Brevet FR2379197A1 — publié le 19780825

La présente invention a pour objet un dispositif pour décharger lentement et linéairement un condensateur notamment un condensateur de temporisation. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des dispositifs de temporisation qui sont destinés à commander automatiquement certaines opérations à des instants précis séparés par une durée déterminée. On se réfèrera dans la suite de l'exposé à une application parculière en précisant que ce choix n'entraine aucune limitation de l'invention et que les dispositifs de temporisation selon l'invention sont protégés pour toutes autres applications analogues où l'on doit régler automatiquement la durée qui s'écoule entre deux évènements. On connait déjà des dispositifs de temporisation qui comportent un condensateur qui est chargé sous une certaine tension et qui se décharge progressivement dans un circuit. On compare la tension aux bornes du condensateur à un seuil et on commande automatiquement une manoeuvre lorsque ce seuil est franchi, ce franchissement intervenant au bout d'une durée déterminée. De tels dispositifs temporisateurs présentent l'avantage qu'il est aisé de régler la durée de temporisation en faisant varier la tension de chargement du condensateur. Un des objectifs de la présente invention est de procurer des dispositifs de temporisation de ce type, d'un encombrement réduit afin qu'ils puissent etre logés dans des appareils de petît diamètre. Un second objectif de la présente invention est de procurer des dispositifs de temporisation permettant d'obtenir, avec une grande précision, de ltordre de 1/1000 de la durée totale, des temporisations sur une durée relativement longue, pouvant atteindre plusieurs minutes. Un troisième objectif de la présente invention est de procurer des dispositifs de temporisation antonomes dont le fonctionnement puisse être assuré uniquement par l'énergie emmagasinée dans des condensateurs à ltexclu- sion de toute autre source d'énergie telle que piles ou accumulateurs. On connaît déjà des dispositifs de temporisation, répondant à ce troisième objectif, qui ont fait l'objet d'une demande de brevet antérieure. Ces dispositifs connus comportent un comparateur de tension qui compare la tension décroissante aux bornes d'un premier condensateur qui se décharge dans une résistance à une tension de référence qui est la tension aux bornes d'un deuxième condensateur de sorte que la durée de la temporisation dépend de la constante R.C. du circuit de décharge du premier condensateur Un tel temporisateur convient pour des temporisations de l'ordre de quelques secondes. Par contre, si l'on veut augmenter la durée de temporisation, on doit utiliser des condensateurs de grande capacité, donc plus encombrants et plus onéreux. Comme ces dispositifs peuvent être destinés à équiper des appareils fabriqués en grande série et éventuellement périssables, leur court doit être le plus faible possible ce qui interdit d'accroître la capacité des condensateurs. On ne peut pas non plus augmenter la valeur de la résistance R du circuit de décharge car, lorsque la valeur de cette résistance approche de celle de la résistance de fuite du condensateur, la décharge du condensateur due aux fuites devient du même ordre que celle qui se produit par l'intermédiaire du circuit de décharge et la temporisation devient imprécise. Afin d'augmenter la durée de temporisation à partir de la mise en fonctionnement de l'appareil les dispositifs connes comportaient un interrupteur lié à une constante physique qui commandait par fermeture le début de la décharge du condensateur de temporisation. L'instant de fermeture d'un tel interrupteur pouvait entraîner une impr#cision dans la tevporisation et, d'autre part, la présence de cet interrupteur rendait difficile une miniaturisation suffisante pour loger le dispositif de temporisation dans des appareils de faible dimension. Les dispositifs de temporisation connus, comportant des condensateurs se déchargeant dans une résistance, ne répondent donc pas si#ultanément aux trois objectifs énumérés cidessus et l'invention a pour objet des dispositifs de ce type plus perfectionnés qui présentent simultanément un faible encombrement, un faible coût, une longue durée de