Brevet FR2323152A1 — publié le 19770401

La présente invention concerne un comparateur-déclencheur -pouvant fonctionner en courant alternatif avec commutation synchrone à haute immunité par rapport aux parasites de la ligne d'alimenstation. I1 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 d'un 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 infé- rieure 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 dtimpé- dances 1, 2, 3 et 4, de valeurs Zl Z2 Z3 et ZX 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. Le 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. La source d'alimentation alternative redressée peut, par exemple, comprendre un pont de diodes 8 dont une diagonale est connectée 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-conducteurs 6 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. La 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, surtensions, parasites, diminution de la puissance disponible sur la charge...). L'adjonction sur la borne F d'un dispositif 12 limitant la tension en ce point à une valeur maximale Vz permet de pallier dans une certaine mesure ces inconvénients. La fermeture du circuit au voisinage du zéro de tension suppose que l'interrupteur 6 est un interrupteur statique, constitué de préférence par un thyristor sensible. Si celui-ci est placé dans la situation indiquée pour l'interrupteur 6 sur la figure 1, c'est-à-dire avec ses électrodes principales entre les bornes H et G et sa gâchette commandée par le détecteur 5, il se trouve soumis aux parasites provenant de la ligne d'alimentation, et il peut être amorcé intempestivement par des fronts raides de tension sans commande sur sa gâchette. Ceci peut entre pallié en connectant la cathode du thyristor sensible, non plus en G, mais en F. I1 est alors nécessaire de prévoir des moyens pour écouler le courant de F vers G dès qu'il est amorcé. I1 a déjà été proposé d'écouler ce courant en adjoignant au circuit, en parallèle sur la branche FG du pont d'impédances,un contact de relais fermé par une bobine placée dans le circuit anodique du thyristor, et qui court-circuite l'impédance 1 quand un courant suffisant passe à travers le thyristor. Outre les inconvénients bien connus des systèmes électromécaniques (encrassement des contacts, rebondissements, bruit, encombrement, ...), ce procédé est trop imprécis et trop lent pour assurer un amorçage près du passage à zéro de la tension d'alimentation. La demanderesse a aussi proposé d'écouler le courant du thyristor 6 (qui est alors du type à gâchette à jonction) à travers le dispositif à seuil 12, ce qui conduit à un circuit très simple, mais présente l'inconvénient que l'amorçage du thyristor 6 ne sera maintenu que lorsque la tension d'alimentation aura atteint une va leur- supérieure à la tension de seuil VZ de 12, ou même un multiple de 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 comparateur-déclencheur qui soit efficacement protégé par rapport aux parasites du secteur. Pour atteindre ces objets ainsi que d'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 deux interrupteurs statiques en série, la fermeture du plus sensible de ces interrupteurs étant commandée par le passage d'un faible courant de E vers F et entraînant la fermeture du deuxième interrupteur, un dispositif à seuil tel qu'une diode Zener, ou une diode de Schockley, ou plusieurs diodes en série, étant connecté en parallèle avec l'un des bras du pont d'où il résulte que le fonctionnement du déclencheur devient sensiblement synchrone, c1 est-à-dire que la fermeture des interrupteurs a lieu au voisinage des passages à zéro de la tension alternative redressée appliquée à la première diagonale du pont. A titre d'exemple, un tel comparateur-déclencheur fonctionnant en courant alternatif redressé 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'alimenstation alternative redressée, peut comprendre un thyristor classique monté en série avec un thyristor à gâchette d'anode très sensible ou thyristor unijonction programmable (TUP), la deuxième diagonale étant formée par la connexion en série de la jonction gabehet- te-cathode du thyristor principal et de la jonction anode-gachette d'anode du TUP. En outre, une diode à seuil est disposée en parallèle sur l'une des impédances du pont étant connectée entre la gâ chette du thyristor principal et la cathode du TUP. