Brevet FR2422990A1 — publié le 19791109

L'invention, due à Kaj NIELSEN, Kristian IVERSEN et Jens Uffe MBrup JSRGENSEN, est relative à un dispositif de ré- glage par échelon destiné à plusieurs éléments de puissance, dont la puissance diffère chaque fois d'un facteur 2 et dont, en fonction d'un signal d'entrée, on peut mettre en service une combinaison correspondant chaque fois à un chiffre binaire. Avec une disposition de ce type, la puissance peut être modifiée suivant des échelons relativement petits quoique le nombre des éléments de puissance et des éléments de circuit nécessaires pour leur mise en action soit nettement plus faible que le nombre des échelons. Mais comme pour beaucoup de ces échelons, il faut mettre en circuit simultanément plusieurs éléments de puissance, la structure du réseau -d'entrée était jusqu'à présent plus compliquée que dans un dispositif de réglage par échelon de la puissance qui, pour chaque échelon, comporte un élément de puissance qui peut être connecté selon les besoins. Le but de la prés ente invention est en conséquence de fournir un dispositif de réglage par échelon du type décrit cidessus dans lequel les moyens mis en oeuvre pour la commande des divers éléments de puissance sont très nettement réduits. Ce problème est résolu selon l'invention par la mise en oeuvre : d un compteur binaire réversible, dont les sorties, associées chacune à une position binaire, commandent chacune un des éléments de puissance . et d'un montage de commande qui délivre au compteur des impulsions de comptage tant que, en dehors d'une zone neutre, le signal d'entrée diffère d'un signal de référence et qui, en fonction du signe de la différence entre le signal d'entrée et le signal de référence, commande le sens dans lequel le compteur doit compter, Avec un tel dispositif de réglage, le compteur, en cas d'écarts, est actionné par les impulsions de comptage dans un sens ou dans l'autre.Les sorties, après avoir été amplifiées convenablement, peuvent commuter directement les éléments de puissance. I1 en résulte une structure très simple du montage. I1 est en outre avantageux que le montage de commande comporte un générateur d'impulsions de comptage qui délivre les impulsions de comptage, compte tenu de la zone neutre, en fonction de la valeur absolue de la différence entre le signal d'entrée et le signal de référence et un transmetteur de signal qui, en fonction du signe de cette différence, délivre un signal indiquant le sens dans lequel doit se faire le comptage. On peut alors utiliser un compteur binaire simple qui ne comporte qu'une seule entrée d'impulsions de comptage et fonctionne dans le sens fixé par le signal de sens du comptage. I1 est également recommandé que la fréquence des impulsions de comptage aille en croissant lorsque croît la différence entre le signal d'entrée et le signal de référence. Le compteur fonctionne alors d'autant plus vite que l'écart par rapport au réglage choisi est plus grand. I1 est particulièrement avantageux que le générateur d'impulsions de comptage comporte : un condensateur qui peut être chargé par un générateur de courant fournissant un courant fonction du signal d'entrée et du signal de référence : un comparateur qui compare à une valeur limite la tension aux bornes du condensateur et délivre les impulsions de comptage ; et un trajet de décharge situé entre le condensateur et la sortie du comparateur. Chaque fois que le condensateur a été chargé à la valeur limite par le courant sortant du générateur de courant et que le comparateur réagit, il se produit une décharge du condensateur grâce à quoi le comparateur est ramené en position de départ. C'est de cette manière que se produisent les impulsions de comptage. Le générateur de courant peut comporter deux transistors dont les collecteurs sont reliés au condensateur tandis que sont reliés à l'une des entrées de signaux d'une part la base du second transistor et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une résistance d'émetteur, l'émetteur du premier transistor et que la base du premier transistor et l'émetteur du second transistor