temporisation, une grande précision de la temporisation et éventuellement un fonctionnement autonome, sans aucune autre source d'énergie. Un dispositif selon l'invention peut être utilisé comme dispositif de temporisation destiné à émettre un signal avec un retard déterminé et réglable par rapport à un instant initial et qui comporte, de façon connue, d'une part un premier condensateur de temporisation qui commence à se décharger à travers une résistance, à partir de cet instant initial, après avoir été chargé sous une tension déterminée et réglable et, d'autre part, des moyens pour comparer à un seuil la tension aux bornes du condensateur de temporisation. Les objectifs de Itinvention sont atteints au moyen d'un dispositif pour décharger lentement un premier condensateur, qui comporte un circuit de décharge dudit condensateur, constitué par une résistance et, montés en série avec ladite résistance, par un deuxième condensateur, de capacité beaucoup plus faible et un circuit de décharge de celui-ci comportant une porte électronique dont les ouvertures sont commandées par des impulsions périodique8 délivrées par une base de temps. La porte électronique est constituée, de préférence, par un transistor dont la base est connectée à la sortie de la base de temps et qui est polarisé de telle sorte que, pendant la durée de chaque impulsion, il est saturé et le deuxième condensateur se décharge et qu'il est bloqué dans l'intervalle entre deux impulsions. La base de temps est constituée, de preférence, par un oscillateur de relaxation composé d'un troisième condensateur et d'un transistor unijonction programnable, montés en psrallble, Un dispositif selon l'invention, monté dans un appareil comporte, de préf#rence, un quatrième condensateur électrochimique qui est chargé avant la mise en fonctionnement de l'appareil et qui alimente l'oscillateur de relaxation de sorte que le dispositif est autonome. Le résultat de l'invention est un nouveau dispositif de décharge d'un condensateur utilisable comme dispositif de temporisation et permettant d'obtenir, avec une grande précision et une bonne reproductibilité, des durées de décharge très longues, de l'ordre de plusieurs minutes, sans avoir à utiliser des condensateurs de grande capacité, encombrants et onéreux. Ce résultat est obtenu grâce à la décharge périodique du condensateur de temporisation de capacité C dans un deuxième condensateur ayant une capacité C' beaucoup plus réduite par exemple une capacité C' de C l'ordre de l-ooo- La décharge du condensateur de temporisation se produit en escalier C' à raison d'une quantité égale à - de la charge résiduelle pendant chaque période de récurrence de la base de temps. On peut choisir une période de récurrence relativement longue, par exemple de l'ordre de 0,1 seconde, de sorte que le temps de décharge du consateur de temporisation est relativement long et que la tension aux bornes de celui-ci décroît très lentement, ce qui permet d'utiliser un condensateur de temporisation de capacité relativement faible. La tension Vt aux bornes du condensateur de temporisation est proportionnelle à la tension initiale V de sorte que l'on peut faire varier la durée de temporisation en faisant varier la tension Initiale de chargement V. Un autre avantage des dispositifs selon l'invention réside dans le fait que la décharge en escalier entraîne des crûtes de tension rapides, à front très raide, de sorte que le franchissement du seuil de comparaison a lieu à un moment précis, après un certain nombre de périodes de récurrence et il est possible d'obtenir une grande précision de temporisation égale à la durée d'une période de récurrence de la base de temps. Un autre avantage des dispositifs selon l'invention découle de ce qu'une base de temps constituée par un condensateur et un transistor unijonc- tion programmable consomme une très faible énergie et peut être alimentée pendant une durée largement supérieure à la durée de temporisation, par l'énergie accumulée dans un condensateur ce qui permet de disposer de dlspositifs de temporisation totalement indépendants de toute autre source d'énergie. La description suivante se réfère au dessin annexé qui représente un exemple de réalisation de l'invention sans aucun caractère limitatif. la