Brevet FR2499779A1 — publié le 19820813

L'invention se rapporte à un dispositif de recharge pour accumulateur monté en source de secours, comprenant un redresseur branché sur un réseau de distribution, un moyen de réglage du couplage entre redresseur et accumulateur, et un moyen de connexion de l'accumulateur à un appareil de secours, moyen actif en manque de tension du réseau. L'invention se rapporte notamment à un bloc d'éclairage de sécurité, avec une source de lumière alimentée en l'absence de tension du réseau. L'alimentation des petits appareillages de secoure, destinés à fonctionner en cas due panne d'alimentation par un réseau de distribution, tel que les blocs d'éclairage de sécurité, est généralement assurée par un accumulateur, souvent accumulateur cadmium-nickel, équipés d'un dispositif de recharge branché sur le réseau, et d'un dispositif de commutation à manque de tension pour l'alimentation de l'appareillage de secours. On demande aux appareillages de secours essentiellement d'être en état de fonctionner à tout moment, avec en général des fonctionnements effectifs relativement rares. Autrement dit il est demandé que l'accumula- teur soit constamment bien chargé en prévision d'une utilisation, mais les recharges effectives sont peu fréquentes, et la plupart du temps l'accumulateur doit être en charge d'entretien à régime réduit.Alors que sur les installations de forte puissance on dispose de régulateurs qui règlent le courant de charge en fonction de l'état de charge de la batterie d'accumulateur, apprécié par mesure de quantités d'électricité débitées et reçues, par détermination des variations de tension aux bornes, par des mesures d'échauffement, etc.., l'utilisation de tels régulateurs serait prohibitive sur les dispositifs de recharge visés ici. Pour l'alimentation d'appareillages de secours de faible puissance, on utilise des régulateurs très simplifiés, pour des recharges dites à courant constant ou à tension constante. La recharge à courant constant, qui met en oeuvre un redresseur à très faible impédance interne, suppose que le courant soit supportable par l'accumulateur complètement chargé, de sorte que la recharge à partir d'un état déchargé est longue. La recharge à tension constante, efficace surtout lorsque la tension aux bornes de l'accumulateur, ou force contrélectromotrice, varie de façon marquée avec l'état de charge (accumulateurs alcalins, au cadmium-nickel notamment), consiste à mettre en oeuvre un redresseur qui se comporte en générateur à force électromotrice sensiblement constante et impédance interne notable. Le courant de charge est alors déterminé par la différence entre la force électromotrice du redresseur et la force contrélectromotrice de l'accumulateur, débitant dans ltimpédance interne.Le courant de charge est alors relativement élevé lorsque l'accumulateur est déchargé, et décroît au fur et à mesure de la recharge, pour se stabiliser à une valeur d'entretien. Toutefois la force électromotrice du redresseur varie avec la tension de secteur, et la force contrélectromotrice de l'accumulateur varie, avec ltétat de charge, avec la température de l'accumulateur, et son degré de vieillissement. I1 est nécessaire de prévoir les caractéristiques du redresseur en fonction des conditions les plus critiques pour éviter de surcharger l'accumulateur ; mais alors en conditions normales l'efficacité est réduite. Par ailleurs les pertes dues aux chutes de tension sur l'impédance interne du redresseur ne sont pas négligeables et entraînent souvent à surdimensionner l'appareillage. L'invention a pour objet un dispositif de recharge pour accumulateur monté en source de secours simple et économique. L'invention a également pour objet un tel dispositif de recharge qui présente une bonne stabilité vis-à-vis des perturbations extérieures. A ces effets, l'invention propose un dispositif de recharge pour accumulateur monté en source de secours, comprenant un redresseur branché sur un réseau de distribution, un moyen de réglage du couplage entre redresseur et accumulateur, et