sont reliés à un point de jonction qui, par l'intermédiaire d'une résistance série, est connecté à l'autre entrée de signaux et,-par l'intermédiaire d'une diode orientée en sens inverse du trajet base-émetteur du second transistor et d'une résistance d'un diviseur de tension, à la première entrée de signaux.Un tel générateur de courant permet d'obtenir un courant de sortie qui croit linéaire- ment lorsque, en dehors de la zone neutre, qui est fixée par la tension base-émetteur des deux transistors, il apparaît une difference entre la tension d'entrée et la tension de référence et qui indique en même temps quel est le signe de cette différence. Une résistance peut également être montée en parallèle avec le condensateur. Cette façon de procéder permet de modifier la zone neutre. Il est particulièrement avantageux-de prévoir un dispositif de rappel qui remet dans son état initial le compteur en sorte qu'après branchement sur la tension d'alimentation, il recommence à compter à partir de zéro. Oe cette manière se trouve évité au moment du branchement un appel de courant trop élevé qui pourrait entrainer une surcharge de la ligne électrique ou du coupe-circuit de sûreté. Cette disposition peut être adaptée à un compteur sans grande complication. Dans le cas le plus simple, le dispositif de rappel est intégré au compteur de telle sorte que celui-ci revienne à zéro en cas de suppression de la tension. Mais pour des raisons de sé cuité, le dispositif de rappel peut aussi, au moment de la connexion, délivrer un signal de rappel limité dans le temps. On a par suite l'assurance que le compteur au moment du branchement est ramené à zéro automatiquement. Le dispositif de rappel peut en particulier comporter un montage en série comportant une résistance et un condensateur, qui est alimenté par une tension dépendant de la tension d'alimentation et dont les deux extrémités de la résistance sont reliées aux deux entrées d'une porte NON-ET et à la sortie de laquelle peut être prélevé le signal de rappel. Au moment du branchement, le condensateur se charge par l'intermédiaire de la résistance. Dès que la chute de tension aux bornes de la résistance dépasse une valeur déterminée, le signal de rappel apparat. La résistance peut être pontée par une diode dont la polarité est opposée au ens dans lequel se fait la charge. De cette façon, la porte NON-ET est protégée contre toute surtension. Il est en outre recommandé que sur le trajet de transfert des impulsions de comptage soit prévu un étage de blocage qui re çoit un signal de blocage lorsque, en présence d'un signal de sens de comptage en croissant, apparat le chiffre binaire correspondant à l'échelon de puissance maximal ou lorsque, en présence d'un signal de sens de comptage en décroissant, apparaît le chiffre binaire correspondant à l'échelon de puissance minimal. Lorsque tous les éléments de puissance sont en service et que par suite on obtient la puissance toi-rle, une avance ou un retour cyclique du compteur à zéro est empêché du fait qu'aucune autre impulsion de comptage ne peut plus être acheminée. Il en va de même lorsque, au cours d'un comptage en décroissant, tous les éléments de puissance ont été mis hors circuit. L'invention sera mieux comprise par la description d'un de ses modes de réalisation, donné ici à titre illustratif mais nullement limitatif, qui en sera faite ci-après à l'aide des figures annexées qui représentent - la Ligure 1, un schéma du dispositif de réglage par échelon selon l'invention, et - la figure 2, un diagramme du courant de sortie ou de la fréquence des impulsions de comptage en fonction de la tension d'entrée. Le dispositif de réglage par échelon sert à la mise en circuit et à la mise hors circuit de plusieurs éléments de puissance H7 à Hn qui, dans ce cas particulier, sont constitués d'éléments chauffants mais qui pourraient aussi bien être des pompes, des ventilateurs ou compresseurs ou des appareils analogues. Si l'élément H1 a une puissance de N, l'élément H2 a une puissance 2N, l'élément H3 une puissance 4N et l'élément Hn une puissance n-1 N La mise en circuit