figure unique représente schématiquement les circuits d'un dispositif de temporisation selon l'invention. Cette figure concerne une application particulière dans laquelle le dispositif de temporisation est placé dans un appareil mobile. La partie située à gauche du trait en pointillés 1 représente le poste dalimenta- tion tandis que la partie située à droite du trait pointillé représente les circuits placés à l'intérieur de l'appareil. Les trois interrupteurs Irl 12 et 13 se ferment pour décharger les condensateurs. Après le départ, l'appareil est indépendant de toute source d'énergie autre que les condeasateurs. Le dispositif de -temporisatIon comporte, de façon connue, un premier condensateur CT, dit condensateur de temporisation, qui est chargé au moment du départ sous une tension V que l'on peut faire varier pour rigler la temporisation -Ce dispositif-compo#rte également, de façon connues un moyen 2 pour comparer la tension aux bornes de CT à un seuil nettement inférieur à la tension V. Ce moyen 2 est par exemple un transistor unijonction pro grammable dont la gâchette d'anode est connectée à l'armature sous tension du condensateur CT et dont l'anode est connectée à l'armature sous tension d'un condensateur Cr qui est chargé au moment du départ sous une tension VO nettement inférieur à V.Lorsque la tension de charge de CT devient infé- rieure à Vo, l'unijonction 2 devient conducteur et il commande automatiquement un dispositif 3, quelconque qu'il n'est pas utile de décrire plus en détail. Le dispositif selon l'invention comporte un deuxième condensateur Cd, dit condensateur de décharge dont la capacité C' est très inférieure à la capacité C du condensateur CT, par exemple C' est de l'ordre de I la capacIté C du condensateur CT, par exemple C est de l'ordre de I Lorsque Cd est déchargé, le condensateur CT le recharge à 1000 travers la résistance variable R1. Lorsque Cd est déchargé, le condensateur C T le recharge v travers la résistance variable Rt. Le dispositif comporte, en outre, un circuit de décharge de Cd monté en parallèle sur Cd et en série avec RI. Ce circuit de décharge comporte un transistor Tr de type NPN monté en série avec une résistance R2. La base de Tr est connectée sur une base de temps qui sera décrite ci-après. Le transistor Tr est poLarisé de telle sorte qu'il soit bloqué en état de non conduction lorsque la base de Tr ne reçoit aucune impulsion et qu'il soit saturé pendant la durée des impulsions positives émanant de la base de temps de sorte que le condensateur Cd se décharge pendant ces impulsions, la durée de décharge de Cd étant très brève et nettement inférieure à la durée d'une impulsion La résistance R1 est ajustée pour que le condensateur CT ne se décharge pas de façon sensible à travers le transistor Tr et la résistance R2 pendant que le transistor Tr est saturé. Dès que Tr redevient bloqué, le condensateur Cd se recharge à travers R1 en prélevant une fraction de la charge de CT. l'énergie perdue par CT pendant chaque période de récurrence de la base de temps est donc égale d'une part à la charge de Cd et d'autre part à la quantité d'anergie qui s'écoule à travers R1 pendant que Tr est saturé. La valeur de Rt est largement prépondérante par rapport à la résistance interne de Tr et à la résistance R2 qui peuvent être négligés poser l'explication du fonctionnement. En choisissant le rapport des valeurs C et la durée de la C' période de récurrence To de la base de temps, C on peut faire varier la durée de décharge de CT dans de très grandes limites allant de quelques secondes à plusieurs minutes sans avoir à utiliser un condensateur de tempo irisation CT de forte capacité. De plus, en faisant varier la tension V, on peut régler automatiquement la temporisation au départ de l'appareil. La durée de la temporisation est proportionnelle à To, au rapport C et au logarithme du rapport V C' Vo La La figure unique vu représente une base de temps constituée par un oscillateur de relaxation comportant un transistor unijonction programmable 4 dont la gâchette d'anode est connectée sur une tension de référence délivrée par un diviseur de tension formé par les résistances R3 et R4.L'anode de l'unijonction 4 est connectée aux bornes d'un troisième condensateur Cf qui