Brevet FR2489628A1 — publié le 19820305

L'invention concerne un dispositif indicateur d'état pour dispositif de commande de puissance réalisé notam- ment en technique état solide. Les dispositifs de commande de puissance en technique état solide connus présentent des caractéristiques équivalentes à des disjoncteurs électromagnétiques sans toute- fois comporter d'éléments mécaniques. De tels disjoncteurs sont également connus sous le nom de dispositifs de commande de puis- sance. Un tel appareil est très intéressant en soi mais son efficacité peut être augmentée si on le combine à des moyens complémentaires donnant un signal électrique indiquant l'état du dispositif de commande de puissance c'est-à-dire indiquant si le dispositif est mis en oeuvre et si la liaison est établie entre la source et la charge ou si le dispositif est ouvert après avoir été déclenché, coupant le circuit de la charge. La génération d'un signal électrique positif indiquant ses diffé- rents états est très intéressante pour indiquer à l'opérateur par exemple à l'aide d'un témoin lumineux, l'état ouvert ou fermé ou en fournissant un signal à un circuit logique ou tout autre circuit de commande pour initialiser une séquence plus complexe d'événements tels que des tentatives pour initialiser un branchement dans le cas d'un signal de coupure, après avoir déterminé qu'un certain nombre de critères sont vérifiés. L'indication d'état dans des dispositifs de commande de puissance réalisés en technique état solide a été faite jusqu'à présent invariablement à l'aide de relais minia- tures. De cette façon, un circuit à relais normalement fermé (encore appelé "relais NC" ou "relais de forme B") permet une indication active de l'état ouvert car pendant l'état fermé, le relais normalement fermé reçoit un signal qui se traduit par son interruption et par suite l'absence de signal de coupure. Pour l'indication de l'état de fermeture, il était avantageux de façon analogue d'utiliser un circuit à relais normalement ouvert (également appelé "circuit NO ou circuit de forme A") de façon à obtenir une indication d'état lors de l'application du signal du dispositif de commande de puissance qui ferme le relais normalement ouvert. La combinaison de relais normalement fermé et normalement ouvert (relais de forme C) permet d'indiquer à la fois l'état d'ouverture et l'état de fermeture. Les relais miniatures permettent une indication active de l'état à la fois pour l'état ouvert et l'état fermé mais dans certaines applications, ces relais ne sont pas sou- haitables car ils ne présentent pas la fiabilité, la sécurité et les avantages d'environnement que présente un circuit en technique état solide. En outre, il est connu que l'on peut réaliser une indication d'état en utilisant des dispositifs en technique état solide, qui se caractérisent comme étant de type à puits. Il peut s'agir d'un transistor de sortie tel qu'un transistor bipolaire classique qui pour l'état fermé (ou état logique "l") est alimenté par un signal de base du dispositif de commande de puissance pour que son chemin collecteur-émetteur soit conduc- teur. L'état d'ouverture (ou état logique "O") est indiqué par l'absence de signal sur la base du transistor de sortie c'est- à-dire que le chemin collecteur-émetteur est-bloqué, ce qui correspond à un circuit théoriquement ouvert. L'utilisation d'un seul élément tel qu'un tran- sistor bipolaire pour assurer à la fois les indications d'états d'ouverture et de fermeture ne satisfait pas le besoin d'une indication active des deux états. En effet, l'état d'ouverture est indiqué de façon passive par l'absence de signal indicateur obtenu en sortie. Une telle indication peut également résulter d'un incident de fonctionnement de l'un des composants ou du fait que l'on est bien en présence d'un état ouvert. La présente invention a pour but de tenir compte des considérations précédentes et se propose de créer une solu- tion intéressante sous la forme d'un circuit indicateur d'état en technique état solide, permettant de fournir un signal actif correspondant à l'état d'ouverture. Selon l'invention, le circuit comporte un tran- sistor à effet de champ à déplexion (appauvrissement) qui donne l'indication d'ouverture. Ce type de composant présente la caractéristique d'être normalement conducteur en l'absence de signal de porte; ce composant se bloque lorsqu'il reçoit un signal de porte. Cela permet ainsi au courant utile du circuit état de passer entre la source et le drain et de donner un signal de sortie pendant tout le temps lorsque le