Brevet FR2354587A1 — publié le 19780106

La présente invention concerne une horloge numérique électronique à affichage lumineux et à haute sécurité de fonctionnement comportant entre autres un circuit redresseur de la tension du secteur électrique d'alimentation, une batterie montée en tampon et un module d'affichage horaire connecté à un circuit de comptage des alternances du secteur muni de broches de correction de l'affichage numérique des heures et des minutes (et éventuellement des secondes). Du fait de l'accroissement de la précision de la fréquence du secteur, il est possible actuellement de concevoir des horloges très précises fonctionnant en synchronisme avec la fréquence de celui-ci. L'alimentation par le secteur présente en outre l'avantage de permettre la mise en oeuvre de modules d'affichage numérique lisibles à grande distance, tels que ceux à décharge dans un gaz. L'industrie des composants fournit actuellement une grande variété de-circuits intégrés très élaborés assurant le comptage et le codage horaire des alternances du secteur, tel par exemple celui qui est commercialisé par la Société "NATIONAL SEMICONDUC Top'sous la référence "MM 5316". Ces circuits intégrés possèdent plusieurs broches destinées à assurer certaines fonctions telles que correction de l'affichage numérique des heures et des minutes, mise à l'heure de la sonnerie en fonction réveil-matin, armement du réveil, etc... en les reliant par un interrupteur à la tension continue d'alimentation du circuit ; ces commandes, généralement placées à l'arrière de l'horloge, sont facilement accessibles et de ce fait, ne sont pas à l'abri des manipulations intempestives, par exemple par des enfants, ce qui entrain une erreur permanente de ltheure affichée. Un autre inconvénient sérieux de ce genre d'horloge réside dans l'arrêt éventuel de l'alimentation secteur, soit en cas de coupure de ce dernier, soit en cas de débranchement volontaire ou accidentel du cordon d'alimentation de l'horloge. I1 est évident dans ces conditions qu'au retour de la tension du secteur, l'heure indiquée retardera d'une durée égale à celle du temps de coupure. Le brevet français nQ 2 200 561 décrit une horloge à moteur synchrone munie d'une réserve de marche assurant son fonctionnement en cas de coupure du secteur ; le moteur synchrone 50 Hz à basse tension est alimenté par un montage basculeur à deux transistors à partir de la tension abaissée du secteur. En cas de coupure du réseau, celle-ci est détectée par un circuit qui assure le démarrage d'un multivibrateur relaxant à une fréquence voisine de celle du secteur afin d'assurer le pilotage du montage basculeur, la tension d'alimentation étant fournie à partir d'une batterie en tampon. Outre qu'il est conçu pour une horloge à moteur, ce dispositif est relativement complexe et le montage multivibrateur utilisé ne présente pas de garanties suffisantes de stabilité en regard des variations de température et de tension d'alimentation pour maintenir une précision acceptable en cas de coupure prolongée du secteur. Un des buts de l'invention est de réaliser une horloge électronique dont l'heure affichée est à l'abri de tout déréglage par manipulation intempestive. Un autre but de l'invention est de faire en sorte qu'en cas de coupure du secteur ou de débranchement du cordon d'alimentation de l'horloge cette dernière puisse continuer à décompter le temps écoulé en dépit de l'absence d'affichage lumineux, de telle façon qu'au rétablissement de la tension l'heure affichée ne diffère que d'une petite quantité de l'heure exacte. Selon l'invention, l'horloge numérique électronique à affichage lumineux et à haute sécurité de fonctionnement comportant entre autres un circuit redresseur de la tension du secteur électrique d'alimentation, une batterie montée en tampon, et un module d'affichage horaire connecté à un circuit de comptage des alternances du secteur muni de broches de correction de l'affichage numérique des heures, des minutes (et éventuellement des secondes), est notamment remarquable en ce que les broches de correction de l'affichage numérique du circuit intégré sont reliées à une borne de sortie du