Brevet FR2476923A1 — publié le 19810828

L'invention a pour objet un dispositif apte à engendrer à partir d'une tension d'entrée, une tension de sortie égale au produit de la tension d'entrée par une fonction exponentielle du temps dont la constante de temps soit réglable jusqu'à des valeurs qui peuvent atteindre plusieurs heures. Une application d'un tel dispositif est la simulation de 1'échauffement ou du refroidissement d'une charge, obtenue sans effectuer aucune mesure de température. Cette charge peut être cons tituée par un élément chauffant, les pertes Joule dans une machine tournante ou dans un composant semi-conducteur et autres, dont il s'agit par exemple d'assurer la protection. Il est connu d'engendrer une tension variable exponentiellement en fonction du temps au moyen de la charge ou de la décharge d'un condensateur à travers une résistance, mais cette solution ne s'applique qu'à l'obtention de constantes de temps relativement faibles, inutilisables dans les applications envisagées. Suivant l'invention, on effectue la charge et/ou la décharge d'un condensateur à travers une résistance en série avec un interrupteur-découpeur commandé par des impulsions périodiques de durée reglable. La constante de temps de charge ou de décharge, définie par le produit de la résistance par la capacité, se trouve ainsi sensiblement multipliée par le rapport entre la période et la durée des impulsions. Les diverses particularités, ainsi que les avantages de l'- invention, apparaitront clairement à la lumière de la description ci-après. Au dessin annexé La figure 1 est le schéma de principe d'un dispositif de simulation d'un échauffement et d'un refroidissement, conforme à un mode d'exécution préféré de l'invention et, La figure 2 représente les formes d'ondes en différents points des circuits du dispositif de la figure 1. En mode A, le dispositif de la figure 1 comprend un interrupteur-découpeur I1 auquel on applique la tension d'entree continue variable E, relié par une résistance R1 à un condensateur C. La tension aux bornes du condensateur C est appliquée à un amplificateur A de gain unité et d'impedance d'entrée infinie. La sortie S de l'amplificateur A est reliée à une entrée d'un comparateur CP, dont l'autre entrée est directement reliée à E. Ce comparateur est agencé pour fournir, à un opérateur logique inverseur Io, un niveau logique 1 lorsque E > S et un niveau logique 0 si E C S. Un générateur GC de signaux carrés UO est relié à deux en trées de deux portes ET(ET1 et ET2); l'autre entrée de ET1 est reliee à la sortie de CP et l'autre entrée de ET2, à la sortie de Io. Les sorties de ces deux portes sont respectivement connectées à des générateurs G1, G2 d'impulsions de durées programmables, la programmation étant obtenue au moyen d'organes programmateurs, P1 et P2 respectivement. Ces impulsions, U1 et U2 respectivement, sont synchrones avec les fronts montants de UO (figure 2) et respectivement appliquées aux bornes de commande de l'interrupteurdécoupeur I1 et d'un second interrupteur-découpeur 12. Ce dernier est connecte, en série avec une résistance R2, entre les bornes du condensateur C. Un organe d'alimentation At, pilote par le réseau, alimente tous les circuits du dispositif. En cas de coupure du réseau, un condensateur réservoir ou une batterie d'accumulateurs en tampon, prévus dans l'organe Al, assure l'alimentation pendant un certain temps. Lorsque E > S, la porte E.T2 est fermée, mais la porte ET1 est ouverte et transmet les signaux carrés UO au générateur G1, qui fournit alors à l'interrupteur I1 les impulsions U1 de durée programmee T1. Pendant la durée de chacune de ces impulsions, I1 se ferme, ce qui provoque la charge progressive, par échelon, du condensateur C. Entre deux impulsions U1, le condensateur conserve sa charge car l'interrupteur 12 est ouvert et l'impédance d'entrée de A est infinie. La tension de sortie S croît ainsi exponentiellement en fonction du temps (figure 2) avec une constante de temps ;3 programmable et très supérieure à la constante de temps t1 = R1C. Autrement dit : S = E (1 - e t/ Lorsque la tension E est inférieure à la tension S, la porte ET1 est fermée, mais la porte ET2 est ouverte et transmet les signaux carrés UO