Brevet FR2499251A1 — publié le 19820806

La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux circuits détecteurs de niveau de tension, en particulier à des circuits pour contrôler une tension variant cycliquement. I1 existe de nombreuses applications pratiques où il est nécessaire d'assurer un contrôle continu d'une tension variant cycliquement afin de faire en sorte qu'elle varie entre des niveaux supérieur et inférieur prédétermintés. Un exemple d'une telle application concerne le cas oll une lampe de signalisation utilisée dans des équipements de signalisation de voies ferrées est modulée cycliquement en intensité de façon à donner un effet visuel de " clignotement ". La vérification du fonctionnement correct de la lampe necessite le contrôle des niveaux supérieur et inférieur de tension auxquels la lampe fonctionne, avec fourniture d'une indication d'alarme automatique ou bien génération d'un signal de sécurité associé, au cas où la modulation de la tension de lampe ne couvre pas des niveaux prédéterminés de tension ou bien au cas où il se produit une panne de composants essentiels du circuit de contrôle. Une autre application consiste dans le contrôle du niveau de tension auquel un condensateur de temporisation est chargé dans un circuit de temporisation d'insécurité du type décrit dans le brevet du Royaume Uni n0 1499102. La présente invention concerne d'une part un circuit détecteur de niveau de tension comportant une source d'alimentation en courant continu et pourvu d'un transistor principal de commutation dont la base est soumise à une tension de référence établie par un diviseur de tension qui comprend une diode zener et deux réseaux résistifs qui sont connectés à la diode zener lors d'une commutation du transistor précité respectivement dans la condition de conduction et dans la condition de blocage afin de prédéterminer deux seuils différents de tension pour la mise en conduction et le blocage du transistor de commutation, de telle sorte qu'un cycle de commutation complet se produise seulement en réponse à un signal d'entrée appliqué au circuit détecteur et qui varie dans une gamme de tensions comprise entre des niveaux de tension supérieur et inférieur prédéterminés. La diode zener et les réseaux résistifs sont en fait contrôlés par le fonctionnement du circuit du fait qu'un défaut de l'un de ces composants au-åelà de limites prédéterminées provoque un arrêt du cycle de commutation. En particulier, une panne ou un défaut se produisant au-delà de limites prédéterminées dans la diode zener conduit soit à une augmentation soit à une diminution de la tension zener, l'une ou l'autre influence provoquant une augmentation de la plage de tension comprise entre les niveaux de seuil de tension supérieur et inférieur. Le transistor principal de commutation est de préférence relié à la source d'alimentation en parallèle avec un transistor de commutation d'entrée dont la base reçoit le signal d'entrée pour amorcer la commutation du transistor d'entrée quand le signal d'entrée tombe en dessous du niveau inférieur de tension et augmente au-dessus du niveau supérieur de tension. Les deux transistors de commutation comportent de préférence une connexion commune d'émetteur avec une ligne de la source d'alimentation en courant continu, éventuellement par l'intermédiaire d'éléments résistifs qui font partie du diviseur de tension. D'autre part, l'invention concerne également un circuit détecteur de niveau de tension comportant une source d'alimentation en courant continu et pourvu d'un transistor principal de commutation qui est alimenté par l'intermédiaire d'un réseau transistif dont une partie forme un composant résistif commun à deux diviseurs de tension qui prédétermine deux seuils différents de tension pour faire commuter le transistor de tension respectivement dans la condition de conduction et dans la conduction de blocage. Un des diviseurs de tension comprend de préférence un troisième transistor de commutation branché en série avec la diode zener, la commutation du troisième transistor étant commandée par la commutation du transistor principal, ainsi qu'un quatrième transistor de commutation qui est disposé avec son circuit base-émetteur en parallèle au troisième transistor de façon que le quatrième transistor soit commuté dans la condition de conduction et dans la condition de blocage en réponse à des variations de tension du signal d'entrée entre les niveaux de seuil supérieur et inférieur de tension. Le quatrième transistor produit à sa sortie une onde carrée en réponse à un signal d'entrée cyclique compris entre les seuils supérieur et inférieur prédéterminés de tension.Cette ondée carrée de sortie est de préférence différenciée et les impulsions de tension négative résultantes sont utilisées pour charger un condensateur jusqu'à une tension qui est plus négative que celle de la ligne commune de la source d'alimentation en courant continu. La tension négative appliquée au condensateur peut être transmise à un oscillateur de manière que celui-ci soit maintenu en oscillation seulement tant que ladite tension de condensateur reste plus négative que la tension de la ligne commune. Si les signaux d'entrée ne couvrent pas la plage comprise entre les seuils supérieur et inférieur prédéterminés de tension, le signal