Brevet FR2504757A1 — publié le 19821029

PROCEDE ET DISPOSITIF AUTOADAPTIF D'AMORCAGE D'UN TRIAC. La présente invention concerne un procédé et un disposi- tif autoadaptif d'amorçage de triac à angle de conduction régla- ble. Un triac est un dispositif à conduction bi-directionnelle qui devient conducteur quand un courant d'intensité suffisante est injecté dans sa gâchette et qui reste ensuite conducteur indépen- damment du courant de gâchette dès que, et tant que, il est tra- versé entre ses électrodes principales par un courant d'intensité supérieure à un seuil donné. Ainsi, dans les circuits de commande de triac, éventuel- lement réalisés sous forme de circuits intégrés, on cherche à fournir àla gâchette d'un triac une impulsion d'amplitude et de durée suffisante pour en permettre l'amorçage Néanmoins, pour éviter d'augmenter la consommation du circuit de commande, on cherche à limiter au maximum cette amplitude et cette durée La détermination de l'amplitude de l'impulsion à appliquer est rela- tivement simple et dépend des caractéristiques du triac, notamment des quadrants dans lesquels la commande est effectuée, certains quadrants étant plus sensibles que d'autres Le choix de la durée de l'impulsion de commande est beaucoup plus délicat car il dépend des caractéristiques du circuit de charge dans lequel est inséré le triac En particulier, si ce circuit de charge présente une self relativement importante, la durée d'établissement du courant sera lente et il conviendra de choisir une impulsion de longueur importante, cette longueur étant fonction de la nature du circuit de charge. On est donc amené, si l'on veut réaliser un circuit de commande de triac pouvant fonctionner avec des charges de natures différentes, à choisir des durées d'impulsions de commande de gâ- chette relativement importantes, la longueur de ces impulsions étant superfétatoire dans le cas o la charge est peu ou pas selfique Il en résulte une consommation énergétique pour le cir- cuit de commande de gâchette inutilement importante dans ce der- nier cas. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un procédé et un dispositif d'amorçage d'un triac permettant une faible dissipation d'énergie dans le circuit de commande. Dans la présente invention, on s'intéressera plus parti- culièrement à la commande à angle de conduction réglable de la mi- se en conduction d'un triac alimenté par un courant périodique, par exemple à 50 Hz. Il s'agit donc de fournir une première impulsion au triac après une durée déterminée en fonction de l'angle de conduction choisi, puis de répéter des impulsions successives si la première impulsion n'a pas suffi à produire l'amorçage Une difficulté se présente, à savoir qu'à la fin de la période de conduction, le triac se désamorce Il en résulte une remontée de la tension aux bornes de celui-ci et cette remontée ne doit pas être interprétée comme un défaut d'amorçage car ceci conduirait à fournir une ou plusieurs impulsions au début d'une alternance et donc à effectuer une commande "plein angle". Pour atteindre ses objets, la présente invention prévoit un procédé et un dispositif autoadaptatif d'amorçage d'un triac. Ce procédé comprend les étapes consistant à: fournir une première impulsion brève de gâchette au triac à l'instant o l'on souhaite le déclencher; détecter le non-amorçage éventuel du triac après l'arrêt de l'impulsion de gâchette; fournir une autre impulsion de gâchette au triac au cas o la détection a indiqué un non-amor- çage; et répéter ces opérations jusqu'à amorçage La détection de l'amorçage est de préférence effectuée par détection de la tension aux bornes du triac en l'absence d'impulsion de gâchette L'inter- valle de temps maximal entre deux impulsions brèves de gâchette, c'est-àdire la durée pendant laquelle est effectuée la détection d'un éventuel non-amorçage, est suffisamment court pour que le courant dans la charge ne subisse pas de décroissance notable pen- dant cet intervalle. Un dispositif autoadaptatif d'amorçage d'un triac en sé- rie avec une charge électronique comprend: un circuit pour détec- ter que la tension aux bornes du triac a dépassé un seuil déter- miné, ce circuit fournissant un signal à haut niveau quand et tant que ce seuil est dépassé; un circuit