s'effectue par l'intermédiaire d'un dispositif de couplage 1 comportant des re-lais Wl à Wn et des contacts de relais 2 correspondants. Chaque relais est ponté par une résistance R1 et une diode luminescente Dl qui indique ai le relais correspondant est attiré.Chaque relais est commandé par une sortie Al à An, respectivement, d'un compteur 3 binaire réversible et ceci par l'internédirire d'un étage amplificateur 4 qui dans cha que branche comporte des transistors disposés suivant le montage Darlington en vue de renforcer les signaux émanant du compteur. Le compteur possède de la manière habituelle une entrée 5 d'impulsions de comptage, une entrée â de signal de sens du comptage et une entrée 7 de signal de remise à zéro. Une tension alternative de par exemple 24 V est transmise par deux lignes électriques ou conducteurs 8 et 9 dont le conducteur 8 est à la terre, redressée au moyen d'une diode 02 et lissée au moyen d'un condensateur C1. La tension ainsi obtenue est à la disposition du dispositif de couplage 1 via le conducteur 10. A l'aide d'une résistance R2 et d'une diode D3 en série ainsi que d'une diode de Zener Z disposée dans la branche transversale, on obtient une tension continue de par exemple 15 V qui sert à alimenter les différents composants électroniques et peut être prélevée sur un conducteur 11. Le retour du courant se fait par le conducteur 8, ce qui n'a pas été représenté de façon détaillée. A l'aide d'un stabilisateur de tension 12, et de deux condensateurs de lissage C2 et C3, on dispose sur un conducteur 13 d'une tension de référence Vr qui alimente un générateur 14 d'impulsions de comptage un transmetteur 15 de signal de sens du comptage et un transmetteur 16 de signal de rappel et qui atteint par exemple 12 V. Pour la commande du dispositif de réglage est acheminé par l'intermédiaire d'une borne d'entrée 17 et d'une résistance d'entrée R3 un signal d'entrée Vi qui est disponible sur un conducteur 18 et peut varier par exemple entre 6 et 16 V. Le conducteur 18 est relié par l'intermédiaire d'une résistance R4 au conducteur 13 et par l'intermédiaire d'un condensateur C4 au conducteur 8, R3, R4 et C4 constituent un filtre. Dans le générateur 14 d'impulsions de comptage se trouve un générateur de courant 19. Celui-ci comporte un premier transistor Tr1 et un second transistor Tr2. Les deux collecteurs sont reliés à la sortie 20 du générateur de courant 19, laquelle est reliée à un condensateur C5. Une résistance R5 est montée en parallèle sur ce condensateur. L'émetteur du transistor Trl est relié au conducteur 13 conduisant le signal de référence Vr par r l'intermédiaire d'une résistance d'émetteur R8 et la base du transistor Tr2 est reliée directement à ce même conducteur 13. La base du transistor Trl et l'émetteur du transistor Tr2 sont reliés en un point de jonction 21.Celui-ci est relié d'une part au conducteur 18 acheminant le signal d'entrée Vi par l'intermédiaire d'une résistance R7 montée en série et en amont et d'autre part au conducteur 13 par l'intermédiaire d'une résistance de diviseur Ro et d'une diode D4 laquelle est montée en opposition du trajet baseémetteur du transistor Tr2. Un comparateur 22 est relié, par son entrée s inversant, à la sortie 20 et, par son entrée ne s'inversant pas via une résistance R9 en série, à une prise 23 d'un diviseur de tension constitué des résistances R10 et R11, lesquelles ont pour rôle d'appliquer à la prise 23 une tension égale par exemple à la moitié de la tension de référence V .La sortie du comparateur r 22 est reliée ; par l'intermédiaire d'une résistance R12, au conducteur 13 ; par l'intermédiaire d'une résistance R13, à l'entrée ne s'inversant pas ; et par l'intermédiaire d'un trajet de décharge 24 se composant d'une diode D5 et d'une résistance R14, à l'entrée s'inversant et par conséquent elle se trouve reliée au pôle du condensateur C5 qui est raccordée à la sortie 20. De la sortie du comparateur part en outre un conducteur 25 par l'intermédiaire duquel sont délivrées les impulsions de comptage. Ceci se produit de la manière décrite ci-après en se référant à la figure 