de sortie de forme d'onde carrée du quatrième transistor est supprimé et la tension négative au condensateur n'est pas maintenue de sorte que l'oscillateur cesse de fonctionner.Cela peut être utilisé pour obtenir une indication d'avertissement de panne de l'entrée contrôlée ou bien pour faire passer un signal associé dans une condition d'indication d'insécurité. Dans un mode préféré de réalisation, un élément de commutation est branché, directement ou indirectement, aux bornes du condensateur et il est commuté en synchronisme avec la commutation du premier transistor de commutation. L'élément de commutation est de préférence agencé de manière qu'une panne du circuit détecteur de niveau ou de son signal d'entrée laisse l'élément de commutation dans un état fermé, en court-circuitant le condensateur et en empêchant l'excitation de l'oscillateur par des signaux parasites captés par le condensateur, par exemple sous l'effet d'une interférence externe. Le signal d'entrée contrôlé par le circuit détecteur de niveau peut, comme indiqué ci-dessus, être dérivé d'une tension d'entrée, variant cycliquement, à contrôler. Lorsque cette tension variant cycliquement est une tension alternative, on peut prévoir dans un circuit d'entrée un condensateur et un redresseur pour produire une tension d'entrée variant en relation avec l'enveloppe de la tension alternative variable à contrôler. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin unique annexé qui est un schéma de circuit d'un détecteur de niveau de tension et d'un circuit de contrôle conforme à un mode de réalisation de l'invention, pour contrôler une tension alternative variant cycliquement. En référence au dessin, un transformateur T comporte un enroulement primaire relié à une lampe de signalisation ( non représentée ) qui est alimentée par une tension alternative modulée entre des niveaux supérieur et inférieur à une fréquence faible de l'ordre de 1 Hz de manière à obtenir un effet visuel de clignotement. Le transformateur T produit dans son enroulement secondaire un signal isolé proportionnel à la tension instantanée de la lampe. Ce signal est intégré par une diode Dl et un condensateur C1 pour engendrer une forme d'onde de tension qui reproduit effectivement l'enveloppe de modulation de la tension d'alimentation de lampe. Un transistor de commutation d'entrée TRI est relié par sa base au condensateur Cl et il est normalement bloqué. Le transistor TR comporte une connexion d'émetteur commune avec un transistor principal de commutation TR2 dont la base est sollicitée par une tension de référence. La tension de référence est établie par un diviseur de tension comprenant des résistances R1, R4, une diode zener ZD, et la tension de saturation collecteur-émetteur d'un transistor TR3 dont la base est connectée au collecteur de TR2. Le niveau de la tension de référence est par conséquent établi par la combinaison de la tension de saturation collecteur-émetteur + TR3 et la tension aux bornes de la diode zener ZD, en définissant ainsi la tension d'émetteur commun des transistors TR1 et TR2. Si la tension au condensateur C1 devient suffisamment négative par rapport à la tension positive d'alimentation, le transistor TR1 est rendu conducteur, pour un niveau de tension prédéterminé par la tension de référence établie à la base de TR2, comme précédemment décrit. La réduction résultante de la tension d'émetteur de TR1 et TR2 provoque le blocage du transistor TR2 et par conséquent du transistor TR3.La tension de base de TR2 passe à une tension définie par un diviseur de tension dont une branche est formée par les résistances R1, R2 et la tension émetteur-collecteur de TR1 tandis que l'autre branche est formée par les résistances R1, R4, la diode zener ZD et une résistance R5, ainsi que la voie baseémetteur d'un quatrième transistor de commutation TR4, qui est rendu conducteur et reste dans cette condition jusqu'à ce que la tension de base du transistor d'entrée TR1 augmente suffisamment pour assurer son blocage.Le transistor TR4 est relié à la ligne positive d'alimentation par l'intermédiaire d'une résistance R6 et le signal de sortie apparaissant au collecteur du transistor TR4 varie par conséquent à la même fréquence que le signal d'entrée appliqué au transistor d'entrée TR1, à condition que ledit signal d'entrée varie en amplitude dans une gamme de tensions qui est comprise entre des niveaux de seuil supérieur et inférieur prédéterminés par les diviseurs de tension précités. Si le signal d'entrée fourni par le condensateur d'intégration C1 ne tombe pas en dessous du seuil inférieur de tension ou bien n'augmente pas au-dessus du seuil supérieur de tension, le transistor TR1 cesse sa commutation cyclique et le transistor TR4 reste conducteur ou bloqué. La présence de la diode zener ZD permet de remplir une fonction importante de contrôle de sécurité puisque, dans le cas d'une fuite importante à la base du transistor de commutation TR2, la diode zener absorbe cette fuite grâce à sa faible impédance dynamique, sans modifier sa tension de seuil, et il en résulte une interruption du cycle de commutation du transistor TR4, c'est-à-dire une condition d'insécurité. Typiquement, le circuit pourrait comporter une source d'alimentation en courant continu de 24 volts et un transformateur dévolteur