se charge à travers une résistance R5. Lorsque la tension aux bornes de Cf dépasse la tension de référence appliquée à la gachette d'anode l'unijonction 4 devient conducteur et le condensateur Cf se décharge à travers une résistance R6 montée en série avec l'uni- jonction 4. Les impulsions de tension aux bornes de R6 sont envoyées sur la base du transistor Tr. Le produit Cf.R6 détermine la durée de la décharge du condensateur et donc la durée des impulsions tandis que le produit Cf.R5 détermine le temps de charge de Cf et la durée de l'intervalle entre deux impulsions. L'oscillateur de relaxation peut être alimenté par une source de tension continue, par exemple par une pile. Mais un avantage intéressant d'un tel oscillateur comportant un transistor unijonction programmable est qu'il a une consommation très faible. Lors de chaque période de récurrence, on consomme uniquement l'éner- gie nécessaire pour charger Cf qui peut avoir une capacité très faible, En etfet, on peut choisir des résistances R3 et R4 très fortes pour que le courant qui les traverse soit très faible et les fuites à vide dans l'unijonction 4 sont pratiquement nulles. On peut donc, sur un temporisateur monté dans un appareil supprimer la source de courant continu alimentant lfoscillateur et la remplacer par un condensateur électrOchimique Cc qui est chargé au novent de la mfse en fonctionnement de l'appareIl sous une tension gy, qui peut etre égale à la tension Vo ou différente de celle-ci. La tension aux bornes de Cc est régulée par une diode Zener Zl, du type EPI-Z, et la tension régulée alf- mente ltoscillateur. Cc Il suffit que le rapport des capacités CC soit supérieur au CT rapport des capacités Cd pour que le condensateur Cc# emmagasine une énergie suffisante pour alimenter l'oscillateur pendant toute la durée de la temporisation. Un condensateur électrochimlque ayant une capacité Cc da 200 F f chargé sous 10 volts, qui~est un-cowposant de taille et de prix raisonnables, suffit largement pour alimenter un temporisateur pouvant fonctionner pendant 100 secondes. Bien que le condensateur Cc se décharge progressivement au cours de la temporisation, la ciite de tension est pratiquement sans influence sur la cadence de l'oscillateur et sur la temporisation. En effet, la tension da référence fournie par le pont diviseur 3, R4 et la tension de charge Cf dérivent parallèlement ce qui provoque une auto-compensation. Bien entandj, saros sortir du cadre de l'invention, les divers compasants du dispositif d cris à titre d'exemple, pourront être remplaces par des composants remplissant des fonctions équivalentes. REVENDICATIONS 1 -Dispositif pour décharger lentement et lineairement, dans un circuit de décharge, un premier condensateur, notamment un condensateur de tempori sation, qui a été chargé initialement sous une tension déterminée, lequel circuit de décharge comporte un deuxieme condensateur, caractérisé en ce que ce deuxieme condensateur aune capacité beaucoup plus faible et le dispositif comporte un circuit de décharge rapide du deuxième condensa teur dans lequel est placée une porte électronique et il comporte, en outre, une base de temps indépendante, qui commande périodiquement les ouvertures de ladite porte, de sorte que le deuxième condensateur se décharge entièrement lors de chaque ouverture de la porte. 2 - Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ladite base de temps est constituée par un oscillateur de relaxation composé d'un troisième condensateur et d'un transistor unijonction programmable, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un quatrième condensateur électrochimique, qui est chargé initialement en même temps que le premier condensateur, et qui alimente ledit oscillateur de relaxation de sorte que le premier et le quatrième condensateur ont été chargés. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport -entre les capacités du quatrième et du troisième condensateur est supé- rieur au rapport entre les capacités du premier et du deuxième condensateur. 4 - Dispositif de temporisation selon la revendication 1 # caractérisé en ce que la durée de temporisation est proportionnelle au rapport entre les capacités du deuxième et du premier condensateur t la période de la ba se de temps.