au générateur G2, qui fournit alors à l'interrupteur 12 les impulsions U2 de durée programmée T2. Pendant la durée de chacune de ces impulsions, I2 est fermé, si bien que le condensateur C se décharge à travers P2. Il conserve sa charge entre deux impulsions. Il en résulte une constante de temps de décharge programmable et très supérieure à la cons tante de temps 1S 2 = R2C. Autrement dit : S = Ee t/ 4. Les constantes de temps l;3 3 et 5s4 peuvent avoir des va- leurs de plusieurs heures. On notera que, si la tension E est fournie par un dispositif agencé pour obtenir l'image, d'une puissance dissipée dans une charge, on pourra s'arranger pour que la constante de temps programmable^%3 représente la durée d'échauffement de cette charge, (et/ou que lS4 représente la durée de refroidissement). La tension de sortie S simulera alors à tout i:nstant la. température de la charge. On pourra ainsi, sans effectuer aucune mesure de température, obtenir un affichage visuel de l'évolution de la température de la charge, ou déclencher un organe de sécurité en cas de dépassement d'une temperature de consigne (protection de moteurs électriques, de semi-conducteurs, d'eléments chauffants, etc...). Comme la résistance electrique d'un élément chauffant varie en fonction de la température, le dispositif pourra être agencé pour déterminer l'évolution dans le temps de ladite résistance électrique, en vue d'effectuer des corrections. Dans les applications où l'on ne s'interessera qu'à l'echauf- fement de la charge, on pourra omettre du dispositif les éléments P2, G2, ET2, 10 et CP. Le générateur GC sera alors agencé pour fournir un signal rectangulaire de même fréquence que la fréquence d'alimentation de la charge. L'interrupteur I2 ne servira plus alors qu'à permettre la décharge de C, en particulier en cas de coupure du rés-eau : il faut, en effet, éviter alors d'appliquer la tension aux bornes de C sur l'amplificateur A, dès que celui-ci cesse d'être alimenté. La tension auxiliaire fournie par Ae est, à cet effet, apres mise en forme convenable, appliquée à I2 pendant un temps suffisamment long (une minute par exemple) pour provoquer, par fermeture de I2, la décharge de C à travers R2. En mode B, la fonction de refroidissement peut être commandée par l'interrupteur I3 (commande extérieure), et être ainsi indépendante de la valeur de la tension E. Par exemple, la fonc tion refroidissement peut être simultanée à la fonction chauffage. La réalisation pratique du montage décrit est à la portée de l'homme du métier. Les interrupteurs I1 et 12 pourront, par exemple, être constitués par des relais statiques bi-directionnels à transistors "MOS", ou par des relais classiques electro- mécaniques ou autres. REVENDICATIONS 1. Dispositif générateur d'une fonction exponentielle du temps, comportant un condensateur ch.argé et/ou déchargé par une tension d'entrée à travers une résistance, caractérisé par un interrupteur-decoupeur, connecté en série avec ladite résistance, et par des moyens d'engendrer des impulsions périodiques de durée réglable commandant ledit interrupteur-découpeur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un premier interrupteur-découpeur est relié en série avec une résistance de charge à l'une des bornes du condensateur, tandis qu'un second interrupteur-découpeur est relié en série avec une resistance de décharge, entre les bornes du condensateur. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que des moyens sont prévus d'engendrer des impulsions de commande de la fermeture périodique du premier interrupteur-découpeur lorsque la tension aux bornes du condensateur est inférieure à la tension d'entrée et d'engendrer des impulsions de commande de la fermeture periodique du second interrupteur-découpeur, lorsque la tension aux bornes du condensateur est supérieure à la tension d'entrée. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par des moyens d'engendrer des impulsions de commande de la fermeture périodique du premier interrupteur-découpeur et d'appl- quer la tension d'entrée autorisant la charge du condensateur et d'engendrer des impulsions de commande de la fermeture périodi- que du deuxieme interrupteur-decoupeur en fonction d'une autorisation extérieure.