2.Sur cette figure 2 est reporté en fonction du signal d'entrée V. le courant de sortie i et la fréquence f des impulsions de comp i o tage. Le diagramme montre en outre le signal de référence V . Il r y est reporté une zone neutre U z qui s'étend des deux côtés du signal de référence V r et dépend des tensions base-émetteur des trarrsistors Trl et Tr2. Lorsque le signal d'entrée Vi est égal au signal de référence V , les deux transistors sont bloqués r il n'apparaît aucun courant de sortie Io.Si au contraire, le courant d'entrée V. prend une valeur qui est supérieure à la tension base-émetteur du transistor Trl, celui-ci devient conducteur et il s'écoule un courant de. sortie Io qui est proportionnel à la valeur absolue de la différence des deux signaux diminuée de la moitié de la zone neutre U . Par contre, si la tension d'entrée z diminue, le transistor devient conducteur lorsque la tension au point 21, tension qui dépend du rapport du diviseur de tension formé par les résistances R7 et RO, s'est abaissée de la valeur de la tension base-émetteur du transistor Tr2.Lorsque le transistor Tr2 est conducteur, il s'écoule à travers lui un courant de sortie i qui est égal à la valeur absolue de la différence entre o le signal d'entrée et le signal de référence diminuée d'une partie de la zone neutre U z Le courant de sortie Io charge le condensateur C5. Dès o que la tension aux bornes de celui-ci a atteint une valeur limite qui est égale à la tension au point situé entre RO et13, le comparateur 22 réagit. La sortie du comparateur est alors à un potentiel bas et le condensateur C5 se décharge par le trajet de décharge 24. il apparait en même temps entre R9 et R13 une autre tension qui correspond à une deuxième valeur limite. Dès que la tension à l'entrée s'inversant est inférieure à cette dernière valeur limite, la sortie du comparateur reprend un potentiel élevé et le jeu recommence. En conséquence, la fréquence f des impulsions de comptage sur le conducteur 25 est proportionnelle au courant de sortie Io. o L'inclinaison des courbes caractéristiques peut être chaisie par le dimensionnement des résistances R6 et R7 et/au du condensateur C5. Par le choix de la résistance R5, on peut agir sur la zone neutre U . En effet, plus la résistance R5 est faible et plus le z courant de sortie I doit être élevé pour pouvoir changer le con o densateur C5 jusqu'à la première valeur limite. Le transmetteur 15 de signal de sens du comptage comporte un comparateur 26 dont l'entrée s inversant est reliée, par 1 'in- termédiaire d'une résistance R15, au conducteur 18 acheminant le signal d'entrée V. et dont l'entrée ne s'inversant pas est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance R16, au conducteur 13 ache minant le signal de référence Vr. La sortie du comparateur 26 qui r est reliée au conducteur de signaux 27 est en relation par l'intermédiaire d'une résistance R17 avec le conducteur 13 et par l'in termédiaire d'une résistance R18 avec l'entrée ne s'inversant pas. il est en outre prévu une diode D6 entre l'entrée s'inversant et le conducteur 13. Lorsque le signal d'entrée V. est supérieur au signal de référence Vr, le comparateur 26 fournit à sa sortie un potentiel bas. Si par contre le signal d'entrée V. est inférieur au 1 signal de référence Vr, on dispose à la sortie du comparateur d'un potentiel élevé. Ceci sert de signal de sens du comptage à envoyer dans le conducteur 27. Le dispositif de rappel 16 comprend un montage en série d'une résistance RIS et d'un condensateur C6 qui sont montés entre les conducteurs 13 et 8. En conséquence, au moment du branchement sur la tension d'alimentation, le condensateur C6 se charge progressivement. Au moment où on supprime l'alimentation en courant la décharge se fait par l'intermédiaire d'une diode 07 qui ponte la résistance R19. La résistance RIS est reliée directement par une de ses extrémités à une des entrées d'une porte 28 NON-ET et par son autre extrémité, par l'intermédiaire d'une résistance RZO, à l'autre entrée de la porte 28 dont la sortie permet de délivrer un signal de rappel sur le conducteur allant