un moyen de connexion de l'accumulateur à un appareillage de secours, moyen rendu actif en manque de tension du réseau, caractérisé en ce que le moyen de réglage est constitué par un moyen de commutation à deux états, passant et bloquant, inséré entre redresseur et accumulateur, et piloté par un oscillateur adapté à commander en alternance les deux états du moyen de commutation. Par cette disposition, le courant de recharge est aisément modulé par réglage de la durée relative de l'état passant du moyen de commutation par rapport à la période de l'oscillateur, et, de plus, les pertes dans ce moyen de commutation, nulles pendant l'état bloquant, sont très faibles dans l'état passant. De préférence l'oscillateur comporte un condensateur, un moyen de charge de ce condensateur à courant commandé et un moyen de décharge sur une résistance. La commande du courant de charge du condensateur permet de faire varier la durée de charge, pendant laquelle un moyen de sortie est actif pour commander l'état passant du moyen de commutation. En disposition préférée la tension aux bornes du condensateur d'oscillateur évolue entre deux seuils liés à la tension aux bornes de l'accumulateur, et déterminant la com- mutation entre moyens de charge et de décharge. Cette disposition rend le courant de recharge de l'accumulateur dépendant de la tension à ses bornes. La dépendance du courant de recharge vis-à-via de la tension fournie par le redree- seur est obtenue en liant le courant de charge du condensateur d'oscillateur à la tension fournie par le redresseur. En assurant cette liaison entre courant de charge du condensateur et tension fournie par le redresseur par l'intermédiaire d'un transistor en connexion thermique avec l'accumulateur, la température à laquelle se trouve ce dernier agit sur le courant de recharge. On obtient un résultat équivalent en insérant en série avec l'émetteur une thermistance en couplage thermique avec l'accumulateur. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels t la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif selon l'invention la figure 2 est un schéma d'oscillateur pour la comian- de de réglage de courant de recharge t la figure 3 est un diagramme de fonctionnement de l'os- cillateur représenté figure 2 la figure 4 est un schéma de bloc d'éclairage de secours équipé d'un dispositif selon l'invention. Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, l'accumulateur 1 peut être rechargé par le redore8 seur 2, à travers l'espace collecteur-émetteur d'un transistor 3, en série avec une résistance tampon 3a. La base du transistor 3 est attaquée par une tension périodique rectangulaire délivrée par un oscillateur 4 branché entre pâles positif et négatif du redresseur 2 et sensible à la tension aux bornes de l'accumulateur 1. Bien entendu, l'expression "accumulateur" est employée ici aussi bien pour WL élément unique que pour une batterie à plusieurs éléments.En outre un relais 5, piloté en manque de tension par un amplificateur 6 sensible à la tension délivrée par le redresseur 2 relie l'accumulateur 1 à une paire de bornes de sortie 7, où est branché un appareillage de secours (non représenté). L'action du relaie 5, classique, est facile à comprendre. Lorsque la tension fournie par le redresseur 2 tombe en des- sous d'une valeur déterminée, correspondant à une tension de secteur critique, l'amplificateur 6, alimenté en puissan- ce par l'accumulateur 1, se débloque et alimente le relais 5 qui se ferme et connecte l'accumulateur 1 aux bornes 7. L'oscillateur 4 est constitué comice représenté figure 2. I1 comporte un monostable 10 en circuit intégré (NB 555 de RIC par exemple), comprenant deux comparateurs 21 et 22 avec des seuils fixés à partir d'une tension appliquée à une borne 26 par un pont de résistance 20, une bascule 23 com- mandée en armement par le comparateur 21 et en désarmement par le comparateur 22, un amplificateur tampon 24 relié en sortie à une borne 27 et attaqué par la sortie négative de la bascule 23, et un transistor 25 commandé par la sortie positive