtun pont d'impédances dont une diagonale est alimentée par une source d'alimentation, de sorte que le sens du courant dans l'autre diagonale est caractéristique du fait que la valeur de l'impédance à étudier est supérieure ou inférieure à une valeur déterminée par les trois autres impédances du pont. De tels circuits peuvent être utilisés en relais statique, en disjoncteurs thermiques, en régulateurs de température, en dispositifs de sécurité, en dispositifs de temporisation, etc... L'impédance variable peut entre variable manuellement, avec la température, avec la lumière, etc... La figure 1 représente de façon schématique et partiellement sous forme de blocs le schéma d'un tel comparateur-déclencheur de l'art antérieur. Un tel circuit comprend un pont d'impédances 1, 2, 3 et 4, de valeurs Z1, Z2, Z3 et Z4 respectivement, dont une diagonale, HG, est alimentée par la tension alternative redressée Va Un dispositif de détection 5 est inséré dans l'autre diagonale FE du pont d'impédances. te passage d'un courant dans le sens convenable de F vers E, à travers le dispositif 5 commande la fermeture d'un interrupteur 6 disposé entre les bornes H et G et qui est de préférence un interrupteur commandé à semi-conducteurs.Une diode 7 est éventuellement placée entre E et F en série avec le dispositif de détection 5 de façon à bloquer le courant de E vers F. Ia source d'alimentation alternative redressée peut, par exemple, comprendre un pont de diodes 8 dont une diagonale est con nectée aux bornes H et G et dont l'autre diagonale est connectée aux bornes 10 et 11 d'une source de tension alternative, une charge 9 étant disposée dans le circuit d'utilisation. Le dispositif de détection 5, servant à enclencher le dispositif à semi-conducteurs6 quand il est convenablement polarisé, présentera un certain seuil d'enclenchement, c'est-à-dire que l'enclenchement n'aura lieu que quand la tension entre F et E atteindra une valeur minimale. Ia tension d'alimentation étant une tension d'alimentation alternative redressée et, en supposant que la variation de l'impédance 2 soit lente devant la période de la tension alternative d'alimentation, il est clair que le premier enclenchement du dispositif 5 aura lieu pour un maximum de la tension entre F et E. Dans le cas général, ceci correspondra également à un maximum de la tension entre les bornes H et G. Ainsi, la fermeture de l'interrupteur 6 aura lieu sensiblement à un maximum de la tension appliquée.Les inconvénients de ces conditions de commutation sont bien connus de l'homme de l'art (surintensités, parasites, diminution de la puissance disponible sur la charge, etc...). La réalisation,sans ces inconvénients, de la fonction décrite (figure 1) avec un fonctionnement entièrement statique (sans l'aide de relais électromécaniques) requiert des circuits relativement complexes, associant plusieurs dispositifs performants et de caractéristiques généralement critiques. En conséquence, un premier objet de la présente invention est de prévoir un comparateur-déclencheur dont la fermeture s'effectue près d'un zéro de la tension appliquée. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel comparateur-déclencheur entièrement statique, où les fonctions de détection (5 et 7) et d'interruption (6) sont combinées dans un seul dispositif à semi-conducteur. Pour atteindre ces objets ainsi que autres, la présente invention prévoit l'utilisation d'un comparateur-déclencheur fonctionnant en courant alternatif pour fournir un signal à la suite du déséquilibre d'un pont d'impédances dont la première diagonale est connectée à une source d'alimentation alternative redressée et comprend un interrupteur dont la fermeture est commandée par le passage d'un faible courant de E vers F. Un dispositif à seuil, tel qu'une diode Zener, ou plusieurs diodes en série, ou une diode de Schockley, ou un diac, est connecté en série avec l'interrupteur et en parallèle avec l'un des bras du pont. Il écoule le courant vers le pôle négatif du redresseur quand la tension à ses bornes dépasse une valeur de seuil, d'où il résulte que le fonctionnement du déclencheur