redresseur par des contacts à lames en ampoules scellées disposés de façon à pouvoir être actionnés de l'extérieur de l'horloge au moyen d'un aimant permanent tenu à la main et, en ce qu'un circuit relaxateur est connecté à la borne d'entrée de comptage du circuit intégré, ledit circuit relaxateur, muni d'une borne d'entrée de synchronisation couplée à une borne du secteur par un montage sécréteur, étant alimenté, ainsi que le circuit intégré, à partir de la batterie montée en tampon lorsque la tension du secteur est coupée. Avantageusement, les contacts à lames en ampoules scellées sont disposés derrière la paroi frontale de l'horloge supportant le module d'affichage horaire et le circuit relaxateur est constitué par trois transistors dont deux sont montés en amplificateur différentiel. La commande des contacts à lames s'effectuant à une distance de quatre à cinq millimètres, l'horloge ne peut être dOreglée par des personnes ne possédant pas l'aimant "clé". La fabrication de l'horloge est simplifiée du fait que les contacts à lames peuvent être fixés sur une carte de circuits imprimés disposée verticalement derrière le module d'affichage alors que des interrupteurs nécessitent des traversées de boitier et des conducteurs de liaison. En fonctionnement normal sur le secteur, le circuit relaxateur est synchronisé par ce dernier, tandis qu'en cas de coupure la batterie tampon continue d'alimenter le circuit de comptage ainsi que le circuit relaxateur qui oscille alors librement à une fréquence très proche de la fréquence nominale du secteur. La structure particulière du circuit relaxateur lui assure dans ces conditions une grande stabilité de fréquence vis-à-vis de la lente decroissance de la tension de la batterie tampon en fonctionnement autonome; de plus, la mise ne oeuvre de la résistance TN le rendant pratiquement insensible aux variations de température, une coupure prolongée du secteur n'affecte pas sensiblement la précision de l'heure affichée à l'instant du rétablissement du courant. La description qui va suivre, en regard des schémas et dessins annexés, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente le schéma synoptique de l'horloge électronique selon l'invention. La figure 2 représente le schéma de principe des circuits écrêteur et relaxateur de l'horloge selon l'invention. La figure 3 représente une vue en perspective de l'horloge selon l'invention montrant l'emplacement des relais en ampoules scellées. Sur la figure 1, les entrées alternatives d'un circuit redresseur 1 sont connectées aux bornes 2 et 3 du secteur, les sorties continues étant reliées à une borne Vbl positive 4 et négative 5 entre lesquelles est dispose un condensateur électrochimique de filtrage 6. La borne 4 est raccordée par une résistance 7 à l'anode d'une diodeaommutatrice 8, tandis que la borne 5 est réunie à un conducteur négatif commun 9. Entre la cathode de la diode 8, reliée à une borne Vb2 positive 10, et le conducteur commun 9 sont disposés un condensateur électrochimique 11, une diode zéner 12 et une batterie 13. La borne d'entrée 14 d'un circuit écrêteur 15 est reliée à la borne 3 du secteur, la sortie dudit circuit 15 étant couplee à l'entrée d'un circuit relaxateur 16. La borne de sortie 17 du relaxateur 16 est connectée à l'entrée de comptage d'un circuit intégré 18, les sorties décodées de ce dernier étant couplées à un module d'affichage 19 alimenté depuis les bornes 4 et 5 (Vbl), tandis que les circuits 15, 16 et 18 sont alimentés depuis les bornes 5 et 10. (vu2). Deux entrées, respectivement de correction d'affichage numérique des heures et des minutes du circuit 18 sont reliées par deux contacts à lames sous ampules 20 et 21 à commande magnétique à la borne Vb2 positive 10. La pendule électronique selon l'invention fonctionne de la façon suivante -en marche normale sur le secteur, le module d'affichage 19 à décharge dans les gaz est alimenté depuis la tension Vbl, 150 volts par exemple, tandis que les circuits 15, 16 et 18 sont alimentés depuis la tension Vb2 sous 27 volts par exemple. Dans ces conditions, la fréquence de récurrence du circuit relaxateur 16 est synchronisé à la fréquence du secteur