de la bascule 23 et reliant, passant, une borne de masse 17 à une borne 18. Les entrées de commande des deux comparateurs 21 et 22 sont reliées conjointement à une borne 19. Un condensateur 11 est branché entre bornes 17 et 19. A ce condensateur 11 sont associés un moyen de décharge constitué par une résistance 12 branchée entre l'extrémité du condensateur 11 reliée à la borne 19, et la borne 18, et un moyen de charge constitué d'une diode 13 en parallèle sur la résistance 12 et passante vers le condensateur 11, et un transistor 14 monté en émetteur suiveur avec une résistance 14a entre émetteur et pôle positif 16 du redresseur 2 de la figure 1, la base du transistor 14 étant polarisée par un pont potentiométrique soumis à la tension du redresseur. En outre la tension de seuil appliquée à la borne 26 est prélevée à travers une diode 28 sur la borne positive (B+) de l'accumulateur. Enfin la tension de sortie de l'oscillateur, sur la borne 27, est appliquée à la base du transistor 3 de la figure 1. Le fonctionnement de l'oscillateur va être décrit en référence simultanément à la figure 2 pour les composants, et à la figure 3 pour la forme des signaux. Sur cette dernière figure la ligne 30 correspond à la tension aux borne du condensateur 11, c'est-à-dire sur la borne 19, la ligne 31 aux signaux en sortie du comparateur 21, la ligne 32 aux signaux en sortie du comparateur 22, les lignes 33 et 33' aux sorties de la bascule 23, la ligne 35 à l'état du transistor 25, et la ligne 34 à la sortie de l'amplificateur 24 (borne de sortie 27). En outre les lignes 30' et 30" correspondent aux niveaux de tension de seuil respectivement des comparateurs 21 et 22, 30' étant la tension sur la borne 26 et 30" la moitié de la tension précédente, le pont 20 étant constitué de deux résistances égales. Le fonctionnement de l'oscillateur étant bien entendu cyclique, on est obligé de prendre une origine arbitraire, qui sera ici le désarmement de la bascule 23 sous l'effet d'une impulsion 32a issue du comparateur 22 (ligne 32). La sortie positive de la bascule 23 (ligne 33') étant basse le transistor 25 est bloquant (hachures croisées de la ligne 35). Le courant qui traverse l'espace émetteur-collecteur du transistor 14, dont l'intensité est telle que la tension émetteur soit, à la différence de potentiel émetteur-base près, la tension de base déterminée par le pont 15, charge le condensateur 11 à travers la diode 13, passante. La tension sur la borne 19 croit linéairement (ligne 30) depuis le point 30a au niveau 30", jusqu'au point 30b au ai- veau 30'.A ce moment le comparateur 21 change d'état et arme la bascule 23, dont la sortie positive devient haute (ligne 33') et sature le transistor 25 (ligne 35). La borne 18 est sensiblement à la masse, de sorte que la diode 13 est toquante et le condensateur 11 se décharge à travers la résistance 12, et le transistor 25. On remarquera que pendant la décharge du condensateur 11, le courant débité par le transistor 14 est dérivé à la masse par le transistor 25. Par ailleurs, dès le débout de la décharge du condensateur 11, le comparateur 21 reprend son état premier, et le signal issu de ce comparateur est donc une impulsion 31a. La décharge du condensateur 11, du point 30b au point 30a est exponentielle avec une constante de temps définie par la capacité du condensateur 11 et la résistance 12. Lorsque la tension du condensateur 11 atteint le niveau 30" au point 30a, le comparateur 22 change d'état, désarme la bascule 23 et la charge du condensateur 11 reprend, de sorte que le comparateur 22 reprend son état premier, après avoir émis une impulsion 32a. Par ailleurs l'amplificateur tampon 24 ayant un effet inverseur, la tension sur la borne 27 est inversée par rapport au niveau de la sortie négative de la bascule 23, et donc de mêe sens que le niveau de la sortie positive de cette bascule (ligne 34). La diode 28 disposée entre la borne 26 et la borne positive B+ de l'accumulateur a une double fonction t d'une part éviter que l'accumulateur ne débite dans l'oscillateur lorsque le