Brevet FR2497423A1 — publié le 19820702

- 1 - L'invention se rapporte aux appareils détecteurs du ttpe à deux bornes, alimentés en énergie alternative et comportant un capteur associé à un circuit de commande, qui sont montés en série avec la charge à commander, et plus particulièrement aux dispositifs d'alimentation, de commande du courant de sortie et de protection contre les surcharges ou les court-circuits, gue comportent de tels appareils. A titre d'exemple, il s'agit de détecteurs de proximité ou de présence, à cellule photoélectrique, du type capacitif, au autres. Dans ces appareils, la commande de la charge est fréquemment réalisée en rendant conducteur au moins un thyristor lorsque le capteur délivre um signal de com- mande, ce qui provoque la circulation dans la charge, à travers le circuit, d'un courant, appelé courant de sortie, d'intensité suffisante pour commander la charge. Ces appareils comportent généralement, en plus du capteur et du circuit de commande, des moyens de re- dressement du courant servant à l'alimentation de l'appa- reil, une résistance, en série avec l'ensemble capteur- circuit de commande et qui sert à alimenter ce dernier lorsque la charge est au repos, et une diode de Zener, connectée aux bornes de cet ensemble et en série avec le thyristor afin de définir une tension de référence. Dans ce type d'appareil, il importe de ne pas perturber le fonctionnement de la charge en réduisant la tension aux bornes de l'appareil lorsque la charge estcommandée. La tension aux bornes de l'appareil, alors appelée tension de déchet, devra donc être la plus faible possible. Un inconvénient des appareils de l'art antérieur réside dans le fait que lorsque le thyristor est rendu conducteur, la reprise de la commande de celui-ci ne peut se faire que lorsque le courant qui le traverse est voisin de zéro. Ceci ne permet pas d'assurer la protection du mon- tage lorsqu'une surcharge ou un court-circuit se produit alors qu'un ordre de commande de la charge est fourni par le capteur, et que le thyristor est donc conducteur. L'invention se propose de supprimer cet incon- v nient en munissant l'appareil d.e moryr- de;roection montes er. série avec le thyi stor afi e commander le courant qui le traverse, les dits moyens eo-MrenaIt un composant seni-conucter fT) a fort gain monté en ser avec e b-r -Jl-.._. -- -- - ti = 7-*.-' yq --];,;q4-q; W- s-.l male menw non setur- te 'iD -e tre c u ':.srge -' court-c i-ircuit de hai3.g se... q -... e-i-,i "" d-di-- t;ransist-or (T2) p ooe o e blo'eae nu co nt- em%.- --TJ cIuc!;eur (w--) e' r-d" SU__.e q e c".oua'"+ d 'e '-o' ristor é U.q;T e,;r rietolr (11....) est limit6 par R7 et R,. 1 t nPour obtenir ume tension d'e dchet aussi faible gue possible, 1 'invention propose par all]eurs d:' tiie un second thyristor monté en série avec '.es moyens de pro- tection et en parallèle sur le premier thyristor et la diode de Ze-er. Les diverses particularités, ainsi que les avan.- tages de l'invention, apparaîtront clairement à la lumière de la description ci-après, accompaSné de la figure 1u-ioque du dessin annexée qui r eperésente le schAéma d'un appareil du.type deux bornes coP.ore a -n mode d'execution préféré de l'invention. Ie montage représente à la figure unique est ali- menté en tension alternat ve par I'intermédiaire de deux bornes _I'almentation e13 e2 reltées à un pont redresseur à double alternance di)-o ra deux conducteurs d'alimentation respectivement v1 et v2, sur l'un desquels est connecté en sFkrie une charge CIi pour-ant être par exem- ple un relais. Le pont redresseur fouri: a ses b'ornes une tension redressée aiementrbt le reste du - montage par l'in- termédiaire de deux conducteurs d'alimentation VDD (pola- rité positive) et V.S (polarité négative). Un ensemble (CAP) capteurcircuit de commande de la charge comportant par exemple un photo-transistor possédant deux bornes d'ali- mentation positive b1 et négative b2 et une sortie s. La borne négative b2 est directement reliée à VSS, la borne - 3 - positive b1 étant reliée à VDD par l'intermédiaire d'une résistance RY, une diode de Zener Z1 étant montée en pa- rallèle sur les bornes b1 b2 et ayant son anode reliée au conducteur de polarité négative et sa cathode reliée à la borne d'alimentation positive. La sortie s est reliée à la base d'un transistor T1, par exemple de type NPN, dont l'émetteur est connecté à V et