Brevet FR2418605A1 — publié le 19790921

La présente invention concerne d'une manière générale un dispositif de commande de mise sous tension et de variation de l'intensité du courant d'alimentation d'une charge électrique quelconque et en particulier, mais non exclusivement, d'une source lumineuse. Plus specifiquement,l'invention a trait à un dispositif permettant une telle commande combinée (mise sous tension et variation d'intensité) par simple toucher direct, par une partie du corps de l'utilisateur, d'un élément extérieur relié électriquement aux circuits de commande de la charge électrique. L'invention sera décrite dans une application a la commande de l'allumage, de l'extinction et de la variation d'intensité lumineuse d'une source lumineuse, mais il est bien évident qu'elle couvre toute autre application dans laquelle on veut commander la variation de la puissance disponible sur une charge électrique quelconque. On connait depuis longtemps des dispositifs gradateurs de lumière permettant de modifier l'intensité lumineuse d'une lampe par exemple. Ces dispositifs sont constitués par de simples potentiomètres ou des commandes en fonction de temps par boutonpoussoir. Ils n'assurent que cette fonction et ne permettent pas de commander également l'allumage ou l'extinction que nécessitent un dispositif interrupteur ou commutateur distinct. La présente invention a pour but de réaliser d'une manière ;générale un dispositif unique assurant la commande de la mise sous tension et hors tension d'une charge électrique quelconque ainsi que de la variation de la puissance disponible sur ladite charge. A cet effet, l'invention, suivant son aspect général, a pour objet un dispositif de commande de la mise sous et hors tension d'une charge électrique et de la variation de la puissance disponible sur cette charge, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de puissance commandant l'envoi de courant électrique vers ladite charge, relié à une source d'énergie électrique, un circuit de commande du taux d'utilisation de la puissance disponible aux bornes de ladite source, relié audit circuit de puissance, et un circuit détecteur de toucher relié au circuit de commande dudit taux d'utilisation et connecté électriquement à une surface dite sensible de forme et d'emplacement appropriés. Suivant une application intéressante de l'inventiontla charge électrique est une source lumineuse. Le circuit de puissance est avantageusement constitué par un semi-conducteur commandé dont l'électrode est connectée audit circuit de commande du taux d'utilisation de la puissance électrique disponible, lequel circuit de commande dudit taux est un circuit de commande du facteur de conduction ou de l'angle de déclenchement du semi-conducteur commandé. Suivant un premier mode de réalisation, le circuit de commande du facteur de conduction du semi-conducteur commandé est constitué par un déclencheur à seuil connecté audit circuit détecteur de toucher et dont la sortie commande l'envoi d'impulsions de fréquence déterminée dans un compteur, un générateur de courant relié au compteur et susceptible de délivrer un courant dont l'intensité est fonction du compte dans le compteur, un générateur de rampe alimenté par le courant dudit générateur, monté en comparateur et déclenchant le semi-conducteur commandé et relié à l'électrode de commande de celui-ci et un circuit à bascule interposé entre le déclencheur à seuil et le compteur et destiné à remettre à zéro le compteur et, dans une première position, autorisant l'allumage et, dans une seconde position, bloquant le semi-conducteur commandé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'une application particulière à la commande d'un luminaire, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels: Figure 1 représente le schéma de principe général du dispositif de l'invention; Figure 2 représente le schéma électrique d'un mode de réalisation du circuit détecteur de toucher du dispositif de la fig.lf Figure 3 représente le schéma électrique d'un mode de réalisation du circuit d'alimentation, du circuit de commande de puissance du dispositif de la fig.l, et d'une partie du circuit de commande du facteur de conduction du semi-conducteur commander;; Figure 4 représente une autre partie du circuit de commande du facteur de conduction du semi-conducteur commandé du circuit de puissance de la fig. 3. D'une manière générale, le dispositif selon l'invention comporte (fig. 1) un circuit de commande de puissance P chargé d'alimenter une charge électrique quelconque, par exemple une ampoule électrique. Le but de l'invention