redresseur n'est pas alimenté (panne de secteur) et d'autre part maintenir une tension de seuil non nulle ai l'accumulateur se met en court-circuit, pour que l'oscillateur ne se bloque pas dans un état qui maintient passant le transistor 3 de la figure 1. Dans ce cas la tension de seuil est la tension de polarisation de la diode, c'est-à-dire voisine de 0,7 volt pour une diode silicium. Pour expliciter les processus de régulation mis en jeu par le dispositif qui vient d'être décrit, il est utile de préciser les relations qui lient les divers paramètres. Soient Ve la tension redressée issue du redresseur 2, E la tension aux bornes de l'accumulateur 1, Z la valeur de la résistance 3a (figure 1), R la valeur de la résistance 12, Re celle de la résistance 14a, a le rapport de réduction du pont potentiométrique 15 (figure 2), et Veb la tension émetteur-base du transistor 14. On appellera tc la durée de charge du condensateur 11 (entre les points 30a et 3Ob de la figure 3) et td la durée de décharge (entre les points 30b et 30a). Le courant I de crête de charge de l'accumulateur 1-, est donné par, en négligeant la chute de tension dans le transistor 3 Ve - E I = (1) Z Le courant moyen I est alors, le transistor 3 modulant en tout ou rien Ve - E to i = - x ~~~~~~~ (2) tc + td Le temps de décharge du condensateur 11, entre X (30') et E (30") est td w RC Ln 2 - 0,693 RC (3) Le temps de charge est, ai i est le courant débité par le transistor 14 CE tc = 5(4) 21 &alpha;;Ve - Veb Mais i = ------ (5) Re La combinaison des relations 2, 3, 4 et 5 donne finalement Ve - E E Re I = x (6) Z ERe + 1,386 R (aVe - Veb) Dans un exemple de réalisation, Ve a une valeur nominale de 12 volts, s varie de 3,6 à 4,5 volts suivant l'état de charge de l'accumulateur, Z est de 120 ohms, R de 47 000 ohms, Re 1 500 ohms et a est ajustable entre 0,05 et 0,095. Avec ces valeurs la variation relative de courant de charge d'accumulateur se situe vers 0,6 de la variation relative de tension redressée Ve, alors que sans régulation le rapport serait de l'ordre de 1,5. La variation relative du courant de charge est d'environ 0,85 de la variation relative de tension d'accumulateur au lieu de 0,5 environ. Ainsi, non seulement l'influence des variations de secteur se trouve réduite, mais l'effet autorégulateur de la tension aux bornes de l'accumulateur est augmentée. En outre la tension Veb qui figure au dénominateur de la relation (6) pour se retrancher de aVe est une fonction de la température. Comme Veb diminue quand la température augmente, Ve - Veb augmente avec la température, et I diminue. On obtient déjà une certaine stabilisation en fonction de la température ambiante. De plus, plus complet est l'état de charge d'un accumulateur, et plus important est l'échauffement provoqué par le passage de courant, puisque l'énergie portée par ce courant se stocke de moins en moins. Aussi, un couplage thermique du transistor 14 de la figure 2 avec l'accumulateur accentuera la différence entre les valeurs de courant de recharge effective et d'entretien de charge. On obtient le même genre de régulation, avec des effets plus aisément calculables, en insérant en série avec la résistance 14a de l'émetteur du transistor 14 une thermistance couplée thermiquement à l'accumulateur. L'échauffement de celui-ci provoque une diminution de résistance d'émetteur, d'où une augmentation du courant de charge du condensateur 11, et finalement une réduction du courant moyen de recharge de l'accumulateur. Le bloc d'éclairage de secours représente à la figure 4 met en oeuvre cette disposition. Ce bloc destiné à fournir un éclairage de secours en cas de panne de secteur alimentant des appareils d'éclairage normal, comporte un transformateur 40 connecté au secteur par les bornes 41 et 41', et alimentant un redresseur constitué par deux diodes 42 et 42' et un condensateur de filtrage 43. On retrouve ensuite, pour recharger l'accumulateur 48, un monostable 44 avec son condensateur 45, sa résistance de décharge 46 shuntée par une diode de charge, un transistor 47 de réglage