Brevet FR2450482A1 — publié le 19800926

L'invention concerne un dipôle électronique régulateur de courant d'une ligne alimentée en courant continu, permettant notamment de compenser automatiquement des pertes en ligne. Les dispositifs de régulation de courant existants ont pour principal inconvénient de n'être efficaces que dans une gamme de tension très limitée. Un autre inconvénient de ces dispositifs est de comporter des éléments générateurs de courant qui ont une grande dispersion dans les caractéristiques et qui nécessitent un réglage individuel ce qui rend difficile la reproduction du dispositif. Un autre inconvénient de ces dispositifs est, en général, leur sensibilité aux variations de température. L'invention propose un dispositif de régulation qui remédie à ces inconvénients. Il s'agit d'un dipôle électronique simple, très peu encombrant, peu croûteux, autoalimenté et reproductible sans règlage qui réalise une excellente régulation pour une intensité de courant pouvant atteindre quelques centaines de milliampères dans une gamme de tension dont la valeur maximale peut être élevée. Selon une caractéristique de l'invention, le dipôle électronique comporte d'une part un élément amplificateur de courant, équivalent à un transistor, dont le collecteur est connecté directement à une première borne du dipôle, dont la base est reliée à cette première borne par l'intermédiaire de deux résistances en série, une première reliée à la base et une deuxième reliée à la première borne, et est reliée à la seconde borne du dipôle par l'intermédiaire d'un premier élément régulateur de tension, et dont l'émetteur est relié à la seconde borne du dipôle par l'intermédiaire dtune troisième résistance, d'autre part un second élément régulateur de tension qui relie l'émetteur de l'élément amplificateur de courant et le point commun à la première et à la deuxième résistances. Les objets et caractéristiques de la présente invention apparaltront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels la figure la represente un schéma de principe du dipôle la figure lb représente l'allure du courant I qui circule dans le dipôle, représenté à la figure la, en fonction de la tension V entre ses bornes la figure 2a représente un schéma du dipôle amélioré selon l'invention la figure 2b représente l'allure du courant I en fonction de la tension V dans le cas du dipôle représenté à la figure 2a. La figure la donne un schéma de principe du dipôle. Le dipôle est connecté à la ligne par une borne 1 d'entrée et une borne 2 de sortie. Il comporte un élément amplificateur de courant qui est un transistor 3 de type NPN dont le collecteur est relié directement à la borne 1, dont la base est reliée à cette rnême borne 1 par l'intermédiaire d'une résistance 4 et dont l'émetteur est relie à la borne 2 par l'intermédiaire d'une résistance 5. Le dipôle comporte également un élément régulateur de tension qui est une diode 6 de type Zener dont l'anode est reliée à la borne 2 et la cathode à la base du transistor 3. La figure lb représente schématiquement l'allure du courant I qui circule dans le dipôle en fonction de la tension V entre ses bornes. Le courant I est nul tant que la tension V est inférieure à la tension base-émetteur VBE du transistor 3. Puis le courant I croit jusqu'à atteindre la valeur Io de régulation pour une tension de seuil Vs. Cette valeur Io est celle à laquelle on désire réguler le courant. Pendant cette première partie de la courbe, la diode Zener 6 ne conduit pas ; le seuil Vs correspond au début de conduction de la diode Zener 6 dont la tension de Zener est désignée par Vz dans la suite. Ce seuil Vs a pour Io valeur Vz + R4 x ss, R4 étant la valeur de la résistance 4 et ss le gain en Vz - VBE courant du transistor 3. Le courant lo est égal à Vz - VBE , R5 étant la valeur R5 de la résistance 5 ; c'est donc la valeur de cette résistance qui fixe la valeur lo du courant de régulation. Le dipôle représenté à la figure la régule le courant I si la tension V est supérieure à Vs. Pour être tout à fait précis, le courant I est égal à la somme du courant Il traversant la résistance 5 et du courant I2 traversant la diode 6 Vz - VBE avec I1 = Io = R5 V - Vz - Io et I2 = R4 ss+1 . Le courant I est donc égal à I1 + I2, c'est-à-dire : I = I1 + I2 = ss Io + V - Vz . ss + 1 R4 Le gain en courant ss étant grand devant 1, le coefficient ss est très ss + 1 voisin de 1 et le courant I est pratiquement égal à Io + V-Vz . R4 V - Vz La régulation est donc valable tant que le terme R4 peut être négligé devant Io. Pour avoir la meilleure régulation possible, il faut prendre une résistance 4 de très grande valeur R4, mais au détriment du seuil Vs. Pour avoir une excellente régulation et sur une gamme plus large, on apporte une amélioration au principe représenté à la figure la. Le dipôle amélioré est représenté à la figure 2a. La résistance 4 est divisée en deux résistances 7 et 8, la résistance 8 étant celle qui est reliée directement à la base du transistor 3. De plus, le dipôle comporte un second élément régulateur de tension qui est une seconde diode Zener 9 dont l'anode est reliée à l'émetteur du transistor 3 et dont la cathode est reliée au point commun aux résistances 