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention, 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 l'art antérieur qui a été décritci-dessus; La figure 2 représente des courbes de tension en fonction du temps pour expliquer le fonctionnement de la figure 1 et faire apparattre l'un des aspects de la présente invention; La figure 3 représente un mode de réalisation de la présente invention. A l'aide de la figure 2, le fonctionnement du circuit de l'art antérieur de la figure 1 va être exposé plus en détail et un aspect de la présente invention va autre présenté. En posant on voit que le courant i de F vers E ne circule que si-k, ( En appelant i j le courant de seuil de déclenchement du dispositif 5, on a alors VF = kîVa et VE = k2Va Pour que l'interrupteur puisse être 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 sinusoidales, il est clair que le premier enclenchement 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, la présente invention prévoit de connecter une diode Zener 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 to et tl, to 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 Zener. La figure 3 représente un mode de réalisation de la pré sente invention. Le pont d'impédances 1, 2, 3, 4 et ses diagonales d'alimentation HG et de mesure EF sont indiqués comme dans la figure 1. La figure 3 représente en outre une diode Zener 12 placée en parallèle avec l'impédance 1; deux diodes 13 et 14 connectées dans le sens passant entre E et F; une diode 15 connectée en série avec l'impédance 1 entre F et G, une liaison série d'une résistance 16 et d'un condensateur 17, connectée en parallèle avec l'impédance 2; un thyristor à gâchette de cathode classique 20 et un thyristor sensible à gâchette d'anode, ou thyristor unijonction programmable (TUP) 30, connectés en série par leurs électrodes principales entre les bornes H et G. Le thyristor 20 est muni d'une gâchette de cathode 21, d'une anode 22 et d'une cathode 23. Le TUP 30 comprend une gâchette d'anode 31, une anode 32 et une cathode 33. La gâchette du thyristor 20 est connectée à la borne F et la gâchette du TUP 30 est connectée à la borne E. Le fonctionnement du circuit va d'abord entre exposé en ne considérant que les éléments principaux, e'est-à-dire le pont dtimpédances,la ladiode 12, le thyristor 20 et le TUP 30. Si dans l'état initial, la borne E est à un potentiel supérieur à la borne F, aucun courant ne peut passer entre E et F, les jonctions de gâchette du thyristor 20 et du TUP 30 étant dans le sens bloqué. Mais, quand la tension à la borne F devient supérieure à la tension à la borne E, un courant il peut circuler entre les bornes alimentées H et G en passant par l'impédance 3, la borne F, la jonction gachette-cathode du thyristor 20, la jonction anode-gâchettedu TUP 30, la borne E et 1'impédance 2. Dés que le courant dans la jonction anode-gâchette d'anode du TUP 30 devient suffisante pour rendre conducteur ce TUP 30 entre son anode et sa cathode, un courant i2 circule entre H et G en passant par l'impédance 3, la jonction gchette-cathode du thyristor 20 et les électrodes principales 32 et 33 du TUP 30. Ce courant i2 est nettement supérieur au courant il, étant donné que l'impédance 2 est court-circuitée par le TUP 30 et ce courant devient alors suffisant pour enclencher le thyristor 20.Ainsi, la conduction est établie entre H et G par les électrodes principales du thyristor 20 et du TUP 30. On notera que ce circuit présente l'avantage qu en l'ab- sence de conduction du TUP 30, le thyristor 20 a une gâchette flottante et qu'il est en conséquence immunisé contre tout risque d'amorcé çage intempestif par des fronts de tension éventuels apparaissant aux bornes d'alimentation HO. Comme on l'a vu en relation avec la description de la figure 2 faite ci-dessus, la diode Zener 12 permet que la mise en conduction de la diagonale HG n'ait lieu qu'au début d'alternance. Les diodes 13 et 14 permettent d'assurer une conduction entre E et F quand la borne-E est à un potentiel superieur à celui de la borne F et de protéger par là la jonction de gâchette du TUP 30 qui est éventuellement sensible à des surtensions. ta diode 15 placée en série avec l'impédance 1 a pour but d'assurer une compensation en température du dispositif. L'ensemble série de la résistance 16 et du condensateur 17 monté en parallèle sur l'impédance 2 a pour but