de courant de charge du condensateur 45, et un transistor 50 de modulation du courant de recharge de l'accumulateur 48.On a schématisé en 49, en pointillé, par une flèche appuyée sur un arc de circonférence, le couplage thermique du transistor 47 (ou d'une thermistance insérée dans le circuit d'émetteur) à l'accumulateur 48. La tension de seuil, dérivée de la tension aux bornes de l'accumulateur 48 à travers la diode 44b, est appliquée au monostable par la connexion 44a. Les éléments 44-50 correspondent à ce qui a été décrit d'équivalent en référence aux figures 1 et 2. Pour réaliser la fonction d'éclairage de secours, une lampe 56 est connectée aux bornes de l'accumulateur 48 par fermeture du contact travail du relais 55 piloté par le transistor 54, alimenté au collecteur par la tension de l'accumulateur 48. Le transistor 54 est bloqué en temps normal par le transistor 53, alimenté par la tension issue du redresseur 42, 42', 43, et monté pour un gain réglable en sorte que le déblocage du transistor 54 intervienne lorsque la tension redressée, image de la tension secteur, tombe en dessous d'une limite choisie. En outre, un transistor 51 est monté on série avec une lampe 52, dite de veille, elle-même en série avec la lampe 56. Le transistor 51 est monté en sorte d'être passant lorsqu'existe une tension redressée. Ainsi l'allumage (à intensité réduite) de la lampe 52 signifie que la lampe 56 de secours est en bon état. On précise que ces dispositions de commande d'allumage de secours et de veille ne sont pas nouvelles. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution. REVENDICATIONS 1. Dispositif de recharge pour accumulateur monté en source de secours, comprenant un redresseur (2) branché sur un réseau de distribution, un moyen de réglage du couplage entre redresseur (2) et accumulateur (1), et un moyen de connexion (5) de l'accumulateur à un appareillage de secours (7), moyen rendu actif en manque de tension du réseau, ca caractérisé en ce que le moyen de réglage est constitué par un moyen de commutation (3) à deux états, passant et bloquant, inséré entre redresseur (2) et accumulateur (1), et piloté par un oscillateur (4,10) adapté à commander en alternance les deux états du moyen de commutation. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oscillateur (10 > comporte un condensateur (11), un moyen de charge (13,14) du condensateur à courant commandé, un moyen de décharge (25) du condensateur sur une résistan ee (12), et un moyen de sortie (24) actif pendant la charge et inactif pendant la décharge. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'oscillateur (10) comprend en outre deux comparateurs à seuil (21,22), avec chacun une tension de seuil dérivée de la tension aux bornes de l'accumulateur, et une bascule (23) à deux états commandés respectivement par les deux comparateurs, un état activant le moyen de charge et l'autre le moyen de décharge, les deux comparateura étant sensibles à la tension aux bornes du condensateur en sorte que celle-ci évolue entre les deux tensions de seuil. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de charge du condensateur comprend un transistor série (14,47) monté en émetteur suiveur et recevant sur sa base une tension fraction choisie (15) de la tension délivrée par le redresseur. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le transistor (47) monté en émetteur suiveur est en liaison thermique (49) avec l'accumulateur (48). 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une thermistance, en couplage thermique avec l'accumulateur (48)(est insérée en série avec l'émetteur du transis tor (47) monté en émetteur-suiveur. 7. Bloc d'éclairage de sécurité incorporant un dispositif de recharge selon une quelconque des revendications 1 à 6, où le circuit de secours est constitué par au moins une source de lumière (56) et le moyen de connexion par un relais électromagnétique (55) piloté par transistor (54), caractérisé en ce que ce dernier est commandé par un comparateur à seuil (53) sensible à la tension délivrée par le redresseur.