Brevet FR2365840A1 — publié le 19780421

La présente invention concerne un dispositif de commande de moteur, à modulation par durée d1impulsions, dans lequel les sources d'alimentation destinées à faire fonctionner le moteur en avant et en arriére délivrent de l'energie électrique à des niveaux différents. De nombreux dispositifs à servo-moteur à courant continu imposent que le moteur ne tourne que dans un seul sens ou qu'il tourne dans un sens à une plus grande vitesse ou avec une plus forte accélération que dans l'autre sens. Il existe des dispositifs antérieurs à modulation par durée d'impulsions, comportant des amplificateurs bidirectionnels et autres pour alimenter un moteur, pratiquement de la même façon dans les deux sens de fonctionnement. Ceci conduit à une perte rnJustifiée de temps et dlénergie, et à une dépense inutile. L'invention met en oeuvre ce qui peut etre considéré comme un circuit bipolaire dissymétrique comprenant des sources otali- mentation de puissances differentes pour faire fonctionner un moteur en avant et en arrière, et dont le fonctionnement est facilité par un courant produit par de l'énergie emmagasin4e. Selon 11 invention, une tension plus élevée est fournie au moteur dans un mode de fonctionnement, et une tension plus basse lui est fournie dans un autre mode de fonctionnement, de sorte que ensemble présente des caractéristiques de hautes performances dans un sens et des caractéristiques de plus basses performances dans l'autre sens ou l'autre mode. L'utilisation d'un courant db à de l'énergie emmagasinée dans le circuit lors du passage d1un sens de fonctionnement à l'autre facilite ce passage. Un amplificateur à modulation de durée d'impulsions bipolaires, de rapport variable et de fréquence fixe est associé avec les sources d'alimentation dissymétrique mentionnées ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels Les figures 1A et 1B constituent ensemble un schéma d'un circuit de commande à modulation par durée d'impulsions, réalisé selon l'invention, la figure 2 est un ensemble de courbes illustrant le fonctionnement du circuit selon l'invention, la figure 3 est un diagramme simplifié du circuit des figures 1A et 1B, la figure 4 est un ensemble de courbes illustrant le fonctionnement du circuit selon l'invention, et la figure 5 est une courbe illustrant les caractéristiques globales du circuit. La figure 3 représente donc un moteur 10 qui est alimenté par un étage de sortie 132 connecté à une source de tensions positive et négative (non représentée); nes condensateurs 100 et 109 sont connectés respectivement à la tension positive et à la tension négative et un régulateur 130 en dérivation est également connecté à la-tension négative. Le moteur 10 est con necté à la masse parlarésistance o8 dont l'extrémité supérieure est elle-m & e connectée à un limiteur de courant 61 par l'inter- médiaire du commuteur o7. Le circuit comporte également une source de signaux de commande désignée par la référence 13 et une source de réaction qui peut consister en un dispositif classique de réaction de vitesse ou de position, par exemple un codeur de position ou un tachymètre, désigné globalement par 14. Un amplificateur de sommation 12 applique son signal de sortie à un modulateur 131 de durée d'impulsions, par le conducteur 15. La sortie du modulateur 131 est connectée à l'étage de sortie 132 par le conducteur 133. La figure 3 a pour but de donner une vue globale du circuit et de Aciliter ainsi la comprdhension du schéma détaillé des figures 1A et 1B. Ces figures montrent que l'étage de sortie 132 comporte plusieurs transistors, dont des transistors principaux de commutation 78 et 90 connectés respectivement aux tensions d'alimentation positive et négative. La moitie supérieure de l'étage de sortie 132 comporte un transistor 33 avec une base 34s un émetteur 30 connecté à'la masse, à la borne 60, et un collecteur 35 connecté à la tension positive par une