devient sensiblement synchrone, c'est-à-dire que la fermeture de l'interrupteur a lieu au voisinage des passages à zéro de la tension alternative redressée appliquée à la première diagonale du pont. Le dispositif à seuil remplit en outre la fonction essentielle d'écouler le courant de charge quand l'interrupteur statique devient conducteur. Un tel comparateur-déclencheur fonctionnant en courant alternatif redressé de façon synchrone pour fournir un signal à la suite d'un déséquilibre d'un pont d'impédancesdont la première diagonale est connectée à une source d'alimentation alternative redressée, comprend un thyristor à gâchette à jonction et un dispositif à seuil montés en série dans la première diagonale, la cathode et la gâchette de ce thyristor étant connectées aux bornes de la seconde diagonale et un moyen d'impédance étant connecté entre la gâchette et la cathode du thyristor. Ces caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détails dans la description suivante, faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels "a figure 1 représente un circuit de l'art antérieur qui a été décrit ci-dessus; La figure 2 représente des courbes de tension en fonction du temps pour expliquer le fonctionnement du circuit de la figure 1 et faire apparattre l'un des aspects de la présente invention; La figure 3 représente un premier mode de réalisation de la présente invention; La figure 4 représente un deuxième mode de réalisation de la présente invention; et La figure 5 représente un exemple d'application d'un circuit selon la présente invention. A l'aide de la figure 2, le fonctionnement du circuit de l'art antérieur de la figure 1 va Entre expose plus en détail et un aspect de la présente invention va Entre présenté. En posant on voit que le courant i de F vers E ne clrcule que s: 1c2 L k1. En appelant iJ le courant de seuil de déclenchement du dispositif 5, on a alors VF = kîVa et VE =k2Va Pour que l'interrupteur puisse Entre enclenché, il faut que VF - VE atteigne un certain seuil, fonction de la sensibilité du dispositif 5. En se référant à la figure 2, dans le cas courant où Va, VF et VE sont des tensions sinusordales, il est clair que le premier déclenchement aura lieu~pour une valeur maximale de VF, VE et Va ou près d'une telle valeur. Pour rendre cet enclenchement impossible au voisinage d'un maximum, le circuit de la présente invention inclut une diode à seuil en parallèle sur l'impédance 1 entre F et G.Ainsi, comme le représente la figure 2, l'enclenchement ne pourra avoir lieu qu'entre les instants t0 et tl, t0 correspondant à un passage à zéro de la tension alternative et tl à l'instant où la tension VF atteint la valeur Vz caractéristique de la diode à seuil. C'est-àdire que le déclenchement ne pourra avoir lieu qu'au dessous d'une valeur maximum de Va que l'on appellera VaM qui est égale à VZ/kl. Dans ce cas, la valeur limite maximale du rapport k2/kl permettant la conduction de l'interrupteur est Si lton se fixe à une valeur de VaM peu élevée pour se rapprocher des conditions d'amorçage au zéro de tension, la condition ci-dessus n'est indépendante de i;; que si Z3 et Z4 ont des valeurs faibles, ce qui est peu pratique pour des raisons de dissipation de puissance ou que ij est faible, c'est-à-dire que le dispositif 5 est très sensible. La figure 3 représente un premier mode de réalisation de la présente invention dans lequel l'interrupteur principal est un thyristor à vachette à jonction 30 connecté entre H et G et en série avec une diode Zener 31. La cathode de ce thyristor est également connectée à la borne F et la gâchette est connectée à la borne E. Une diode 32 est insérée entre cathode et gâchette de ce thyristor 30. Un tel thyristor à gâchette à jonction est caractérisé en ce que son amorçage est obtenu par un courant de gâchette circulant de la cathode vers la gâchette, la conduction du thyristor étant obtenue dès que ce courant atteint une valeur prédéterminée Ikg mais le maintien en conduction n'étant atteint que lorsque le courant circulant de l'anode vers la gâchette atteint une valeur 1ag dépassant Ikg.L'amorçage