d'éviter une mise en conduction intermittente dans la diagonale HG quand l'impédance variable est voisine de la valeur correspondant à l'équilibre.On peut dire que cet ensemble 16 et 17 > a un rôle de différentiel ou d'hystéréris, c'est-à-dire qu'il introduit une valeur différente pour la coupure et le rétablissement du courant entre les bornes H et G. Ainsi, le condensateur 17 se charge à une tension proche de la tension aux bornes de la diode Zener 12 > en raison des diodes 13 et 14, quand le thyristor est bloqué et à une tension proche de zéro quand le thyristor conduit. De nombreuses variantes de tels dispositifs à hystérésis sont possibles, comme cela apparaetra à l'homme de l'art. On notera en outre qu'avec le montage représenté en figure 3, le TUP 30 n'aura jamais à supporter une tension supérieure à celle de la tension Zener de la diode Zener 12 (en négligeant la chute de tension aux jonctions gachette-électrode principale). Ainsi, ee TUP 30 peut effectivement entre un-dispositif très sensi ble, étant donné qu'il est protégé contre tout risque de surtension. Le circuit décrit constitue un comparateur coupant le courant alternatif sur une charge quand Z2 devient supérieure à Z Si impédance Z2 est une résistance à coefficient de température positif, ou l'impédance Z1 une résistance à coefficient de température négatif, le circuit fonctionne en disjoncteur thermique. Si l'impédance Z2 est une photorésistance, le circuit constitue un relais statique actionné par la lumière. D'une façon générale, l'invention permet la fermeture ou l'ouverture d'un circuit alternatif redressé par une valeur déterminée d'une impédance de valeur variable. La fermeture ou l'ouverture d'un circuit d'utilisation alimenté en alternatif est réalisée de la mme façon en interposant un redresseur à double alternance, comme schématisé figure 1, ou une bobine de relais, ou un thyristor esclave assurant la conduction en inverse quand le thyristor 20 a conduit pendant une demi-onde, suivant des techniques bien connues de l'homme de l'art. Enfin, le redresseur double alternance peut entre placé entre les électrodes A2 et G d'un triac de puissance pour l'amorcer dans le cas où la charge demande le passage de courants plus intenses que ne pourraient supporter les thyristors 20 et 30. 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 apparaitront à l'homme de 1 t art. REVENDICATIONS 1 - Comparateur-déclencheur entièrement statique fonctionnant en courant alternatif redressé, de façon synchrone pour four nirun 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'il comprend - un thyristor à gâchette de cathode et un interrupteur statique commandable montés en série par leurs électrodes principales dans la première diagonale; - une connexion entre les deux bornes de la deuxième diagonale par l'intermédiaire de la jonction gâchette-cathode du thyristor à gschette de cathode et un moyen de détection de courant commandant 1'interrupteur commandable en réponse à la détection d'un courant de sens donné;; - une diode Zener connectée entre la gâchette du thyristor principal et la borne principale de l'interrupteur commandable non reliée au thyristor. 2 - Comparateur-déclencheur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interrupteur statique commandable est un thyristor sensible à gâchette d'anode dont la jonction anode-gâchette d'anode constitue le moyen de détection de courant. 3 - Comparateur-déclencheur selon la revendication 2, caractérisé en ce que des moyens d'impédance sont respectivement connectés entre le point de raccordement de la cathode du thyristor principal et de l'anode du thyristor sensible et chacune des bornes de la deuxième diagonale. 4 - Comparateur-déclencheur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'impédance sont des diodes. 5 - Comparateur-déclencheur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un circuit constitué d'une résistance et d'un condensateur en série est connecté aux bornes de l'une choisie des branches du pont d'impédances d'où il résulte que le seuil d'amorçage entre les bornes de la diagonale principale de vient distinct du seuil de coupure. 6 - Comparateur-déclencheur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu' une diode de compensation est connectée en série avec l'une des impédances du pont dtim- pédances de façon à réaliser une compensation de température.