à l'entrée 7.Lorsque la tension d'alimentation est appliquée, il règne sur l'une des entrées de la porte 28 NON-ET le signal de référence Vr tandis que sur l'autre entrée c'est pratiquement le potentiel de la terre qui est appliqué. En conséquence, la porte 28 NON-ET délivre un signal de rappel. Lorsqu'alors le condensateur C6 se charge progressivement, la tension sur la deuxième entrée augmente de sorte qu'après un délai prédéterminé le signal de rappel est supprimé. Au cours du fonctionnement, après charge complète du condensateur C6. les deux extrémités de la résistance 19 sont donc à peu près au même potentiel de sorte que le compteur peut être mis en action de la manière normale.Au moment du débranchement, le condensateur CO peut se décharger rapidement sur le conducteur 8 par l'intermédiaire de la diode D7 et de liaisons de faible résistance ohmique non représentées. Il est prévu dans le conducteur 25 un étage de blocage 29. Cet étage comporte un inverseur 30 et une porte NON-ET 31 dont la première entrée est soumise à l'action du signal émis par la sortie s inversant du comparateur 22 et dont la deuxième entrée est soumise à l'action du signal apparaissant sur la sortie de transfert 32.Lorsque toutes les sorties Al à An sont sous tension et que par conséquent les éléments de puissance correspondants sont en service et lorsque sur le conducteur 27 apparalt en outre un signal de sens de comptage en croissant, un signal est également présent à la sortie de transfert 32 de sorte que tout ncuvel apport d'impulsions de comptage vers les chiffres croissants est empoché. il en est de même pour les impulsions de comptage vers les chiffres décroissants lorsque toutes les sorties Al à An sont à un potentiel nul. Si par exemple on doit régler à une valeur constante une temperature à 1 'aide d'éléments de puissance constitués par des éléments chaufrants. le compteur 3, au moment du branchement-de l'installation, est tout d'abord ramené à zéro. Le générateur d'impulsions de comptage délivre alors, en fonction de la différence existant entre le signal d'entrée et le signal de référence des impulsions de comptage grace auxquelles les différents échelons de chauffage sont mis en service les uns à la suite des autres jusqu'a ce cue par exemple la totalité de l'installation soit en service après environ 3 minutes. De nouvelles impulsions de comptage sont arrêtées par l'étage de blocage 29.Plus la température s'approche de la température souhaitée, et plus est faiblela fréquence des impulsions de comptage jusqu'à ce que cette fréquence devienne nulle dans le domaine de la zone neutre. Si la température de la pièce dépasse la valeur souhaitée, compte tenu de la zone neutre, de nouvelles impulsions de comptage sont alors délivrées et à peu près au milieu de la zone neutre le sens du comptage est inversé. Désormais, les différents échelons sont petit à petit ms hors service jusqu'à ce que soit atteinte la ouissance nécessaire pour maintenir à sa valeur correcte la température. On obtient alors un réglage entre deux points dans lequel en fonctionnement stationnaire la commutation ne se fait plus al ternativement qu'entre deux échelons voisins. Le nombre n peut etre choisi à volonté. Par exemple, au lieu des quatre éléments de puissance utilisés ici, il serait possible aussi de commander six éléments de puissance. Dans de nombreux cas, on peut pour cela ut-iliser le même dispositif de réglage par échelon et le même compteur binaire. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui ont été plus spécialement envisagés , elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de réglage par échelon destiné à plusieurs éléments de puissance, dont la puissance diffère chaque fois d'un facteur 2 et dont, en fonction d'un signal d'entrée, on peut mettre en service une combinaison correspondant chaque fois à un chiffre binaire, lequel dispositif se caractérise en ce qu'il comporte : un compteur binaire réversible (3), dont les sorties (A1 à An), associées chacune à une position binaire, commandent chacune un des éléments de puissance (HI à Hn) , et un montage de commande (14, 15) qui délivre au compteur des impulsions de comptage tant que, en dehors d'une zone neutre tut), le signal d'entrée tVi) diffère d'un signal de référence tVr) et qui, en fonction du signe de la différence entre le signal d'entrée et le signal de référence, commande le sens dans lequel le compteur doit compter. 