résistance 98 en série avec une combinaison en parallèle de résistances 94, 95, 96 et 97. Le point commun entre la résistance 97 et la résistance 98 est connecté à la base 71 du transistor 70. L'émetteur 73 du transistor 70 est connecté à la tension d'alimentation positive par la diode 99 et son collecteur 73 est connecté à la base 75 du transistor 74.Le collecteur 76 du transistor 74 est connecté à l'émetteur 73 du transistor 70 et 11 émetteur 77 du transistor 74 est connecté au collecteur 73 du transistor 70 par la résistance 134. émetteur 77 du transistor 74 est connecté également à la base 79 du transistor de commutation 78 et à son émetteur 81 par la résistance 135. Le collecteur 80 est connecté à l'alimentation positive ainsi qu'à la masse par un condensateur 100. L'émetteur 81 est connecté au collecteur 80 par une diode -anti- surtension 136. De même, le transistor 37 comporte une base 38 et un émetteur 40 connecté à la masse, à la borne 50. Le collecteur 39 du transistor 37 est connecté à la mase 83 du transistor 82 par une résistance 148 et à la tension d'alimentation négative par une résistance 149 et un conducteur 103. L'émetteur 85 du transistor 82 est connecté à la base 83 par la résistance 101 et le collecteur 84 est connecté au conducteur 104 par la diode 137. L'émetteur 85 est connecté à la base 87 du transistor 86 et à la base 91 du transistor 90 ainsi qu'à la tension négative par la résistance 102 et à la base 87 du transistor 86. La base 87 est connectée à l'émetteur 89 par la résistance 150. Le collecteur 88 du transistor 8o est connecté à la diode 137. Le collecteur 92 du transistor de commutation 90 est- connecté au conducteur 104 et l'émetteur 93 est connecté à l'alimentation négative. Une diode anti-surtension 110 est connectée entre le collecteur 92 et l'émetteur 93 du transistor 90. La source de tension négative comporte un enroulement secondaire 105 d'un transformateur, avec une prise médiane 106 connectée à la masse et des diodes 107 et 108, un condensateur d'emmagasinage 109 est connecté à la borne 138 d'alimentation négative. Le régulateur de tension 130 est connecté à la borne 138 d'alimentation négative et comporte un transistor 111 et un transistor 115. La base 112 du transistor 111 est connectée à la borne 138 par des résistances 120 et 119 et à la masse par une diode zener 123. L'émetteur 114 du transistor 111 est connecté à la base 116 du transistor 115 ainsi qu'à la borne 138 par la résistance 121. L'émetteur 118 du transistor 115 est connecté à la borne 138 et le collecteur 117 de ce mgme transistor est connecté au collecteur 113 du transistor 111 ainsi qu'à la masse par la résistance 122. Une bobine d'inductance 11, le moteur 10 et une résistance 68 de détection de courant sont connectés en série entre le conducteur intermédiaire 104 et la masse. L'extrémité gauche de la résistance 68 de détection de courant est connectée au limiteur de courant 61 par le conducteur 67 connecté à la borne 62. Le signal de sortie du limiteur de courant 61 apparatt auxbornes 63 et 64. L'amplificateur de commande 12 comporte des bornes-dtentrée 13 et 14 destinées à etre connectées de manière à recevoir à volonté le signal d'une source de commande et différents signaux de réaction, et il comporte également une borne de sortie 15. Le modulateur 131 de durée d'impulsions est constitué par des circuits intégrés 17, 21, 25 et 29 représentés sous forme de cases. Le circuit intégré 17 comporte des bornes d'entrée 18 et 19 et une borne de sortie 20. La borne entrée 18 est connectée à la borne de sortie 15 par la résistance 41 et à la masse par une résistance 42 en parallèle avec un condensateur 43. Le circuit intégré 21 comporte des bornes d'entrée 22 et 23 et une borne de sortie-24. La borne de sortie 20 du circuit intégré 17 est connectée à la borne d'entrée 22 par la résistance 44. La borne d'entrée 22 est connectée à la borne de sortie 24 par un condensateur 47 et