est de commander par les mêmes circuits à la fois la mise sous tension ou hors tension de ladite charge et l'application à cette charge de tout ou partie de l'é- nergie électrique disponible fournie par une source appropriée. Plus précisément, dans le cas où la charge est une ampoule électrique ou plus généralement une source lumineuse, l'invention réside dans la commande de l'allumage ou de l'extinction de la source lumineuse ainsi que de la variation de l'intensité lumineuse. Le circuit de commande de puissance P est relié bien en -tendu à la source d'énergie électrique par l'intermédiaire d'un circuit d'alimentation A également relié aux autres circuits du dispositif. Ces autres circuits sont la logique L d'asservissement du circuit de commande de puissance P, le circuit détecteur de toucher DT relié au circuit L et à une surface sensible et un circuit de mise à la terre T. La surface sensible est constituée par un élément matériel dont la forme et les dimensions peuvent être variables ainsi que son emplacement, suivant les applications envisagées. Cet élément doit être conducteur électriquement sans être nécessairement métallique. Dans le cas de la présente application à une source lumineu se1 cette surface sensible peut être constituée par exemple par tout ou partie du châssis extérieur métallique d'un luminaire. La fonction du circuit logique L est, au premier contact, détecté par le circuit DT, d'une partie, par exemple un doigt,du corps de l'utilisateur, sur ladite surface sensible déclencher la mise sous tension de la source lumineuse. Au contact suivants la logique L provoquera l'extinction de la source. Quant à la variation d'intensité lumineuse, elle sèra obtenue en maintenant le contact d'allumage suffisamment longtemps pour provoquer une diminution progressive de l'intensité alumineuse. Cette diminut-ion sera stoppée par la cessation du contact, l'intensité lumineuse se stabilisant alors au niveau atteint à l'instant où l'utilisateur cesse de toucher la surface sensible. Les figures 2 à 4 illustrent un mode de réalisation parti culier des circuits fondamentaux du dispositif de la figure 1. La figure 2 représente le schéma d'un mode de réalisation du détecteur de toucher DT. Ce détecteur est constitué d'un oscillateur moyenne fréquence à résistance dynamique négative comprenant un premier transistor à effet de champ 1 monté en drain commun et dont la source est polarisée par une résistance 2 et découplée par un condensateur 3, et un circuit oscillant self 4-condensateur 5. L'entrée de l'oscillateur est reliée à travers un condensateur 6 à une borne 7 connectée à la surface sensible du dispositif constituée par exemple par le châssis ou la carcasse métallique (non représenté) d'un dispositif lumineux ou luminaire. Le circuit oscillant self 8-condensateur 9 est un circuit bouchon mettant à la terre T (borne de mise à la terre 10) les fréquences à 50 hz (ou 60 hz). Le condensateur 11 accorde le circuit bouchon 8-9 à celui de 1'oscillateur (4-5). Un second transistor à effet de champ 12, monté lui aussi en drain communfpermet de recueillir et d'amplifier, à travers un condensateur 13, le signal alternatif delivré par l'oscillateur. Un transistor 14 permet de délivrer à la borne St un signal de tension OV lorsque le transistor est saturé et de tension sensiblement égale à +12 V lorsqu'il est bloqué. Ce transistor 14 est pré-polarisé par un pont de résistances amenant sa base à une tension de 0,5 V, Un condensateur entre la masse et le collecteur de transistor 14 évite les rebonds de commutation. Les transistors 1, 12 et 14 peuvent être avantageusement remplacés par un circuit intégré remplissant les mêmes fonctions. Sur la figure 3,on a représenté en 15 et 16 deux bornes d'alimentation en énergie électrique du dispositif. Ces deux bornes sont reliées au secteur alternatif 220V 50 hz par exemple. Le courant alternatif est redressé par un pont à diodes D1 à D4 et envoyé à la charge (source lumineuse) par l'intermédiaire d'un triac 17 et d'une diode évitant que les déphasages du circuit d'antiparasitage change la forme de l'onde d'alimentation. La self 18 et le condensateur 19 constituent une cellule d'antiparasitage. Puisqu'il s'agit d'un courant alternatif redressé, on pourrait également utiliser un thyristor ou un semi-conducteur commandé d'une manière plus générale. L'électrode de commande ou gachette du triac 17 est reliée par une résistance 20 à un thyristor d'amorçage formé par deux transistors 22-23 montés tête-bêche. Les résistances 24-25 constituent le circuit de synchroni station interposé entre l'alimentation (pont à diodes D1 à D4) et le circuit de commande du facteur de conduction du triac 17. Les potentiels OV et 12V sont fournis par le pont de diodes à travers une résistance chutrice 26 et une diode de régulation. Une diode 27 permet de dissocier la tension filtrée de celle non filtrée et contribue à la synchronisation. Sur la figure 3,on a représenté une petite partie du circuit de commande du facteur de conduction du triac, dont la partie principale est représentée à la figure 4. Ce circuit comprend (figure 4) un déclencheur à seuil (trigger de Schmitt) formé par deux portes NON-ET 28 et 29 recevant le signal présent sur la borne St (sortie du détecteur de toucher de la figure 2). Ce déclencheur à seuil est un circuit de mise en forme. Entre l'entrée et la sortie du déclencheurlune cellule résistancecondensateur joue le rôle d'une réaction énergique, et une résistance (entre St et 28) introduit une légère hystérésis dans le déclencheur. La sortie du déclencheur à seuil est reliée à l'entrée d'horloge d'une première bascule JK 30 et à l'entrée de validation d'une seconde bascule JK 31. L'entrée d'horloge de la seconde bascule 31 est reliée à la borne 15 du secteur alternatif. La bascule 31 constitue un générateur d'impulsions de co1p- tage et alimente par sa sortie Q un compteur formé de deux compteurs binaires 4 bits 32 et 33 montés en cascade. Les sorties des étages (Al-Dl et A2-D2) des compteurs 32 et 33 délivrent à travers des résistances 34 à 41 un signal de tension constante mais d'intensité proportionnelle au contenu des compteurs. Ce signal, disponible en 42, est appliqué a un transistor 43 sommateur de courant (figure 2) qui alimente un générateur de rampes formé par la résistance 44 et le condensateur 45 et commandant le thyristor 22-23. L'ensemble des résistances 34 à 41 forme ainsi avec le transistor 43 un convertisseur numériqueanalogique. La première bascule 30 assure par sa sortie Q la remise à zéro des deux compteurs 32 et 33 et est également reliée à un circuit constitué par une diode de Zener 46, une résistance 47 et une porte NON-ET 48;et une résistance 49,et chargé de détecter l'appa rition de la tension d'alimentation du montage. L'ensemble des composants 30 et 46 à 49 constitue le circuit de remise à zéro des compteurs 32,33. La sortie inverseuse 50 (Q) de la bascule 30 est connectée à un circuit inhibiteur (figure 3) du thyristor 22-23 formé par une résistance 51 et une diode 52. Enfin, les deux dernières sorties du compteur 33 sont reliées à une porte NON-ET 53 de blocage du comptage reliée à la bascule 31. Les circuits ci-dessus sont de préférence des circuits intégrés réalisés en technologie LOC-MOSce qui a l'avantage de consommer très peu de courant. Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le suivant. Au premier toucher, à l'aide d'un doigt par exemple, de la carcasse métallique du dispositif lumineux (borne 7), la source lumineuse s'allume avec l'intensité maximale. Au toucher suivant, la source lumineuse s'éteindra. La modification de l'intensité lumineuse s'opère de la même manière, à savoir, lorsque l'on touche la carcasse pour allumer le dispositifton maintient le contact. On voit alors l'intensité lumineuse décroître régulièrement. Lorsque le niveau d'éclairage désiré est atteint, on supprime le contact et l'intensité lumineuse se maintient au niveau qu'elle avait à l'instant de la cessation du contact. Un nouveau toucher provoquera l'extinction de la source lumineuse. En effet, en touchant la surface sensible reliée à la borne 7,le transistor 14 se désature et la borne St passe sensiblement au potentiel +12 V. En cessant le contact, le transistor 14 se sature et la borne St passe au potentiel OV. Pour allumer, on touche donc ladite surface sensible. Le signal St passe à 1 (+12 V) et déclenche le trigger de Schmitt 2829 qui autorise la bascule 31 à transmettre les impulsions du secteur 50 hz provenant de la borne 15 aux compteurs 32 et 33. En même temps1 le déclencheur à seuil 28-29 positionne la bascule 30 de manière que la sortie inverseuse 50 autorise l'allumage de la source lumineuse. En supposant que l'on maintienne le contact avec la surface sensible (borne 7)les compteurs 32 et 33 vont se remplir au rythme des impulsions 50 hz. Au fur et à mesure que les compteurs se remplissent, le courant disponible à la borne 42 s'accroît par paliers (signal en escalier), ce qui a pour effet de faire varier selon le contenu du compteur la tension sur le collecteur du transistor 43. Ce transistor 43 est polarisé par une résistance 53 de collecteur, une résistance de contre-ractkon