est obtenu au voisinage du zéro de tension entre to et tl (voir figure 2)~tant que k2/kl est inférieur à la valeur limite donnée par la relation précédente avec ij = Ikg. j Pour -que la conduction du thyristor soit maintenue après que V a ait dépassé VaM = Vz/kl, il faut de plus que Z2 soit inférieur à Va P Iag. On notera en outre, qu'unie diode 33 peut être interposée dans le bras FG en série avec l'impédance 1 pour assurer une compensation de température. La condition supplémentaire sur la valeur de Z2 qui est due à la nécessité de laisser passer un courant d'anode/gâehette dans le thyristor à gâchette à jonction 30 et qui constitue une certaine limitation de l'utilisation du dispositif selon la présente invention, peut être améliorée en utilisant le circuit représenté en figure 4. Dans la figure 4, les composants identiques à ceux de la figure 3 sont désignés par des références identiques. En outre, un transistor 40 de gain 8 est disposé de sorte que sa jonction émetteur-collecteur est connectée entre la gâchette 30 du thyristor à gâchette à jonction et la borne G, avec interposition d'une résistance 41 de faible valeur. Ia base du transistor 40 est connectée à la borne E de meame que l'anode de la diode 32 qui n'est plus directement connectée à la gâchette du thyristor 30.Ainsi, le transistor 40 n'influe pas sur l'équilibre du pont mais, au moment où la tension à la borne F devient supérieure à celle de la borne E, le courant d'anode-gâchette du thyristor 30 peut se refermer par le transistor 40 et la résistance de faible valeur 41 au lieu de passer par l'impédance 2 de valeur Z2 Ainsi, un courant plus élevé peut être amené à passer et la relation (l) précédente devient Pour une même valeur de g, c'est-à-dire pour une même sensibilité du thyristor et une meme erreur de zéro de tension Va, Z2 et Z4 peuvent ainsi avoir une valeur 8 fois plus élevée.En raison de la présence de la résistance 41, dès que le thyristor 30 est amorcé, son courant se referme par la diode Zener 31 et non plus par le transistor 40, qui ne pourrait pas supporter le courant de charge. Pour rendre les réglages indépendants de la température et de la tension d'alimentation, il est bon d'ajouter à nouveau dans la branche FG du pont une double diode 42 qui compense les chutes de tension dans les jonctions du thyristor et du transistor On notera d'ailleurs qu'en toute rigueur, la formule ci-dessus ntest valable qu'avec cette compensation. Pour éviter un fonctionnement intermittent de l'interrupteur 30 quand l'impédance variable est voisine de la valeur correspondant à l'équilibre, il peut être souhaitable d'introduire un différentiel, c'est-à-dire une valeur différente pour la coupure et pour le rétablissement du courant. Ceci peut être obtenu par exemple en disposant en parallèle sur l'impédance 2 un condensateur 43 et une résistance 44. Ainsi, le condensateur 43 se charge à une tension proche de VZ quand le thyristor est bloqué et à une tension proche de zéro quand le thyristor conduit. Ceci a été représenté en figure 4 mais pourrait bien évidemment s'appliquer également au mode de réalisation de la figure 3.On obtient aussi le meAme résultat en insérant en série avec l'impédance 2 un condensateur de plus forte valeur en parallèle avec une résistance plus faible. Les circuits représentés en figures 3 et 4 peuvent être utilisés en conjugaison avec un pont redresseur pour couper des courants peu intenses entre les bornes alternatives du pont redresseur. On peut également alimenter directement la bobine d'un relais coupant des courants plus élevés. On peut encore placer les bornes alternatives du pont entre les bornes de commande d'un triac de puissance. Dans les premiers cas, le courant principal dans la charge ou dans la bobine de relais circule en permanence. La diode Zener est alors traversée par ce courant principal. Il y a donc lieu de choisir une tension Zener peu élevée pour éviter une dissipation de puissance excessive. Dans le cas où le circuit sert à amorcer un triac, celui-ci court-circuite le pont redresseur dès qu'il est amorcé, ce qui annule la tension