la borne d'entrée 23 est connectée à la masse. La borne d'entrée 19 du circuit intégré 17 est connectée à la borne de sortie 24 du circuit intégré 21 par la résistance 46 et la borne de sortie 20 du circuit intégré 17 est connectée à sa borne d'entrée 19 par la résistance 45, connectée à llextrémité gauche de la résistance 46. Les circuits intégrés 25 et 29 sont connectés de manière à fonctionner en comparateurs analogiques qui reçoivent un signal d'entrée représenté par la courbe centrale de la -figure 15 et produisant des signaux de sortie représentés par les courbes A et B sur cette mime figure. La borne d'entrée 26 du circuit intégré 25 est connectée à la borne de sortie 24 du circuit intégré 21 par la résistance 48 et la borne d'entrée 30 du circuit intégré 29 est connectée à la borne de sortie 24 par la résistance 50. La borne d'entrée 27 du circuit intégré 25 est connectée à la borne de sortie 63 du limiteur de courant 61 et la borne d'entrée 31 du circuit intégré 29 est connectée à la borne de sortie 64 du limiteur de courant 61.Les potentiels apparaissant aux bornes de sortie 73 et 74 sont représentés par les lignes horizontales en pointillés, désignées par plus ou moins, au-dessus et au-dessous de la courbe centrale de la figure 4, et ils constituent les niveaux des points de déclenchement de polarisations supérieure et inférieure pour le fonctionnement des comparateurs 25 et 29. La borne de sortie 28 du circuit intégré 25 est connectée à la borne d'entrée 26 par la résistance 49 et la borne de sortie 32 du circuit intégré 29 est connectée à la borne d'entrée 30 par la résistance 51. La borne de sortie 28 du comparateur 25 est connectée à la base 34 du transistor 33 par la résistance 52 et à la masse par la diode 58. La borne de sortie 32 du comparateur 29 est connectée à la base 38 du transistor 37 par la résistance 65 et à la masse par la diode 59. L'extrémité gauche de la résistance 52 est connectée à l'extrémité droite de la r stance 55 par la résistance 53 et la diode 54 et l'extrémité droite de la résistance 52 est connectée à ltextrémitA gauche de la résistance 55 par la diode 57 et la résistance 55. Le fonctionnement du circuit sera maintenant décrit. Les courbes de la figure 4 supposent le circuit au repos et, pour son fonctionnement, il sera supposé que le rapport des potentiels des tensions positive et négative est égal. à cinq, de l'ordre de +150 Volts et -30 Volts. A ce moment, le signal en dents de scie appliqué aux bornes d'entrée 26 et 30 des comparateurs 25 et 29 est symétrique autour de l'axe zéro représenté par la ligne pointillée centrale sur la courbe du centre de la figure 4. Les tensions de polarisation des entrées 27 et 31 des comparateurs 25 et 29 sont indiquées par la courbe supérieure en pointillés au centre de la figure 4 et la courbe inférieure en pointillés sur cette meme figure.Comme le montre la figure, les signaux de sortie des comparateurs 25 et 29 deviennent conformes à la courbe A pour le comparateur 25 et à la courbe B pour le comparateur 29 et sont constitués par des impulsions décalées dans le temps qui déclenchent les transistors de commutation 78 et 90, dans le rapport représenté. Etant donné que la durée T de l'impulsion positive de la courbe A est un cinquième de la durée 5T de ltimpulsion négative de la courbe B, les tensions moyennes appliquées au moteur 10 par le conducteur 11 sont égales et opposées en raison du rapport 5 entre les amplitudes des tensions de la source. Quand l'arnplificateur de commande déplace la dent de scie par rapport à sa position symétrique autour de l'axe zéro, le rapport entre l'établissement et l'interruption des deux trains d'impulsions varie et la tension moyenne appliquée au moteur 10 change de sorte qu'il tourne dans un sens ou dans l'autre. Il faut noter à ce moment que les trains d'impulsions des courbes A et B de la figure 4 sont séparés ou décalés de manière à laisser un intervalle de "garde ' entre les impulsions, évitant le déblocage simultané des transistorqde commutation 78 et 90 et éliminant ainsi le risque d'endommager le circuit.Les intervalles de garde " ou temps mort, peuvent & re réglés en modifiant les tensions de polarisation représentées par la ligne pointillée supérieure et la ligne pointillée inférieure de la figure 4. I1 faut également remarquer qu'avec des niveaux prédéterminés de polarisation, lorsque le signal triangulaire est modulé par un signal d'entrée provenant de l'amplificateur de commande 12, il passe au-dessus de la polarisation négative inférieure ou au-dessous de le polarisatoon positive supérieure et un seul des transistors de commutation peut fonctionner. Si Si lton suppose que l'amplificateur de commande 12 délivre une commande d'entrée positive, le transistor de commutation 78 est débloqué et bloqué à une fréquence de modulation fixe, et avec un rapport proportionnel à cette commande d'entrée positive Quand le transistor 78 est conducteur, un courant circule de l'alimentation positive, par le moteur et vers la masse tandis que lorsque le transistor 78 est bloqué, l'inductance du circuit maintient la circulation du courant dans le meme sens, et un courant circule depuis le condensateur 109 d'emmagasinage d'énergie et le régulateur en dérivation, par le moteur vers la masse. Ceci augmente la charge négative du condensateur dtemma- gasinage 109 qui, dans certaines conditions de fonctionnement, pourrait entre destructive. Pour cette raison, le régulateur en dérivation 130 a éte prévu pour éviter l'augmentation de la tension aux bornes- du condensateur 109 au-deld d'une valeur nega- tive prédéterminée. Quand le signal de commande devient négatif, le transistor 78 reste bloqué et le transistor 90 est bloqué en fonction des impulsions qu'il reçoit; un courant circule depuis la masse, par le moteur -et vers le condensateur d'emmagasinage 109. Quand le transistor 90 est bloqué, le courant dans le moteur circule dans le mtme sens et, par la diode anti-surtension 126, vers l'alimentation positive en chargeant le condensateur 100; le régulateur en dérivation reste bloqué.Dans des conditions extrêmes de fonctionnement, il peut & re souhaitable de prévoir un régu lenteur en dérivation qui limite ltaccumulation de charge dans le condensateur 100. I1ut également remarquer que l'alimenta- tion négative peut Btre éliminée dans certains cas et remplacée par un condensateur d'emmagasinage de capacité appropriée four nissant1'énergie nécessaire pendant la décélération et le positionnement de l'arbre du moteur aprbs une phase d'accélération. La figure 5 montre la différence du gain global du circuit dans le sens positif et dans le sens négatif, et la figure 2 illustre la différence entre le fonctionnement dissymétrique dé crit ci-dessus et celui lorsqu'aucune source de tension négative ntest prévue; la courbe A représente la vitesse du moteur en fonction du temps avec un arrondi dans la courbe quand le moteur ralentit jusqu'à l'arrtt, tandis que la courbe B représente la pente raide due à l'utilisation de la source de tension négative constituée soit par le condensateur d'emmagasinage d'énergie, soit par une source d'alimentation. Le limiteur de courant ol comporte un dispositif fournissant des tensions de polarisation qui peuvent entre réglées comme le montre la courbe centrale de la figure 4 pour une commande d'entrée nulle, et il réagit au courant de charge ou dans le moteur, circulant dans la résistance 68 de détection dé courant en remplissant une double fonction de limitation au moyen d'un capteur de courant et d'un amplificateur à gain variable détectant les courants excessifs dans le moteur 10 et modifiant la polarisation aux bornes d'entrée 27 et 31 des comparateurs 25 et 29 de mandore à réduire le courant dans le moteur.Une période initiale d'intensité élevée est autorisée, suivie par une période d'intensité réduite déterminée par un temporisateur