base-collecteur 54 agissant sur sa base et une résistance réglable 55 de désaturation. Le réglage de cette résistance 55 préàtermine le niveau le plus bas d'intensité lumineuse. Une diode 56 assure la liaison de cet étage avec l'étage de commande du triac 17 et évite au condensateur 45 de se décharger à travers le transistor 43. Le transistor 43 pré-charge le générateur de rampes 44-45 à une valeur proportionnelle à l'intensité du signal en 43. Ce signal de pré-charge du générateur 44-45 est insuffisant 8 lui seul pour déclencher la conduction du thyristor 22-23, mais l'application de chaque demi-alternance du secteur au thyristor va se cumuler avec ce signal de pré-charge et provoquer la conduc tison du thyristor avec un retard sur l'apparition de chaque demialternance d'autant plus faible que ledit courant de pré-charge tera plus élevé. Si donc l'on retire le doigt de la surface sensible (borne 7) très vite, les compteurs se seront très peu chargés. Le courant en 42 sera à un niveau encore très haut provoquant un courant de pré-charge important entraînant un faible retard entre l'apparition de chaque demi-alternance du secteur et le déclenchement du triac 17 par le thyristor 22-23, et, par suite, un allumage de la source lumineuse avec la puissance pratiquement maximale. Si, au contraire, on prolonge le contact en 7, le compte dans les compteurs stáccroit. Le niveau du courant en 42 augmente1 ce qui entraîne un niveau de pré-charge inférieur du générateur de rampes 44-45 et donc un retard plus important entre les demi-alternances et les conductions du triac 17, c'est-à-dire une intensité lumineuse réduite. A l'instant où l'on cesse le contact en 711a borne St passe en 0. La bascule 31 n'est plus autorisée à alimenter les compteurs 32-33. Les compteurs 32-33 sont bloqués dans l'état dans lequel ils se trouvent,en sorte que l'intensité lumineuse demeure au niveau auquel elle se trouvait au moment de la cessation du contact. Un nouveau contact avec la surface sensible (borne 7) mettra la bascule 30 dans sa position de remise à zéro des compteurs. Les compteurs 32-33 comptent jusqu'au nombre binaire 11000 000 du fait de la porte 53 qui bloque le comptage lorsque ce nombre est atteint. On dispose donc de 192 niveaux,ce qui donne un temps de comptage d'environ 4 secondes. La variation d'intensité lumineuse se fait par des paliers qui sont relativement faibles,en sorte que la variation semble linéaire. On peut avantageusement prévoir un circuit de temporisation retardant l'instant du démarrage du comptage par rapport à l'instant du contact en 7 afin de ne pas entraîner trop tôt la décroissance de l'intensité lumineuse. La capacité des compteurs peut bien entendu être accrue si le besoin s > en fait sentir. On peut bloquer l'intensité lumineuse à une valeur minimale en réglant en conséquence une résistance potentiométrique 53 dans le circuit de commande du transistor 43. Le circuit formé par les composants 46 à 49 permet d'être sûr que l'on sera automatiquement dans l'état d'extinction de la source lumineuse lors de la mise sous tension du dispositif. En effet, à la mise sous tension, la tension.d'alimentation est appliquée aux bornes de la diode de Zener 46. Dès que l'on atteint le seuil de déclenchement, soit 5 V environ, la tension aux bornes de 46 reste à 5 V et la tension aux bornes de la résistance 47 croît usqu'à la commutation de la porte 48 qui positionnait la bascule 30 dans un état tel que par sa sortie 50 elle bloque l'allumage de la source lumineuse. I1 en est de même en cas de coupure de l'alimentation secteur. En vue d'augmenter la sécurité d'utilisation du dispositif, il est intéressant de relier la borne 10 à la terre. Le circuitbouchon 8-9 qui est accordé sur la fréquence de I'oscillateur du circuit de la figure 2 est ainsi relié à la terre. Dans ce cas,la section du fil constituant la self 8 étant satisfaisante, toute présence de tension de fréquence autre que celle d'oscillation sera dérivée à la terre.Ce système est particulièrement avantageux d-ans le cas d'un court-circuit extérieur ou intérieur au dispost- tif qui ferait apparaitre une tension dangereuse sur la surface sensible (connectée à la borne 7), car celle-ci serait automatiquemént dérivée à la terre Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes. C'est ainsi que les impulsions de comptage peuvent non pas provenir du secteur redressé mais d'une source autonome d'impulsions de fréquence appropriée. Par ailleurs, les circuits du générateur de courant et du générateur de rampes peuvent être remplacés par des circuits effectuant des fonctions dont le résultat serait analogue. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessusXla variation d'intensité lumineuse s'effectue par décroissance à partir d'une valeur maximalemais elle pourrait tout aussi bien s'opérer par croissance à partir d'une valeur minimale ou encore cycliquement par croissance puis décroissance (ou inversement) et arrêt en fin de cycle. La surface sensible de commande peut se trouver à distance du luminaire commandé et séparée physiquement de celui-ci. Elle peut être fixée sur une paroi,par exemple à côté d'une porte, ou disposée en un endroit quelconque le long du fil d'alimentation du. luminaire. Enfin, la charge électrique commandée peut être un moteur dont on pourrait ainsi commander la mise en marche, l'arrêt et sa vitesse de rotation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de la mise sous et hors tension d'une charge électrique et de la variation de la puissance disponible sur cette charge, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de puissance commandant l'envoi de courant électrique vers ladite charge, relié à une source d'énergie électrique, un circuit de commande du taux d'utilisation de la puissance disponible aux bornes de ladite source, relié audit circuit de puissance et un circuit détecteur de toucher relié au circuit de commande dudit taux d'utilisation et connecté électriquement à une surface dite sensible de forme et d'emplacement appropriés. 2. Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit de puissance est constitué par un semi-conducteur commandé dont l'électrode est connectée audit circuit de commande du taux d'utilisation de la puissance électrique disponible, lequel circuit de commande dudit taux est un circuit de commande du facteur de conduction ou de l'angle de déclenchement du semiconducteur commandé. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de commande du facteur de conduction du semiconducteur commandé est constitué par un déclencheur à seuil connecté audit circuit détecteur de toucher et dont la sortie commande l'envoi dtimpulsions de fréquence déterminée dans un compteur, un générateur de courant relié au compteur et susceptible de délivrer un courant dont l'intensité est fonction du compte dans le compteurssun un générateur de rampes alimenté par le courant dudit générateur, monté en comparateur et déclenchant le semi-conducteur commandé et relié à l'électrode de commande de celui-ci, et un circuit à bascule interposé entre le déclencheur à seuil et le compteur et destiné à remettre à zéro le compteur et, dans une première position, autorisant l'allumage et, dans une seconde position, bloquant le semi-conducteur commandé. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les impulsions envoyées dans le compteur sont issues du secteur alternatif d'alimentation. 5. Dispositif suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le générateur de courant est constitué par une série de résistances reliées, d'une part, chacune à un étage du compteur et, d'autre part, à un organe de sommation formé par un transistor par exemple, et alimentant ledit générateur de rampes. 7. Dispositif suivant l'une des revoendications 3 à 6, ca caractérisé en ce que le générateur de rampes est constitué par un réseau formé d'une résistance et d'un condensateur connecté à un thyristor d'amorçage du semi-conducteur commandé. 8. Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 7, ca caractérisé en ce que le circuit à bascule comprend une première bascule dont une première position commande la remise à zéro du compteur et dont une second position commande le verrouillage de la commande du semi-conducteur commandé et une seconde bascule d'autorisation de l'envoi des impulsions de comptage dans le compteur, les deux bascules étant reliées audit déclencheur à seuil. 9. Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le compteur comporte des moyens pour arrêter l'envoi des impulsions de comptage dans le compteur lorsque le compte de celui-ci atteint un niveau prédéterminé. 10. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 9, ca ractérisé en ce que ledit circuit détecteur de toucher est constitué par un oscillateur moyenne fréquence à résistance dynamique négative dont l'entrée est reliée à ladite surface sensible par l'intermédiaire d'un circuit-bouchon accordé sur la fréquence de l-'oscillateur et également relié à la terre. 11. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la charge électrique est une charge résistive. 12. Dispositif sui vant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la charge électrique est une charge inductive.