Brevet FR2365236A1 — publié le 19780414

L'invention concerne un montage pour réaliser la transmission de puissances électriques d'alimentation d'un côté primaire relié de préférence au réseau à un côté secondaire relié de préférence à un appareil miniature (par exemple un calculateur de poche, un appareil de mesure, une montre numérique, un préamplificateur) et qui est séparé galvaniquement du côté primaire.- Jusqu'à présent les coupleurs opto-6lectroniques n ont été utilisés que pour transmettre des données numériques ou analogiques. Un montage, comportant des coupleurs opto-électroniques et permettant la transmission d'une énergie, n1 est cependant pas connu à ce jour. Il a déjà été proposé un système de couplage opto-électronique à deux voies, comportant une entrée des signaux, séparée galvaniquement de la sortie des signaux, pour des tensions de signaux allant jusqu'à moins de 1V et dans lequel un premier coupleur opto-électronique est relié par I1 intermédiaire de son émetteur à l'entrée des signaux et par l'intermédiaire de son récepteur à la sortie des signaux (voir la demande de brevet allemand publiée sous le numéro provisoire 26 t4 359.9) Avec ce système de couplage à deux voies on peut également transmettre des petites tensions de signaux inférieures à 1V, avec une séparation galvanique de 1'entrée des signaux et de la sortie des signaux. Ceci est obtenu à l'aide d'au moins un autre coupleur opto-électronique branché en parallèle sur le premier coupleur et comportant une direction de couplage opposée à celle dudit premier coupleur. La présente invention a pour but d'indiquer un montage pour réaliser la transmission de puissances électriques d'alimentation, notamment de faibles puissances, et qui puisse etre utilisé d'une-façon générale dans n'importe quel type d'appareils miniatures devant être séparés galvaniquement du réseau, un encombrement réduit du point de vue place étant en outre exigé. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'au moins un coupleur opto-électronique disposé entre la source d'énergie électrique et le circuit électronique devant être alimenté, le récepteur du coupleur opto-électronique fonctionnant en tant que cellule photovoltaique ou à couche d'arrêt. Le montage conforme à l'invention ne nécessite qu'une place très réduite et possède un faible poids, en sorte qu'il peut être intégré sur un corps semiconducteur (pastille ou microplaquete) et peut être directement-monté dans la pièce mâle destinée à être enfichez dans une prise de courant du réseau. La séparation galvanique vis-à-vis du réseau est alors totalement assurée. Selon une variante de l'invention, plusieurs cellules photovoltaïques sont branchées en série et sont exposées au rayonnement d'une diode à luminescence. Il est avantageux que les cellules photovoltaï- ques soient intégrées dans un cristal semiconducteur. Une autre variante de l'invention réside également dans le fait qutune ou plusieurs diodes à luminescence sont branchées en série avec un conaensateur, du côté primaire et qu'une diode est branchée suivant un montage antiparallèle avec les diodes à luminescence. Une autre variante de l'invention réside dans le fait que du côté primaire, une ou plusieurs diodes à luminescence sont reliées à l'une des branches d'un pont de diodes, dont l'autre branche est reliée au moyen d'un raccord et par l'intermédiaire d'un condensateur à la tension du réseau. Il est avantageux de prévoir, du côté secondaire, un régulateur transversal en vue de stabiliser le signal de sortie. Il est en outre avantageux que le régulateur transversal comporte, entre deux conducteurs reliés aux deux extrémités du circuit série des cellules photovoltaïques, deux résistances montées en série et dont la prise médiane est reliée à la base d'un premier transistor, dont l'émetteur est raccordé à l'un des conducteurs, tandis que son collecteur est raccordé, d'une part par l'intermédiaire d'une résistance,à l'autre desdits conducteurs, et d'autre part à la base d'un second transistor, dont l'émetteur est raccordé à l'un desdits conducteurs et dont le collecteur est raccordé d'une part par l'intermédiaire d'une résistance à l'autre conducteur et d'autre part à la base d'un troisième transistor, dont l'émetteur est raccordé à l'un des conducteurs et dont le collecteur est raccordé à l'autre conducteur. Une autre variante de l'invention réside dans le fait que le régulateur transversal comporte deux conducteurs reliés d'une part aux extrémités du circuit série des cellules photovoltaïques et d'autre part à la sortie, qu'unie prise médiane entre deux diodes est reliée à la base d'un premier transistor, dont l'emetteur est relié à l'un des conducteurs et dont le collecteur est relié d'une part par l'intermédiaire d'une résistance à l'autre conducteur et d'autre part à la base d'un second transistor, dont l'émetteur est relié à l'un des conducteurs et dont le collecteur est raccordé d'une part par l'intermédiaire d'une résistance à l'autre conducteur et d'autre part à la base d'un troi sième transistor, dont l'émetteur est raccordé à l'un des conducteurs et dont le collecteur est raccordé à l'autre conducteur. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés plusieurs formes de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1 représente un premier exemple-de réalisation de l'invention. La figure 2 montre un exemple de réalisation de l'étage de sortie du montage conforme à l'invention. La figure 3 représente des courbes caractéristiques pour les montages des figures 1 et 2. La figure 4 montre un second exemple de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 5 montre un autre exemple de réalisation de l'étage de sortie du montage conforme à l'invention. La figure 6 montre une courbe caractéristique de l'étage de sortie de la figure 5. Sur la figure t un élément de couplage opto-électronique 1 est constitué par trois coupleurs comportant respectivement des diodes à luminescence 2, 4 et 6 et des cellules photovoltaiques 3, 5 et 7. Au moyen d'un condensateur C1, un courant d'entrée Iea délivré par une source de tension de réseau 10, est réglé à environ 100 mAeff. Le condensateur C1 possède à cet effet une capacité d'environ 1,3 ru. Afin de limiter l'impulsion de courant transitoire de branchement, on prévoit en série et en amont du condensateur C1, une résistance R1 qui possède une valeur de 100 ohms en sorte que, dans le cas le plus défavorable, il peut s 'écouler pendant un très bref intervalle de temps un courant de pointe d'environ 3A. Etant donné que les diodes à luminescence 2, 4 et 6 ne possèdent en général qu'une tension inverse admissible de 3V, il faut que par leur intermédiaire l'alternance de blocage soit court-circuitée. A cet effet il est prévu une diode D1 qui est branchée suivant un montage antiparallèle avec les diodes à luminescence 2, 4 et 6. Dans l'étage de sortie, un condensateur C2 possédant une capacité de 100 pF est branché en parallèle avec les cellules photovoltaïques 3, 5 et 7. La courbe caractéristique de la tension de sortie Ua en fonction du courant de sortie 1a est désignée par la référence a sur la figure 3. La figure 4 montre un second exemple de réalisation du montage conforme à l'invention, dans lequel l'élément de couplage opto-électronique 1 est constitué par une diode à luminescence 2 et par un ensemble multiple formé de plusieurs cellules photovoltaiques intégrées 3 Par ailleurs, l'étage de sortie possède ici la même constitution que dans le cas de l'exemple de réalisation de la figure 1. Par contre ici, l'état d'entrée est constitué par un pont de diodes 11 comportant les diodes D1, D2, D3 et D4. La prise médiane entre les diodes D1 et D2 branchées en opposition est reliée à une extrémité de la diode à luminescence 2. La prise médiane entre les diodes 1)3 et D4 branchées en opposition est reliée à l'autre extrémité de la diode à luminescence 2. La prise médiane présente entre les diodes D2 et D3 est reliée par l'intermédiaire d'un condensateur C1 possédant une capacité de 0,9 pF et d'une résistance R1 possédant une valeur de 100 ohms, à une orne de la tension d'alimentation du réseau. La prise médiane entre les diodes D1 et D4 est raccordée à l'autre borne de la tension d'alimentation du réseau. la diode à luminescence 2 est située dans la branche transversale du pont de diodes 11 afin de permettre l'utilisation des deux alternances de la tension d'alimentation du réseau. il s'est avéré que, dans le cas du raccordement d'une calculatrice de poche aux bornes de sortie 15, toute la puissance transmise par le montage de la figure 4 n'est pas nécessaire, lors-que la calculatrice consomme environ 1 mW. Une amélioration importante de la résistance interne peut être obtenue lorsque l'étage de sortie est stabilisé. Un tel étage de sortie stabilisé est représenté sur la figure 2, sur laquelle les éléments identiques à ceux représentés sur la figure 1 portent les mêmes chiffres de référence. Etant donné que la tension disponible est relativement faible, l'étage de sortie est ici constitué par un régulateur transversal à trois étages. A cet effet ,' il est tout d'abord prévu un circuit série formé de deux résistances 18, 18' entre deux conducteurs 16 et 17, qui sont reliés d'une part au circuit série des cellules photovoltalques 3, 5 et 7, et d'autre part aux bornes de sortie 15. La prise médiane présente entre les résistances 18, 18' est raccordée à la base d'un transistor T1. L'émetteur du transistor T1 est relié au conducteur 17.Le collecteur du transistor T1 est raccordé par l'intermédiaire d'une résistance 19 possédant une valeur de 100 k.ohms au conducteur 16 et à la base d'un transistor T2. L'émetteur dw transistor T2 est raccordé au conducteur 17. Le collecteur du transistor T2 est relié d'une part par l'intermédiaire d'une résistance 20 au conducteur 16 et d'autre part à la baste d'un transistor T3, dont l'émetteur est raccordé au conducteur 17 et dont le collecteur est raccordé au conducteur 16. Le condensateur C2 possède, comme dans le cas de réalisation de la figure 1, une capacité d'une valeur de 100 pu. Cet étage de sortie possède une résistance différentielle de 50 ohms. Au moyen de cet étage de sortie on peut régler d volonté à la sortie 15 toute valeur comprise entre la tension de fonctionnement à vide et OV, ce qui est représenté par la courbe caractéristique b sur la figure 3. Une possibilité, analogue à celle représentée sur la figure 2, pour stabiliser la résistance interne est représentée sur la figure 5, sur laquelle les éléments