modulateur réglable recevant le signal en provenance du détecteur et fournissant une première impulsion de gâchette de durée brève au bout d'un temps réglé après que le signal du détecteur soit passé du niveau bas au ni- veau haut Le circuit modulateur ne peut fournir la première im- pulsion de gâchette que si le signal du détecteur reste à niveau haut pendant toute la durée du temps réglé Ce dispositif comprend en outre des moyens pour fournir d'autres impulsions brèves de gâ- chette au triac si le signal du détecteur repasse du niveau bas au niveau haut au cours d'un intervalle de temps suivant l'applica- tion de chaque impulsion brève, cet intervalle de temps ayant une durée suffisamment courte pour que le courant dans la charge ne subisse pas de décroissance notable au cours de son écoulement. Ainsi, selon la nature de la charge, on sera amené à fournir un plus ou moins grand nombre d'impulsions de gâchette pour commander le triac, ce nombre d'impulsions étant strictement limité au nombre nécessaire. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposé plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: les figures 1 et 3 représentent des modes de réalisation de la présente invention la figure 2 représente des schémas de tension permettant d'illustrer le fonctionnement du circuit de la figure 1. La figure 1 représente de façon schématique et sous forme de blocs un mode de réalisation de la présente invention Une ten- sion d'alimentation est appliquée entre les bornes 1 et 2 entre lesquelles sont disposés en série une charge 3 et un triac 4. Aux bornes du triac 4 est disposé un détecteur de seuil Ce détecteur de seuil est un circuit qui fournit une impulsion W à haut niveau quand la tension du triac est supérieure à un seuil déterminé et à bas niveau quand cette tension est inférieure au seuil La sortie du détecteur de seuil 5 est transmise à un mo- dulateur 6 fournissant un signal de sortie en impulsion F Une im- pulsion F est fournie après un retard déterminé à la suite d'une transition de niveau bas à niveau haut du signal W à condition qu'il ne se soit pas produit à l'intérieur d'un intervalle de temps déterminé une transition de niveau haut à niveau bas de ce signal W Le signal F est transmis par l'intermédiaire d'une porte OU 7 à une bascule monostable 8 La sortie QI de cette bascule mo- nostable fournit un signal de durée constante réglée à la suite de la réception d'un front montant Cette sortie Qi est connectée à la borne G de gâchette du triac 4 La sortie complémentaire Ql* de la bascule 8 est connectée à une seconde bascule monostable 9, également déclenchable par des fronts de tension montants la sor- tie Q 2 de cette bascule monostable 9 est connectée à la deuxième entrée d'une porte ET 10 dont la première entrée reçoit le signal W de sortie du détecteur de seuil 5 et dont la sortie est connectée à une deuxième entrée de la porte OU 7. Le fonctionnement de ce circuit sera exposé maintenant en relation avec la figure 2 qui représente diverses formes d'ondes de tension et de courant en fonction du temps en divers points du circuit de la figure 1 Notamment, sont représentés la tension V aux bornes du triac, le courant I dans le circuit de charge, le signal W à la sortie du détecteur de seuil 5, le signal F à la sortie du modulateur 6, des signaux de sortie QI et Ql* de la bas- cule monostable 8 et le signal de sortie Q 2 de la bascule monosta- ble 9 Dans cette figure 2, on notera qu'aucune échelle n'est respectée en ce qui concerne, d'une part, les intensités des di- vers signaux, d'autre part, à l'intérieur d'une courbe donnée les largeurs relatives des divers signaux ou impulsions, la largeur des impulsions de déclenchement étant de l'ordre de la microsecon- de ou de la dizaine de microsecondes, alors que la largeur d'une alternance de la tension de secteur est de 10 millisecondes si cette tension se présente à une fréquence de 50 Hz. On suppose que le triac est initialement dans un état conducteur A l'instant t O, la tension du secteur s'annule et l'on passe d'une alternance positive à une alternance négative Alors, en l'absence de signal de gâchette, le triac passe dans un état non conducteur dès que le courant dans la charge s'annule A l'instant tl, la tension V