à partir du circuit ecreteur 15 et le circuit 18 décompte les impulsions appliquées à son entrée pour, après décodage, afficher l'heure sur le module 19. Pour modifier l'heure affichée, il suffit d'approcher un aimant permanent des contacts à lames 20 ou 2L pour relier les en trées correspondantes au + Vb2. Dans un but de simplification, seules les entrées de correction d'affichage numérique des heures et des minutes ont été figurées sur le circuit 18 pour être commandées par les contacts à lames 20 et 21, car la manipulation intempestive desdites entrées peut entrainer un déréglage permanent de l'heure affichée. I1 va de soi, bien entendu que le mode de commutation par contacts à lames sous ampoules selon l'invention peut être étendu à tout ou partie des autres réglages ou visualisation prévus sur les circuits in intégrés. En cas de panne du secteur ou de débranchement du cordon d'alimentation de l'horloge, la tension Vbl tombe rapidement à zéro et le module 19 cesse d'être alimenté ; par contre, la diode commutatrice 8 se bloquant dès que Vbl devient inférieur à Vb2, la batterie 13 se met à débiter pour alimenter le circuit 18 et le relaxateur 16, ce dernier oscillant alors librement ; si cette fréquence libre est très peu différente de celle du secteur, une coupure du secteur, même si elle est de longue durée, n' entraine- ra pas d'écart important sur l'heure affichée au rétablissement du courant. La consommation des circuits 16 et 18 étant minime, une batterie 13 de faible capacité assure une autonomie de fonctionnement de plusieurs heures et sa disposition en tampon assure sa recharge immédiate dès le retour de la tension du secteur, ou sa dépolarisation si la batterie employée est constituée par des piles sèches. Sur la figure 2, dont les références sont communes avec celles de la figure 1, le circuit écrêteur 15 comporte un transistor 22, de type NPN, dont la base est reliée à un pont de résistances 23 et 24 disposé entre la borne d'entrée 14 et le conducteur négatif commun 9. L'émetteur du transistor 22 est directement réuni àu conducteur 9. Le collecteur étant connecté à l'extrémité d'une résistance 25. Le circuit relaxateur 16 comporte deux transistors 26 et 27, de type PNP, dont les émetteurs réunis sont reliés par une résistance 28 à la borne Vb2 positive 10. Les collecteurs des transistors 26 et 27 sont connectés au conducteur 9, le premier directement, et le second par une résistance 29. Un condensateur 30 est disposé entre la borne 10 et la base du transistor 26, cette dernière étant réunie à l'autre extrémité de la résistance 25, tandis que la base du transistor 27 est reliée au point milieu d'une chaine de résistances disposée entre la borne 10 et le conducteur 9, ladite chaine comportant une pre mière résistance fixe 31, une première résistance CTN 32, une seconde résistance CTN 33 et une seconde résistance fixe 34. L ie d'un transistor 35, de type NPN, est reliée au collecteur d ransistor 27, alors que l'émetteur est directement réuni au conducteur 9 ; le collecteur, sur lequel est prise la borne de sortie 17, est relié, d'une part à la borne 10 par une résistance 36, et d'autre part à la base du transistor 27 par une résistance 37. Deux résistances en série, ajustable 38 et fixe 39, sont disposées entre la base du transistor 26 et le collecteur du transistor 35. Le circuit relaxateur 16 fonctionne de la façon suivante à la mise sous tension, le condensateur 30 est déchargé, les transistors 27 et 35 sont saturés et le transistor 26 est bloqué ; le condensateur 30 se charge jusqu'à la tension de base du transis- tor 27 à travers le transistor 35 et les résistances 38 et 39. Au moment ou les tensions de bases des transistors 26 et 27 sont égales, la réaction positive entre base du.transistor 26 et tollecteur du transistor 35 par les résistances 38 et 39 entraine~la f conduction brutale du transistor 26 et le blocage des deux autres; le condensateur 30 se décharge, le transistor 26 se bloque, et le cycle recommence. En fréquence libre, la période d'oscillation du relaxateur est définie principalement par la constante de temps (R 38 + R 39) X C30 ; en fonctionnement sur