identiques à ceux représentés sur la figure 3 portent les mêmes chiffres de reférence. Dans le cas de cet étage de sortie, l'anode de la cellule photovoltaïque 3 est reliée directement à la base du transistor T1. Les résistances 21 et 22 possèdent respectivement des valeurs de 1M.ohms et de 100 K.ohms. La courbe caractéristique de charge pour cet étage de sortie est représentée sur la figure 6. Dans ce cas la résistance interne différentielle atteint environ 100 ohms. Dans lestas de l'intégration des étages de sortie des figures 2 et 5, on peut réaliser les transistors T1, T2, T3 avec les mêmes processus de diffusion que ceux qui sont nécessaires pour les cellules photovoltaïques 3, 5 et 7. De ce fait une intégration sur un corps semiconducteur est possible. Les résistances de charge 18, 18', 19, 20, 21 et 22 peuvent alors être supprimées étant donné qu'ici on peut procéder de telle manière que lors de l'éclairement, les transistors travaillent simultanément comme source de courant et comme amplificateur. -Le montage conforme à l'invention permet une transmission d'énergie et ce avec une séparation complète de potentiel en sorte que ce montage peut remplacer des transformateurs d'ali mentation à partir du réseau pour des appareils de faible puissance. REVENDICATIONS 1. Montage pour réaliser la transmission de puissances électriques d'alimentation entre un côté primaire relié de préférence au réseau à un côté secondaire relié de préférence à un appareil miniature (par exemple une calculatrice de poche, un appareil de mesure, une montre numérique, un préamplificateur) et qui est séparé galvaniquement du cotE primaire, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un coupleur opto-électronique (1) monté entre la source d'énergie électrique et le circuit électronique à alimenter, le récepteur du coupleur opto-électronique fonctionnant comme cellule photovoltaïque. 2. Montage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que plusieurs cellules photovoltaiques (3) sont branchées en série et sont irradiées par une diode à luminescence (2). 3. Montage suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que les cellules photovoltaïques (3) sont intégrées dans un cristal semiconducteur. 4. Montage suivant la revendication 1,-caractéri- sé par le fait que, du côté primaire, une ou plusieurs diodes à luminescence (2, 4, 6) sont branchées en série avec un condensateur (C1) et qu'unie diode D1 est branchée suivant un montage antiparallèle avec les diodes à luminescence (2, 4, 6). 5. Montage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, du côté primaire, une ou plusieurs diodes à luminescence (2) sont reliées à une branche d'un pont de diodes (11), dont l'autre branche est reliée à la tension du réseau, par un raccord (10) par l'intermédiaire d'un condensateur (C1). 6. Montage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que, du côté secondaire, il est prévu un régulateur transversal pour stabiliser le signal de sortie. 7. Montage suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que le régulateur transversal 'comporte, entre deux conducteurs (16, 17) reliés aux deux extrémités du circuit série formé des cellules photovoltalques (3, 5, 7), deux résistances (18, 18') branchées en série et dont la prise mediane est reliée à la base d'un premier transistor (T1), dont l'émetteur est raccordé à l'un des conducteurs (17) et dont le collecteur est raccordé d'une part par l'intermédiaire d'une résistance (R3) à l'au tre conducteur (16) et d'autre part à la base d'un second transistor (T2), dont l'émetteur est relié à l'un des conducteurs (17) et dont le collecteur est relié d'une part par l'internEdiaire d'une résistance (R4) à l'autre conducteur (16) et d'autre part à la base d'un troisième transistor (T3), dont l'émetteur est raccordé à l'un des conducteurs (17) et dont le conducteur est raccorde à l'autre conducteur cri6). 8. Montage suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que le régulateur transversal comporte deux conducteurs (16, 17) reliés aux extrémités du circuit série formé des cellules photovoltalques (3, 5, 7) et d'autre part à la sortie, que la prise médiane située entre deux cellules photovoltai- ques (3, 5) est reliée à la base d'un premier transistor (T1), dont l'émetteur est raccordé à l'un des conducteurs (17) et dont le collecteur est raccordé d'une part par l'intermédiaire d'une résistance (21) à l'autre conducteur (16) et d'autre part à la base d'un second transistor (T2), dont l'émetteur est relié à ltun des conducteurs (17) et dont le collecteur est relié d'une part par l'intermédiaire d'une résistance (22) à l'autre conducteur (16) et d'autre part à la base d'un troisième transistor tu3), dont l'émetteur est raccordé à l'un des conducteurs (17) et le collecteur est raccordé à l'autre conducteur (16). 9. Montage suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que les transistors (T1, T3) du régulateur transversal sont intégrés, en même temps que les cellules photovoltaïques (3, 5, 7), dans un cristal semiconducteur. 10. Montage suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que l'énergie permettant de faire fonctionner les transistors (T1, T3) est envoyée à ces derniers, directement par l'intermédiaire du rayonnement optique.