aux bornes de ce triac atteint une va- leur de seuil VS et le signal W passe d'un niveau bas à un niveau haut La tension de seuil Vs peut être choisie à une valeur de l'ordre de 10 volts Tl est important que cette valeur soit aussi faible que possible de façon compatible avec un bonne détection compte tenu de la tension résiduelle aux bornes du triac et des bruits électriques ambiants Le modulateur 6 détecte cette montée du signal W et fournit à un instant t 2, après un intervalle de temps préréglé qui dépend de l'angle de conduction choisi, une im- pulsion brève F Le triac est alors mis en conduction et le signal W passe à bas niveau L'impulsion F est mise en forme par la bas- cule monostable 8 et le signal de gâchette Ql est fourni, éven- tuellement par l'intermédiaire d'un amplificateur, à la gâchette G du triac 4 pendant une durée Tl La sortie Ql* du circuit monosta- ble 8 est transmise au circuit monostable 9 qui se déclenche sur le front montant de ce signal (correspondant au front descendant du signal Ql) Cette bascule monostable 9 fournit alors pendant une durée T 2 un signal de validation à la porte ET 10 Si, pendant cette durée, il ne se produit aucun changement d'état du signal W, les signaux Qi et Q 2 restent tous deux à bas niveau jusqu'à l'instant t 2 de l'alternance suivante de la tension du secteur. L'un des r 8 les essentiels de l'inhibition par le signal Q 2 de la porte ET 10 est d'empêcher que la montée du signal W se produisant à l'instant t O ne provoque un changement d'état du signal Qi, ce qui serait le cas si le signal W était directement appliqué à la porte OU 7 sans l'opération de validation apportée par la porte ET 10. Si l'on suppose, comme cela est indiqué en figure 2, que l'amorçage du triac ne se produit pas de façon convenable et, qu'après la chute de l'impulsion de gâchette fournie par le signal Ql, le triac se désamorce dès que la tension à ses bornes croît pour dépasser à nouveau la tension Vs au cours de l'intervalle de temps T 2, il se produit à l'instant t 3 une remontée du signal W et, par conséquent, une remontée du signal Ql Dans les figures, on a supposé que le processus doit être répété trois fois aux ins- tants t 3, t 4 et t 5 et que c'est seulement après la quatrième im- pulsion de gâchette que le triac est effectivement amorcé Une explication de cette nécessité de produire des impulsions multi- ples dans certains cas particuliers peut se voir en relation avec la courbe indiquant les variations du courant I dans le triac Si, après la première impulsion de gâchette, le courant I n'a pas at- teint une valeur IL habituellement désignée par l'expression "courant de maintien", le triac ne s'amorce pas Il convient que l'impulsion de gâchette suivante soit appliquée très rapidement pour que le courant n'ait pas le temps de décroître suffisamment avant l'application de l'impulsion de gâchette suivante Ainsi, au cours de chaque impulsion de gâchette successive, la valeur du courant dans le triac croit C'est là l'une des raisons pour les- quelles il convenait de choisir, comme on l'a indiqué pr 6 cédem- ment, une valeur de la tension Vs de seuil de détection aussi faible que possible A titre d'ordre de grandeur, cette tension VS sera choisie de l'ordre de la dizaine de volts et les durées Tl et T 2 des impulsions QI et Q 2 pourront être de même valeur, par exemple 20 microsecondes Bien entendu, cette valeur dépend essen- tiellement de la nature du circuit le plus selfique sur lequel est susceptible d'être branché le dispositif de déclenchement selon l'invention. Une variante du circuit selon l'invention est illustrée en figure 3 Dans cette variante, le premier circuit monostable 8 est supprimé et les impulsions de sortie de la porte OU 7 sont di- rectement appliquées à la gâchette du triac (éventuellement par l'intermédiaire d'un circuit amplificateur) La deuxième bascule monostable 9 déclenchable sur le front montant ou sur le front descendant des impulsions de sortie de la porte OU 7 permet la va- lidation de la porte ET 10 seulement pendant un bref intervalle de temps après chaque impulsion de gâchette Dans ce mode de réalisa- tion, on joue sur la durée inhérente de l'impulsion minimale four- nie à la sortie de la porte OU et liée au temps de propagation