le collecteur est relié à VDD par l'intermédiaire d'une résistance R2, une résis- tance de polarisation R1 étant montée entre la base de ce transistor T1 et Voe. Le collecteur du transistor T1 est connecté à la gâchette d'un premier thyristor TH1 dont la cathode est reliée à Vss par l'intermédiaire et dans l'or- dre oû elles sont citées d'une diode électroluminescente DEL montée avec la même polarité que le thyristor, servant à signaler l'état au repos ou en charge de CH, d'une diode de Zener Z2, montée en opposition au thyristor, d'une ré- sistance R5 et d'une résistance R11. L'anode du thyristor TH1 est reliée à l'émetteur d'un transistor, par exemple de type NPN, T2 dont la base est polarisée par un pont de résistances R7 et R6. La résistance R? est reliée directe- ment à VDD; la résistance R6 est montée en 1prallèle sur la jonction base-émetteur du transistor T2, un condensa- teur de retard C2 est lui aussi monté en parallèle sur cette jonction base-émetteur. Le collecteur de T2 est relié à La grille d'un transistor T avantageusement du type MOS. Le transistor T3 est monté en série avec un deuxième thyris- tor TH2 entre les deux conducteurs d'alimentation VDD et V.., son train étant relié à VDD et sa source étant re- liée à la fois à l'anode de TH2 et à celle de TH1; la gâchette de TH2 est connectée à l'anode de Z2. D'autre part, la grille du transistor T3 est polarisée à travers une ré- sistance R8 montée entre sa grille et le conducteur VDD et par l'intermédiaire d'une résistance R10 montée en série avec une première diode D1 et une deuxième diode D2 montée selon le même sens, l'anode de D2 étant reliée à la cathode de Z2. Par ailleurs, la cathode de D2 est aussi reliée à la borne b1 par l'intermédiaire d'une résistance R4; un condensateur C1 sert de réservoir d'alimentation pour l'ensemble CAP et est monté en parallèle sur l'ensemble - 4 - constitué par la diode D,2 la diode de Zener Z2, et la ré- sistance R-. Une résistance R9 e- un condensateur de fil- trage C3 sont montés en série entre les deux conducteurs d'alimentation VDD et Vs. Enfin, une résistance non-li- néaire E est montée entre les conducteurs d'alimentation en énergie alternative vl et v2 en aval de la charge CH. L.orsque la charge CH est au repos, c'est-à-dire lorsqu'aucun ordre de commande de la charge n'est détecté par le capteur de l'ensemble CAP, le transistor T est saturé, la polarisation fournie à la sortie étant apopro- priée a cet effet. Les thyristors TH1 et TH2 sont bloqués et l'ensemble CAP est alimenté sous une tension fixée par la diode de Zener Z1; la résistance R3 limite le courant circulant dans le montage, donc le courant traversant la charge CH montée en série sur l'un des conduacteurs d'ali- Tentation en énergie alternative, évit-ant ainsi que ce cou- rant ne perturbe le fonctionnement de la charge ChI. Lorsaue le capteur de l'ensemble CAP reçoit un ordre de commande de la charge, _et ordre est transmis à la sortie s de l'ensemble CAP qui bloque le transistor T1. Le thyristor TH1 est alors amorcé à travers la résistance R2. L'ensemble constitué des deux transistbrs T2 et Td, des résistances R6 R7 et R8, et du condensateur 02 est mis sous tension. Le transistor T5, polarisé par la résistance R8, atteint son seuil de saturation avant que le transistor T2 n'atteigne le sien du fait du condensateur de retard C2 qui ralentit la montée en tension de la base de T2 par rap- port à l'émetteur de T2. Une tension VDS apparaît entre le drain et la source du transistor T3; cette tension est insuffisante en l'absence de surcharge, pour amener le transistor T2 dans son état saturé, les valeurs des résis- tances, de polarisation du transistor T2, R et R étant choisies à cet effet. Le transistor TS3 et le thyristor TH1 étant sa- turés, le condensateur Ca est rapidement chargé jusqu'à une tension telle que la diode de Zener Z2 devienne con- ductrice et permette l'amorçage du thyristor TH2. Ce der- nier court-circuite alors THq et la diode de Zener Z2, ré- duisant ainsi la tension de déchet à la chute de tension - i dans le pont de diodes, augmentée de la chute de tension dans le transistor T, et le thyristor THI2. A chaque minimum du courant de charge IS, le thyristor TH2 devient non conducteur, et lorsque le courant de charge recommence à croître, la séquence: thyristor TH1 conducteur, charge de CA, thyristor TH2 conducteur, decrite précédemment, se