7 et 8. Le diagramme de la figure 2b représente le courant I circulant dans le dipôle de la figure 2a, en fonction de la tension V aux bornes de ce dipôle. Le courant I est toujours nul tant que la tension V est inférieure à la tension base-étpetteur VBE du transistor 3. Puis il croît jusqu a atteindre la valeur Io pour une tension de seuil bas Vmin. Pendant cette premiere phase, la diode Zener 6 ne conduit pas : le seuil bas Vmin correspond au début de la conduction et il a pour valeur Io Vz + (R7 + R8) ss, R7 et R8 étant respectivement les valeurs des résistances 7 et 8. Le courant Io est égal sensiblement à VZ - VBE et R5 la R5 valeur de la résistance 5 fixe la valeur Io à laquelle le courant I doit être régulé. Au-delà du seuil Vmin, dans une deuxième phase,la diode Zener 9 ne conduit pas et le fonctionnement du dipôle de la figure 2a est identique à celui du dipôle de la figure la, la résistance 4 étant remplacée par les ss V - Vz résistances 7 et 8 ce qui donne un courant I égal à ss + 1 . Io + R7 + R8 . Une troisième phase commence avec le début de la conduction de la diode Zener 9, c'est-à-dire quand V atteint la valeur V' égale à Vz + (Vz' - VBE) (I + R7/R8). Pendant cette troisième phase, le courant I est égal à I = I1 + 12 = Io + Vz' - VBE - Ib, Ib étant le courant de base R8 du transistor 3 et étant égal à 1 (Io - V + VBE - Vz - Vz') . ss + 1 R7 D'où I = ss Io + Vz' - VBE + V + VBE - Vz - Vz' ; dans cette expression ss + 1 R8 (ss+1) R7 V du courant I, le seul terme variable est (ss + 1) R7 et il est négligeable car ss est grand. La tension V continuant d'augmenter au cours de cette troisième phase, le courant I reste constant car le courant excédentaire est dérivé dans la résistance 5 de régulation par l'intermédiaire de la seconde diode Zener 9. La régulation est valable jusqu a ce que le courant de pont de la résistance 7 atteigne la valeur Io, le transistor 3 ne conduisant plus à partir de cette limite. A partir de la valeur de tension Vmax égale à Vz + Vz' - VBE + P7Io une quatrième phase commence pendant laquelle le transistor 3 est bloqué et il n'y a plus de régulation, le courant croissant linéairement avec la tension V (I + V (R5 + R8) - Vz.R5 - Vz'.R8). R5.R7 + R7.R8 + R5.R8 Dans la pratique, on pourra prendre Vz = Vz'. La valeur de Vmax désirée est obtenue en prenant Vmax + VBE - Vz - Vz' R7 = . Io D'autre part, il faudra avoir R8 inférieure ou égale à 13min. (Vz' - VBE), Io 13min étant le gain en courant minimum du transistor 3, et beaucoup plus Vz' - VBE grande que Io . En outre, la sensibilité du dipôle aux variations de température est d'autant plus réduite que la tension Vz est choisie grande devant la tension VBE. Les techniques habituelles de compensation de la dérive de VBE peuvent etre mises en oeuvre dans tous les cas. Dans l'exemple décrit, la valeur Io de régulation du courant est de l'ordre de quelques dizaines de milliampères, si l'on désire réguler des courants plus forts de l'ordre de quelques centaines de milliampères on utilise deux transistors en montage Darlington comme élément amplificateur de courant. Grâce à un dipôle conforme à l'invention, on obtient une excellente régulation dans la gamme de tension choisie avec la possibilité d'un seuil de tension haut Vmax élevé. D'autre part, ce circuit très simple, peu encombrant et peu couteux, puisqu'il ne comporte que six composants, est autoalimenté et peut, par exemple, être inséré dans un pont de diodes. Ce dipôle peut être utilisé, notamment pour compenser automatiquement des pertes en ligne. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec des exemples particuliers de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dipôle électronique régulateur de courant, comportant un élément arr plificateur de courant, équivalent à un transistor, dont le collecteur est connecté directement à une première borne du dipôle, dont la base est reliée à cette première borne par l'intermédiaire de deux résistances en série, une première reliée à la base et une deuxième reliée à la première borne, et est reliée à la seconde borne du dipôle par l'intermédiaire d'un premier élément régulateur de tension, et dont l'émetteur est relié à la seconde borne du dipôle par l'intermédiaire d'une troisième résistance, caractérisé en ce qu'il comporte un second élément régulateur de tension qui relie l'émetteur de l'élément amplificateur de courant et le point commun à la première et à la deuxième résistance. 2. Dipôle électronique régulateur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément amplificateur de courant est un transistor. 3. Dipôle électronique régulateur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément amplificateur de courant est constitué par deux transistors en montage Darlington. 4. Dipôle électronique régulateur de courant selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que chacun des éléments régulateurs de tension est une diode Zener, la première ayant son anode reliée à la seconde borne et sa cathode reliée à la base de l'élément amplificateur de courant et la seconde ayant son anode reliée à l'émetteur de ltelément amplificateur de courant et sa cathode reliée au point commun à la première et à la seconde résistance.