de l'information à travers le détecteur de seuil, la porte ET, la porte OU et le triac. Le circuit selon la présente invention est susceptible 2504; d'autres variantes de réalisation du moment que l'on conserve les deux caractéristiques principales, à savoir que le signal d'un dé- tecteur de seuil est transmis à la gâchette d'un triac, d'une part, un certain temps après chaque passage à zéro par l'intermé- diaire d'un modulateur, d'autre part, après une première impulsion si, et seulement si, il se produit un désamorçage au cours d'une du- rée déterminée après chaque impulsion. Dans la description précédente, les divers blocs désignés comme détecteurs de seuil et comme modulateurs n'ont pas été re- présentés sous forme de circuits détaillés étant donné que la réa- lisation de tels circuits est à la portée de l'homme de l'art à partir du moment o la fonction de ces circuits a été définie, ce qui a été fait précédemment On notera que l'un des aspects impor- tants de la présente invention est que les circuits décrits se prêtent tout particulièrement à une réalisation sous forme de cir- cuits intégrés Notamment, le modulateur pourra être de type numé- rique et non analogique. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réa- lisation qui ont été explicitement décrits, elle en contient au contraire les diverses variantes et généralisations incluses dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS. 1 Procédé autoadaptatif d'amorçage d'un triac en série avec une charge alimentée électriquement, comprenant les étapes consistant à fournir une première impulsion brève de gâchette au triac à un instant choisi, détecter le non-amorçage éventuel du triac après l'arrêt de l'impulsion de gâchette, fournir une autre impulsion brève de gâchette au triac au cas o la détection indiquerait un non-amorçage, répéter ces opérations jusqu'à amorçage, caractérisé en ce que l'intervalle de temps maximal entre deux imu- pulsions brèves de gâchette, c'est-a-dire la durée pendant laquel- le est effectuée la détection d'un éventuel non-amorçage et la possibilité de fournir une autre impulsion-brève de gâchette, est suffisamment court pour que le courant dans la charge ne subisse pas de décroissance notable pendant cet intervalle. 2 Dispositif autoadaptatif d'amorçage d'un triac en sé- rie avec une charge électrique, comprenant un circuit ( 5) pour dé- tecter que la tension aux bornes du triac a dépassé un seuil déterminé et fournissant un signal (W) à haut niveau quand et tant que ce seuil est dépassé, et un circuit modulateur réglable ( 6) recevant le signal en provenance du détecteur et fournissant une première impulsion de commande de gâchette (F) de durée brève au bout d'un temps réglé après que le signal du détecteur est passé de niveau bas à niveau haut, caractérisé en ce que le circuit mo- dulateur est réalisé de façon à ne fournir d'impulsions que si son signal d'entrée reste à niveau haut pendant toute la durée du temps réglé, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour fournir d'autres impulsions brèves de gachette au triac si le signal du détecteur repasse de niveau bas à niveau haut au cours d'un intervalle de temps qui suit l'application de chaque impul- sion brève, cet intervalle de temps ayant une durée suffisamment courte pour que le courant dans la charge ne subisse pas de dé- croissance notable au cours de son écoulement. 3 Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comprend: une porte ET ( 10) à deux entrées recevant à sa première entrée le signal (W) de sortie du détecteur de seuil ( 5), une porte OU ( 7), recevant la sortie de la porte ET ( 10) et la sortie du modulateur ( 5), et dont la sortie est reliée à la gachette (G) du triac ( 4), un circuit monostable ( 9) recevant la sortie de la por- te OU et alimentant la première entrée de la porte ET. 4 Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comprend en outre un deuxième circuit monostable ( 8) con- necté entre la sortie de la porte OU ( 7) et l'entrée du premier circuit monostable ( 9), sa sortie normale étant reliée à la gâ- chette du triac et sa sortie complémentaire à l'entrée de la deuxième bascule monostable, les deux bascules monostables étant déclenchées par l'apparition de fronts montants.