reproduit. Ce processus a pour effet de réduire notablement la valeur moyenne de la ten- sion de déchet. Les valeurs des résistances R1i et R5 sont choisies de telle sorte que l'élévation de potentiel aux bornes de R11 dMe au courant de charge du condensateur 1 n'est pas suffisante dans des conditions normales de fonc- tionnement pour polariser la gâchette du thyristor TIH2, de façon à le rendre conducteur, alors que l'élévation de po- tentiel aux bornes de R5 et R11 en série, lorsque la diode de Zener Z2 est passante, est suffisante pour rendre le thyristor TH2 conducteur. C'est ce qui explique que TH2 ne s'amorcera que lorsque Z2 sera passante. Lorsque THI2 est conducteur, la source de T3 est sensiblement amenée au potentiel bas duscircuit, la polari- sation de grille de T3 est alors fournie par le condensa- teur CI, à travers D1 et R10. La saturation de T3 est ainsi assurée malgré la faible tension de déchet. Le condensateur C 1 sert aussi de réservoir d'ali- mentation en énergie pour l'ensemble CAP lorsque le thyris- tor TH2 est conducteur, la tension aux bornes du pont étant alors insuffisante. Lorsqu'une surcharge ou un court-circuit se produit en cours de fonctionnement au niveau de la char- ge CH, le courant IStraversant le montage et, par suite, le courant traversant le transistor T3 croît. Cet accroisse- ment du courant traversant T5 provoque une augmentation de la tension drain-source du transistor T5; celle-ci étant liée aux valeurs du courant I la traversant et à la résis- tance RON drain-source du transistor T3 à l'état passant par la relation: VDS = RON x I 2 -4974' - 3 L'acroi$er.nent de c=->t 'e _-s. oy r= - t.,. siqdliee i'.-'a11,me.ntation de:-"n --'O 'k--:S-- i-:Fli- '---U. d.lt ±='t- si-tor T, celle-ci tnt li'e l t tenion Àaux bornles,li' l el' m?,m':-- V.- Ts ^a.i"8,-- e >.c,.:.. s...: -e- EDS. PLA' que cetteensi rz t' i ee?:' V le tran- si1>r T5;- se. sa--- r,c=-- c-a -aer -, ai si lei.! tyristoz-. l, con -, _ceu.;. e c- s3ant4 T2 é1;ant iafe.rie3,az =^.utu:=.._ de m;Ei-,-.+4. l-, pi au de=.....m thyris- tor TH2. Le tbri st'or T1", dont la gâchett- est polari- sée par la résistamce RS, maintlient le transi.or -., en son état saturé, ' tension VDD étt i',e par.E C_. Le courant dans la charge se trouve fiîTalenen. -3 t iT au courant circulant dans T, et TE o I Pour remettre le circuit en loncti eoement le blocage dlu transistor -T. sera obteu, soit en saturant le transistor rsoit en Désamorçant le thristor M soit enfin en débranchat un des fils d'a1mentation de l'ap- pareil. Le circuit décrit ciUessus T,1 '2,2 associs R, 7, R3 R,: C etD reéalise.oc bien Die epre- tection de l'appareil en cas de s-urchrge ou court-circuit lorsque la charge est cc.and1e. L'utilisation d'unm tran- sistor NOS permet de.e.iser,a circuit de commande de la charge ne consomnant afun courant n&gligeable vis-c-vis du courant nécessaire pour commander la charge, donc ne perturbant pas le fonctionnement de celle-ci. En effet, le courant de grille nécessaire pour commander le tran- sistor MOS est de l'ordre de la centaine de nano ampères (100 à 200 nA), alors que le courant traversant le canal peut atteindre des intensités de l'ordre de l'aampre, ce - 7 - qui permet de réaliser un circuit de commande et de protec- tion dans lequel les courants qui circulent sont de très faible intensité, donc consommant unefaible énergie, ce qui est un avantage dans ce genre d'appareil. Lorsque l'ordre de commande émis par le capteur de l'ensemble CAP amorce le thyristor TH1 en présence d'un court-circuit de charge, la diode DEL et le condensateur C1 pourraient être détruits si la protection de l'ensemble du montage était réglée pour fonctionner pour des courantssu- périeurs à ceux admissibles par ces deux composants. Afin d'éviter cette destruction, la valeur de la résistance R1l est choisie pour que la différence de poten- tiel à ses bornes soit suffisamment élevée pour provoquer l'amorçage du thyristor TH2 lorsqu'elle est traversée par un courant dont la valeur est proche de la limite admissi- ble par les deux composants C1 et DEL, le thyristor TI2 dé- rivant le courant comme décrit précédemment. La résistance non-linéaire E permet la protection de l'appareil contre les surtensions d'origine selfique pouvant apparaître aux bornes de la charge lors du blocage du transistor T lors- que la charge comporte des inductances. - Le montage