Va et ainsi le courant à travers le thyristor et la diode Zener. Le circuit décrit constitue un comparateur coupant le courant alternatif sur une charge quand Z2 devient supérieur à Z1. Si la résistance Z est un élément à coefficient de température posi 2 tif, le circuit fonctionne donc en disjoncteur thermique. Si l'impédance Z2 est une photorésistance, on peut aussi constituer un relais statique à commande isolée, actionné par l'illumination de cette photorésistance. Ia figure 5 donne un exemple d'une telle réalisation, les éléments identiques à ceux des fi gures 1 et 3 étant désignés par les mêmes références. Le comparateur-déclencheur est utilisé pour l'amorçage d'un triac 47 commutant la puissance alternative sur la charge-9 quand la photorésistance 2 est illuminée. Puisque la valeur de la photorésistance 2 est presque infinie dans l'obscurité, l'impédance 1 peut être omise. A l'illumination, il suffit que la résistance 2 diminue à une valeur inférieure à VaM/Iag, OÙ VaM représente le seuil de "zéro de tension1?, comme cela a été exposé précédemment. Le présent circuit est sujet à de nombreuses variantes. On notera en particulier que le thyristor à gâchette à jonction peut être remplacé par un triac dont on bloque le mode de déclenchement dit mode de déclenchement en ++, soit par l'action de la diode 32 en parallèle sur sa jonction de gSchette, soit à l'aide d'une diode en série avec la gâchette convenablement polarisée, c'est-à-dire par exemple dans le cas de la figure ),polarisée dans le sens allant de la gâchette vers la borne E. Et, de façon générale, le thyristor à gâchette à jonction peut être remplacé par tout dispositif équivalent s'amorçant quand la polarité de l'électrode de commande par rapport à l'électrode de puissance voisine est inverse de celle de l'électrode de puissance opposée par rapport à celle de ladite électrode voisine. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'entre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaitront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Comparateur-déclencheur entièrement statique fonctionnant en courant alternatif redressé et de façon synchrone pour fournir un signal à la suite du déséquilibre d'un pont d'impédances dont la première diagonale est connectée à une source d'alimentation alternative redressée, caractérisé en ce qu'li comprend un thy ristor d gâchette à jonction amorçable par extraction de courant sur sa gâchette, et un dispositif à seuil montés en série dans la première diagonale, la cathode et la gâchette de ce thyristor étant connectées aux bornes de la seconde diagonale. 2 - Comparateur-déclencheur statique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif à seuil est une diode Zener. 3 - Comparateur-déclencheur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen d'impédance connecté entre la gâchette et la cathode du thyristor à gâchette à jonction. 4 - Comparateur-déclencheur selon la revendication 3, earaotér-sé en ce que le moyen d'impédance est une diode. 5 - Comparateur-déclencheur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le thyristor à te à jonction est réalisé par la combinaison d'un triac sensible et d'une diode. 6 - Comparateur-déclencheur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un transistor dont la jonction émetteur-collecteur est connectée entre la gâchette du thyristor et la borne de la diode Zener opposée à celle connectée au thyristor et dont la base est connectée à la borne du moyen d'impédance opposée à celle connectée au thyristor à gâchette à jonction. 7 - Comparateur-déclencheur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un circuit constitué d'une résistance et d'une capacité en série est connecté aux bornes de l'une des branches du pont d'impédances, d'où il résulte que le seuil d'amorçage devient distinct du seuil de coupure. 8 - Relais statique,caractérisé en ce qu'il comprend un comparateur-déclencheur selon l'une queiconque des revendications 1 à 7, l'une des branches du pont d'impédances étant constituée par une résistance variable en fonction d'une stimulation physique extérieure.