signal de porte n'est pas appliqué, comme cela est le cas lorsque le dis- positif de commande est ouvert. La présente invention concerne de façon générale 3 2489628 un dispositif de commande de puissance en technique état solide comportant une indication d'états ouvert/fermé, ce dispositif comportant un moyen de commande de puissance en technique état solide pour commander le passage entre une source et une charge, des bornes de sortie développant un signal indicateur d'état, un moyen donnant une indication positive de signal pour l'état ouvert du moyen de commande de puissance comprenant un moyen pour dériver un signal indicateur de fermeture indiquant l'état fermé du moyen de commande de puissance, un moyen répondant à un signal de fermeture pour ouvrir le chemin conducteur entre les bornes de sortie du signal d'état, le moyen répondant au signal de fermeture se composant d'un dispositif semi-conducteur ayant une première. et une seconde bornes ainsi qu'une tension entre la première et la seconde bornes pour donner un signal d'état ouvert en l'absence de signal d'état fermé du moyen de commande de puissance, ainsi qu'une troisième borne recevant le signal de fermeture et permettant de couper la conduction entre la première et la seconde bornes. Suivant un mode de réalisation préférentiel, on assure l'indication active des deux états fermeture-ouverture. Ce moyen d'indication se compose de la combinaison d'un tran - sistor à effet de champ à déplexion et d'un autre semi-conduc- teur tel qu'un transistor bipolaire ou un transistor à effet de champ à enrichissement, ces deux composants étant branchés en série dans le circuit indicateur d'état, et ils présentent une branche commune. La partie du circuit correspondant au transis- tor à effet de champ à déplexion donne un signal actif d'état lorsque le dispositif de commande est à l'état ouvert c'est-à- dire en l'absence de signal de porte; l'autre dispositif par exemple le transistor bipolaire donne un signal actif d'état pour l'état fermé pendant que le signal de commande est appliqué sur sa base. De cette façon, on obtient un circuit indicateur d'état en technique état solide correspondant à des circuits à relais selon la forme B ou la forme C. Pour chaque état, il y a une indication positive de conduction. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un mode de réali- sation de l'invention. - la figure 2 est un schéma d'un autre mode de réalisation de l'invention. Selon la figure 1, le dispositif de commande de puissance en technique état solide 10 est combiné à un cir- cuit indicateur auxiliaire 12 donnant une indication de l'état ouvert. Le dispositif de commande 10 en technique état solide peut servir comme cela est prévu en pratique pour commander l'alimentation d'une charge 15 à partir d'une source 14. Le circuit iTdicateur 12 présente deux entrées. L'une des entrées est fournie par le moyen 16 qui dérive un signal indicateur de l'état fermé (conducteur) du dispositif de commande de puissance qui, dans le présent mode de réalisation, est constitué par un enroulement 16 du transformateur d'entrai- nement T pour l'étage d'alimentation du dispositif de commande de puissance en technique état solide. Le transformateur T est alimenté chaque fois que le dispositif de commande est fermé; la tension aux bornes de l'enroulement 16 est nulle chaque fois que le dispositif de commande est ouvert. Une entrée du dispo- sitif de commande 10 pour le circuit indicateur 12 peut égale- ment être fournie par d'autres moyens appropriés répondant directement à l'état du dispositif de commande de puissance. On suppose dans ce mode de réalisation que le dispositif de com- mande de puissance soit appliqué à une charge à courant alter- natif bien qu'il soit tout aussi possible d'adapter l'invention à des dispositifs de commande de puissance à courant continu. L'autre entrée du circuit indicateur est reliée à une source de tension 18 indépendante fournissant une tension continue; cette tension est appliquée entre les bornes de sortie d'indication 17, 19. Il est prévu d'appliquer toujours cette tension externe lorsque le circuit est en fonctionnement. Le but de ce mode de réalisation du circuit indicateur 12 est de fournir un signal de courant sur les bornes de sortie d'indi- cation seulement lorsque le dispositif de commande de puissance - est ouvert. Ce courant peut par exemple servir à l'alimentation d'une diode photo-émissive 20. Le circuit d'indication comporte un composant semi-conducteur 22 pour répondre au signal de fermeture du dispositif de