décrit ci-dessus permet donc de limi- ter la tension de déchet en série avec la charge par la mise en service d'un deuxième thyristor, le courant tra- versant les. thyristors et la charge étant commandé par l'intermédiaire de la commande du transistor NOS. L'usage de ce type de transistor dans le circuit présente l'avanta- ge de réaliser un circuit de commande et de protection, qui ne nécessite que des courants de très faible intensité pour son fonctionnement, qui ne risquent donc pas d'influencer le fonctionnement de la charge. Ce montage présente aussi l'avantage de protéger les composants pour lesquels le cou- rant admissible est inférieur à celui pour lequel la pro- tection est concue, en cas d'amorçage suruncout-circuitdechbage, par la mise en service du deuxième thyristor, ce qui a pour effet de dériver le courant, qui aurait pu les détruire, à travers ce dernier. Il va de soi que le montage décrit pour- ra faire l'objet de variantes d'exécution, sans s'écarter de l'invention. Par exemple, il pourra ne comporter qu'un - 8- seul thyristor TH1, le thyristor TE2 de même que les com- posants R11 1, D1 et étant alors supprimés. Un tel montage présentera l'inconvénient d'avoir une tension de déchet supérieure à celle obtenue dans le montage de la figure. Dans ce cas aussi, la protection du montage par la réduction du courant circulant dans le montage lorsque celui-ci atteint un certain seuil lors d'une sur- cherge ou d'un court-circuit de charge est obtenue grâce à la saturation du transistor T2 qui provoque le blocage du transistor T3 et réduit ainsi le coueant traversant le thyristor TEH1 à la valeur du courant de saturation de T2. Selcn un autre mode d'excultion, le transistor T de technologie MOS peut être remplacé par un montage de Darlington de puissance à fort gain. 2' 97423 -9- REVE? IICATIONS 1- Appareil détecteur du type à deux bornes ali- menté par un courant alternatif redressé (e1, e2, D4-D7) servant à commander une charge (CH) branchée en série, et comportant un ensemble capteur-circuit de commande (CAP), au moins un thy:rist-or (TH1) et,ine diode de Zener (Z2) montés en série et en opposition, la gâchette du thyristor (THI1) étant reliée ai a sortie de l'ensemble capteur-cir- cuit de cormmiande (CAP) rendant iLe thyristor (TH1) conduc- teur ou non-conducteur afin de comunander la charge (CH) et, ledit ensemble étant alimenté par lesdits moyens de redres- sement aux bornes de ladite diode de Zener Z2 ou à travers une résistance (R3) selon que respectivement le thyristor (TH1) est ou n'est pas conducteur et un condensateur (C1) connecté en parallèle sur la diode de Zener (Z2) et ser- vant de source d'alimentation audit ensemble capteur-cir- cuit de commande lors des minima d'intensité du courant redressé, traversant l'appareil caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de protection comprenant un composant semi-conducteur (T3) à fort gain monté en série avec le thyristor, comportant une entrée (D) et une sortie (S) de puissance et au moins une entrée (G) de commande, un tran- sistor (T2) monté en parallèle entre ladite entrée de com- mande (G) et la sortie dudit composant semi-conducteur (T3) de manière. telle que ledit transistor (T2), normalement non saturé, se sature lorsqu'une surcharge ou un court- circuit de charge se produit et que la saturation dudit transistor (T2) provoque le blocage du composant semi-con- ducteur (T3) et par suite la limitation (par R7 et R8) du courant dans le thyristor (THI) non-conducteur. 2- Appareil détecteur du type à deux bornes selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base dudit transistor (T2) est polarisée par un pont de résistance (R6, R7), connecté en parallèle sur ledit composant semi- conducteur (T3), et en ce qu'il comporte en outre, en paral- lèle sur sa jonction base-émetteur, un condensateur (02) de retard, les valeurs dudit condensateur de retard (C2) et des résistances (R6,R7) dudit pont étant choisies de manière tel] que le composant semi- conducteur (T3) atteigne un état de sal SOI 3oX np Gji -UGUG- 5OTn ognS!3reg r=m '4ss-(-;r) ns_%onplIo-Eu:EoS:n-esOoIoos el nd :oules sou:oq xnp -,e op X Edpi -tir 3oE9 T of -9 - wT-clls-j UT-e4JGaa- TM assudep 9atlms 5 _ p:roo e n l, onb O)e Ita2.sop-c TP nGp Gsznro :--'Zsso.yp,:9- gT nE7as::-7 -.e;.:.o- 'ao-:%-o-np-Eo,-z ', -UCIG"S_.... 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