qui modifie le gain de l'amplificateur à gain variable. La sortie de cet amplificateur modifie l'amplitude de la tension de polarisation de manière à maintenir le courant voulu dans le moteur 10, dans des conditions d'int;ensité excessive Le tableau ci-apres indique des valeurs de composants qui conviennent pour un mode de réalisation de l'invention:: 11 Inductance 10 mH 17 LM301A Circuit intégré - National Semicenductor 21 LM741 Circuit intégré - National Semiconductor 25 LM301A Circuit intégré - National Semiconductor 29 LM301A Circuit intégré - National Semiconductor 33 Transistor type 2N3440 37 Transistor type 2N3645 41 Résistance 5,1 Kilohms 42 Résistance 6,2 Kilohms 43 Condensateur 0,22 pP 44 Résistance 10 K 45 Résistance 12 K 46 Résistance 3K 47 Condensateur 0,022 48 Résistance 1 K 49 Résistance 150 K 50 Résistance 1 K 51 Résistance 150 K 52 Résistance 3,3 K 53 Résistance 2,7 K 54 Diode IN914 55 Résistance 1,8 K 56 Résistance 2,7 K 57 Diode IN914 58 Diode IN914 59 Diode IN914 68 Résistance 0,1 Ohm 70 Transistor 2N6424 74 Transistor 2N6079 78 Transistor 40854, RCA 82 Transistor 2N3738 86 Transistor 2N6079 90 Transistor 40854, RCA 94 Résistance 12 K 95 Résistance 12 K 96 Résistance 12 K 97 Résistance 12 K 98 Résistance 100 Ohms 99 Diode IN400 100 Condensateur 3000 f 101 Résistance 56 Ohms 102 Résistance 10 Ohms 107 Diode MR754, Motorola 108 Diode MR754, Motorola 109 Condensateur 10 000 f 110 Diode MR824, Motorola lit Transistor TIP29A, Texas Instruments 115 Transistor 2N3055 119 Résistance 1K 120 Résistance 100 Ohms 121 Résistance 100 Ohms 122 Résistance 3 Ohms 123 Diode Zener IN5368 134 Résistance 47 Ohms 135 Résistance 10 Ohms 136 Diode MR 824, Motorola 137 Diode IN4001 148 Résistance 270 Ohms 149 Résistance 620 Ohms 150 Résistance 47 Ohms Bien entendu, diverses modifications peuvent entre apportées par l'homme de l'art au circuit qui vient d'entre décrit et illustré sans sortir du cadre de l'invention- REVENDICAT ION q 1 - Appareil de commande dlune charge par modulation de durée dlimpulsions, caractérise en ce qutil comporte une source de signaux modulés en durée d'impulsions, de polarités opposées et de durée variable, une charge destinée à ventre attaquée de fa çon reversible, des premier et second dispositifs de commande de courant comportant des bornes d'entre connectées auxdites sources de signaux, selon une configuration complémentaire, une premibre source de courant électrique dune polarité, une seconde source de courant électrique de polarité opposée, l'une desdites sources de courant électrique développant une tension plus élevée que l'autre, et un dispositif de commutation connecté auxdits dispositifs de commande de courant de maniéré que le fonctionnement d'un dispositif de commande de courant entratne la connexion de 1'une desdites sources de courant électrique de manière à alimenter ladite charge et que le fonctionnement de l'autre desdits dispositifs de commande de courant entratne la connexion de l'autre desdites sources à ladite charge 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge contient une impédance inductive, 3 - Appareil selon la revendication i, caractérisé en ce que la charge consiste en un moteur à courant continu. 4 - Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un élément inductif est connecté en série avec le moteur à courant continu. 5 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les durées des impulsions des signaux modulés en durée d'im- pulsions sont inégales. 6 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une desdites sources de courant électrique comporte un dispositif d'emmagasinage d'energie et un dispositif conduisant l'énergie vers ce dispositif d'emmagasinage quand l'autre des sources de courant électrique est déconnectée de la charge. 7 - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'un des dispositifs de commutation comporte un dispositif destiné à conduire le courant en sens inverse.