secteur, l'oscillateur est synchronisé à la fréquence de ce dernier par le circuit écrêteur 15 dont le transistor 22 est amené en saturation lors des alternances positives du secteur appliquées à l'entrée 14 ; dans ces conditions, la résistance 25 offre une seconde voie de charge au condensateur 30, ce qui réduit la constante de temps de relaxation. La fréquence libre de relaxation est ajustée au moyen de la résistance 38 à une valeur légèrement inférieure à celle du secteur, de telle façon que la synchronisation s'effectue à coup sûr lorsque le secteur alimente l'horloge. La structure particulière du relaxateur 16 à trois transistors dont deux sont montés en amplificateur différentiel, permet de limiter considérablément l'influence de la valeur des tensions bases-émetteurs sur la valeur de la période de relaxation ; ce montage est ainsi pratiquement insensible a une décroissance lente de la tension Vb2 en cas de coupure prolongée de la tension du secteur. La période de relaxation est également stabilisée eu égard aux variations de température ambiante par la présence des deux résistances CTN 32 et 33 ; ce point est important, car la diffé rence de puissance dissipée à l'intérieur du bottier de l'horloge entre un fonctionnement sur secteur et un fonctionnement autonome peut entraîner un écart sensible de température, d'autant plus important que le volume du boitier est faible. Compte tenu des moyens mis en oeuvre ci-dessus et pour des conditions optimales de réglage de la fréquence libre d'oscilla tion du relaxateur 16, le retard maximal pris par I'horloge après une heure de coupure du secteur est sensiblement inférieur à une minute. Sur la figure 3, dont les références sont communes avec celles de la figure 1, on a figuré en pointillé l'emplacement des con tacts à lames 20 et 21 disposés derrière la façade de l'horloge, ,lesdits contacts étant commandés par l'approche d'un aimant permanent 40. - REVENDICATIONS 1.- Horloge numérique électronique à affichage lumineux et à haute sécurité de fonctionnement comportant entre autres un circuit redresseur de la tension du secteur électrique d'alimentation une. batterie montée en tampon et un module d'affichage horaire connecté à un circuit de comptage des alternances du secteur muni de broches de correction de l'affichage numérique des heures, des minutes (et éventuellement des secondes), caractérisée en ce que les broches de correction de l'affichage numérique du circuit intégré sont reliées à une borne de sortie du redresseur par des contacts à lames en ampoules scellées disposés de façon à pouvoir être actionnés de l'extérieur de l'horloge au moyen d'un aimant permanent tenu à la main, et en ce qu'un circuit relaxateur est connecté à la borne d'entrée de comptage du circuit intégré, ledit circuit relaxateur muni dune borne d'entrée de synchronisation couplée à une borne du secteur par un montage écrêteur, étant ali menté, ainsi que le circuit intégré, à partir de la batterie montée en tampon lorsque la tension du secteur est coupée. 2.- Horloge numérique électronique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les contacts à lames en ampoules scellées sont disposés derrière la paroi frontale de l'horloge supportant le module d'affichage. 3.- Horloge numérique électronique selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les contacts à lames en ampoules scellées sont montés sur une plaque de circuits imprimés. 4.- Horloge numérique électronique selon l'ensemble des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le circuit relaxateur comportant trois transistors dont deux sont montés en amplificateur différentiel. 5.- Horloge numérique électronique selon l'ensemble des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que deux résistances à coefficient de température négatif sont disposées dans le circuit de base de l'un des deux transistors montés en amplificateur différentiel. 6.- Horloge numérique électronique selon l'ensemble des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le circuit écrêteur comporte un transistor dont le collecteur est directement couplé par une résistance à la base de l'autre transistor du circuit relaxateur.