commande de puissance et arrêter la conduction entre les bornes de sortie de signal d'état 17, 19. Le composant 22 est de préférence un transistor à effet de champ à appauvris- 2489628 sement dont la source 24 et le drain 25 sont reliés au circuit indicateur, extérieur. La borne de porte 23 du transistor à effet de champ à déflexion 22 est branchée de façon à recevoir la tension de l'enroulement 16 du transformateur du dispositif de commande. Lorsque le dispositif de commande 10 est ouvert, le transistor à effet de champ 22 ne reçoit pas de signal de porte. En conséquence, la conduction reste établie entre les bornes de sortie d'indication 17, 19, ce qui indique l'état d'ouverture du dispositif de commande. Lorsque le dispositif de commande est fermé, le signal du transformateur est retardé par une diode de redressement 26 et la tension obtenue est appliquée à un condensateur 27 et une résistance 28 branchés en parallèle l'un sur l'autre. On applique ainsi une tension de porte suffi- sante pour éviter la conduction entre la source et le drain 24, du transistor, si bien que les bornes de sortie n'indiquent pas le signal d'état ouvert. La figure 2 montre un circuit indicateur 32 ayant des éléments indiquant soit l'état ouvert, soit l'état fermé du dispositif de commande 10. Plusieurs éléments ou com- posants analogues à ceux de l'exemple de la figure 1 donnant le signal d'indication de l'état ouvert portent les mêmes référen- ces. En plus un second composant semi-conducteur 34 représenté sous la forme d'un transistor bipolaire, est relié respective- ment par ses bornes de collecteur et d'émetteur au circuit de sortie indicateur d'état, dont la base 38 est reliée au trans- formateur du circuit de puissance par un redresseur 26. Une ligne commune 40 relie les résistances 28, 42 associées res- pectivement aux transistors 22, 34, à leur point commun et au point de basse tension du circuit de sortie. Ainsi la tension entre les bornes 17, l9est celle entre la source et le drain 24, 25 du transistor à effet de champ; La tension entre les bornes 19 et 44 est celle entre l'émetteur et le collecteur 36, 37 du transistor bipolaire 34; ces deux tensions sont prises à partir du point commun 19 sur la ligne commune 40. On veut établir une indication indépendante d'état pour chaque paire de bornes de sortie 17, 19 et 44, 19, si bien qu'il y a un signal d'état dans la partie supérieure lorsque le dispositif de commande de puissance est ouvert et un signal d'état dans la partie inférieure lorsque le dispositif de commande de puissance est fermé, de sorte que dans chaque cas, l'un des signaux d'état sera présent et l'un des indicateurs 45, 46 sera alimenté. Dans cette description et selon la figure 2, deux sources de tension sont branchées respectivement entre les bornes 17, 19 et 19-44, Toutefois, il peut également n'y avoir qu'une seule source branchée sur la ligne commune entre les points 19 et 49 donnant les deux tensions aux bornes des cir- cuits indicateurs. Le fonctionnement du transistor bipolaire 34 est que son signal de base est dérivé du signal du transformateur redresseur et est présent chaque fois que le dispositif de com- mande est fermé pour établir la conduction entre son émetteur et son collecteur 36, 37. En l'absence de ce signal appliqué à la base, c'est-àdire lorsque le dispositif de commande est ouvert, il n'y a pas de passage de courant entre l'émetteur et le collecteur du transistor. La partie du circuit comprenant ce transistor à effet de champ à appauvrissement 22 fonctionne comme celui de la figure 1. Le tableau ci-après donne à titre d'exemple les références des composants et des éléments du circuit de la figure 2, éléments qui se sont avérés intéressants en pratique - Transistor à effet de champ 22 à appauvrissement 2N3972 - transistor bipolaire 34 2N3700 - Résistance 28 5, 000 ohms - Résistance 42 20,000 ohms - tension aux bornes du condensateur Vc 5 volts - tensionsd'états Vs pour chacune 30 volts (valeur maximale) - intensités d'états IS chacune 10 ma. (grandeur normalisée) Il a été vérifié que le circuit ci-dessus fonctionne efficacement dans des plages de températurescomprises entre - 40o et +850C. Lorsque le transistor à effet de champ 22 est conducteur, la chute de tension entre sa source et son drain est égale au maximum à 0,773 volt. Lorsque le transistor bipo- laire 34 est conducteur, la chute de tension entre son émetteur et son collecteur est au maximum égale à 0,043 volt. Dans l'exemple précédent, on a mesuré les ten- sions et les courants d'états Vs, IS sans