2. Dispositif de réglage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le montage de commande comporte un générateur t14) d'impulsions de comptage qui délivre les impulsions de comptage, compte tenu de la zone neutre tUz), en fonction de la valeur absolue de la différence entre le signal d'entrée (V.) et le signal de référence (Vr) et un transmetteur de signal (153 qui, en fonction du signe de cette différence, délivre un signal indiquant le sens dans lequel doit se faire le comptage. 3. Dispositif de réglage selon l'une quelconque des re indictions 1 ou 2, caractérisé en ce que la fréquence (f) des impulsions de comptage va en croissant lorsque croît la différence entre le signal d'entrée (Vi) et le signal de référence tVr). 4. Dispositif de réglage selon a revendication 3, caractérisé en ce que le générateur t14) d'impulsions de comptage comporte : un condensateur (C53 qui peut être chargé par un générateur de courant (19 fournissant un courant fonction du signal d'entrée (Vi) et du signal de référence tVr) : un comparateur (22) qui compare à une valeur limite la tension aux bornes du condensateur et délivre les impulsions de comptage ; et un trajet de décharge (24) situé entre le condensateur et la sortie du comparateur 5.Dispositif de réglage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le générateur de courant (19) comporte deux transistors tTr1 et Tr2) dont les collecteurs sont reliés au condensateur tC5) tandis que sont reliés à l'une (13) des entrées de signaux d'une part la base du second transistor et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une résistance d'émetteur (R6), l'émetteur du premier transistor et que la base du premier transistor et l'émetteur du second transistor sont reliés à un point de jonction t21) qui, par l'intermédiaire d'une résistance tu7), est connecté à l'autre entrée de signaux t18) et, par l'intermédiaire d'une diode tD4) orientée en sens inverse du trajet base-émetteur du second transistor et d'un-e résistance tR8) d'un diviseur de tension, à la première entrée de signaux t13), 6, Dispositif de réglage selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'une résistance tR53 est montée en parallèle avec le condensateur tC53. 7. Dispositif de réglage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif de rappel (18) qui remet dans son état initial le compteur (3) en sorte qu'après branchement sur la tension d'alimentation, il recommence à compter à partir de zéro. 8. Dispositif de réglage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de rappel t16 ) délivre, au moment du hranchoment, un signal de rappel limité dans le temps. 9. Dispositif de réglage sel-on l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le dispositif de rappel t16) comporte un montage en série, comportant une résistance (R19) et un condensateur (C8), qui est alimenté par une tension tVr) dépendant de la tension d'alimentation et en ce que les deux extrémités de la résistance sont reliées aux deux entrées d'une porte NON-ET (28) à la sortie de laquelle peut être prélevé le signal de rappel. 10. Dispositif de réglage selon la revendication 9, caractérisé en ce que la résistance Cl19) est pontée par une diode (07) dont la polarité est opposée au sens dans lequel se charge le condensateur. 11. Dispositif de réglage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, sur le-trajet de transfert t25) des impulsions de comptage, est prévu un étage de blocage t293 qui reçoit un signal de blocage lorsque, en présence d'un signal de sens decomptage en croissant, apparaît le chiffre binaire correspondant à l'échelon de puissance maximal ou lorsque, en présence d'un signal de sens de comptage en décroissant, apparait le chiffre binaire correspondant à l'échelon de puissance minimal.