utiliser d'indicateur à diode LED. La présente invention offre un avantage déter- minant par rapport à l'art antérieur grâce au circuit indica- teur en technique état solide pour indiquer l'état ouvert d'un dispositif de commande de puissance lorsque celui-ci est coupé; ce circuit peut s'utiliser comme circuit indicateur individuel comme celui de la figure 1 ou 9tre couplé à un circuit indica- teur d'état fermé qui est également réalisé en technique état solide comme à la figure 2. L'invention peut se mettre en oeu- vre sous diverses formes; il est toutefois préférable d'utili- ser des transistors à effet de champ à appauvrissement puisqu'un tel élément présente les caractéristiques appropriées de réponse à un signal de porte pour couper la liaison entre la source et le drain; de tels éléments sont disponibles dans le commerce dans une très grande diversité de paramètres allant jusqu'à 80 volts et 500 milliampères. Le dispositif de commande de puissance lui-m9me- ainsi que les circuits auxiliaires peuvent être complètement réalisés en technique état solide pour consti- tuer des circuits très fiables et à très faible consommation. R E V E N D I C A T I 0 N S ) Dispositif de commande de puissance en technique état solide donnant des indications d'états fermé/ ouvert, dispositif comportant un dispositif de commande (10) en technique état solide commandant la liaison entre une source d'alimentation (14) et une charge (15), des bornes de sortie (16) pour fournir un signal indicateur d'état, un moyen (22) donnant un signal indicateur positif de l'état d'ouverture du dispositif de commande (10) comprenant un moyen (16) pour déri- ver un signal de fermeture indiquant que le dispositif de com- mande de puissance est à l'état fermé, un moyen (23) répondant au signal de fermeture pour arrêter la conduction entre les bornes de sortie du signal d'état, le moyen répondant au signal de fermeture se composant d'un semi-conducteur (22) ayant une première et une seconde bornes (24, 25) donnant le signal d'état ouvert en l'absence de signal d'état fermé fourni par le dispo- sitif de commande de puissance (10) ainsi qu'une troisième borne (23) recevant le signal de fermeture, et pour couper la liaison entre la première et la deuxième bornes. 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le semi-conducteur (22) est un transistor à effet de champ à appauvrissement. ) Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte en outre un moyen (34) donnant un signal d'indication positive de l'état fermé du dispositif de commande d'alimentation et comportant un moyen supplémentaire (24) pour répondre à un signal de fermeture et initialiser la conduction entre les bornes de sortie du signal d'état, ce moyen supplémentaire étant constitué par un second semi-conduc- teur (34) à trois bornes (36, 37, 38), une tension (Vs) étant appliquée entre la première et la seconde bornes (36, 37) pour donner un signal d'état lorsque le dispositif de commande de puissance (10) fournit un signal de fermeture, la troisième borne (38) recevant ce signal et pouvant initialiser la conduc- tion entre la première et la seconde bornes, la seconde borne (25) du premier semi-conducteur (22) et la première borne (36) du second semiconducteur (34) étant reliées à une borne de sortie commune (19). ) Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce que le premier semi-conducteur (22) est un transistor à effet de champ à appauvrissement et le second semi-conducteur (34) est un transistor bipolaire. ) Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce qu'il comporte un moyen pour appliquer une seconde et une troisième tensions indépendantes de la première tension respectivement entre une première et une seconde paires de bornes de sortie indicatrices d'états (17, 19) et (19, 44), l'une des bornes des deux paires (19) étant commune, un diviseur de tension (28, 42) pour fournir une quatrième et une cinquième tensions entre la borne commune (19) et la première et la seconde bornes de commande (23, 38) du premier et du second semi-conduc- teurs (22, 34), le premier semi-conducteur (22) étant relié par sa première et sa seconde bornes (24, 25) à la première paire de bornes de sortie (17, 19) pour indiquer l'état d'ouverture du dispositif de commande lorsque la quatrième tension est au niveau bas, et le second semi-conducteur (34) a une première et une seconde bornes (36, 37) reliées à la seconde paire de bornes de sortie (19, 44) pour indiquer l'état de fermeture du dispositif de coupure lorsque la cinquième tension est au niveau haut.