T ayant un rapport d'environ 14 : 1. Un tel circuit, dans l'exemple pratique représenté, pourrait être utilisé pour contrôler une lampe de signal i-. sation fonctionnant entre des seuils supérieur et inférieur de tension respectivement de 110 volts et 30 volts. Lorsque la lampe de signalisation en train d'être contrôlée est correctement modulée entre les niveaux de tension d'alimentation compris entre ces seuils, la commutation des transistors TR1 et TR4 est synchronisée avec la modulation de la lampe et le signal de sortie du circuit apparaissant au collecteur du transistor TR4 est une tension de forme d'onde carrée. Cette tension est différenciée par un condensateur C2, qui remplit également une fonction d'isolation en courant continu, et les impulsions de tension négative résultantes sont utilisées pour charger un condensateur C3 par l'intermédiaire d'une diode D2.En conséquence, lors d'un fonctionnement normal de la lampe de signalisation modulée, et en supposant une intégrité du circuit de contrôle, le condensateur C3 est chargé jusqu'à une tension qui est plus négative que celle de la ligne commune a'alitentation. Cette tension négative est utilisée pour maintenir le fonctionnement d'un oscillateur ( non représenté qui peut être associé à un autre équipement de contrôle ou équipement de signalisation. Un défaut de modulation de la lampe en train d'être contrôlée, ou bien une panne du circuit détecteur de niveau, provoque la disparition de la tension négative au condensateur C3 et l'arrêt du fonctionnement de l'oscillateur. La connexion de la branche contenant la diode zener ZD et la résistance R4 avec la jonction des résistances R1 et R2 permet un contrôle opérationnel de l'intégrité des résistances R1 et R2. Toute augmentation significative de la valeur de R2 empêche le transistor TR2 d'être rendu conducteur tandis qu'une augmentation significative de la valeur de R1 empêche le transistor TR2 d'être bloqué, du fait de la réduction du courant d'excitation de la diode zener ZD. Celle-ci est agencée de manière que le point de fonctionnement de la diode zener ZD soit tel qu'un défaut substantiel de la résistance R1 provoque une disparition de la tension zener du fait d'une absence de courant.En conséquence un défaut des résistances Ri ou R2 arrêtela commutation cyclique des transistors TR1 et TR2. Ainsi, par un choix approprié des composants résistifs - par exemple en utilisant des résistances à film métallique - un défaut ne se produit que dans le sens d'une augmentation de résistance. S'il se produit une augmentation de la tension de la diode zener, le seuil supérieur de tension augmente alors que, s'il se produit une diminution de la tension de la diode zener, le seuil inférieur de tension diminue. De même, si l'une des résistances, à l'exception de la résistance R3, augmente de valeur, les niveaux de tension sont modifiés de manière à arrêter la commutation des transistors et par conséquent à assurer une détection immédiate de la panne du circuit. Un défaut de la résistance R3 n'est pas détecté mais cette résistance est prévue simplement pour assurer le blocage du transistor TR3. Puisque la résistance R3 est shuntée par la faible impédance de la jonction base-émetteur du transistor TR3, la valeur précise de la résistance R3 n'est pas critique pour le fonctionnement du circuit. Une protection contre un mauvais fonctionnement du détecteur à cause d'une réduction ou bien d'une augmentation de la tension de la ligne positive au-delà de niveaux spécifiés est assurée du fait qu'une variation de ce genre a une influence sur le seuil supérieur de tension alors que la tension d'entrée à contrôler est indépendante d'une telle variation. I1 en résulte qu'on détecte effectivement une variation sensible de la tension d'alimentation. Pour empêcher un fonctionnement perturbé de l'oscillateur sous l'action d'une tension négative appliquée au condensateur C3 sous l'effet d'interférences externes, un transistor de commutation TR5 est relié aux bornes du condensateur C3, en amont de la diode D2, et il est commuté en synchronisme avec la tension de base du transistor TR3. En fait, le transistor TR5 contrôle la fonction de commutation du circuit détecteur de niveau puisqutune perturbation de cette fonction de commutation laisse le transistor TR5 conducteur et empêche efficacement le condensateur C3 d'être chargé par une autre source. I1 est évident que, lorsque le circuit selon l'invention est utilisé pour la détection ou le contrôle de variations d'un niveau de tension, par exemple dans un circuit de temporisation tel que celui décrit dans le brevet du Royaume Uni n" 1 499 102 déposé par la Demanderesse, le transformateur T, le redresseur D1 et le condensateur C1 n'ont pas à être incorporés. REVENDICATIONS 1. Circuit détecteur de niveau de tension d'insécurité comportant une source d'alimentation en courant continu et pourvu d'un transistor principal de commutation dont la base est sollicitée par une tension de référence établie par un diviseur de tension, caractérisé en ce que le diviseur de tension comprend une diode zener (ZD) et deux réseaux résistifs (R1, R4, TIR 3 ;R1, R4, R5, TR5 qui sont respectivement connectés à la diode zener lors d'une mise en conduction et d'un blocage respectifs du transistor principal de commutation (TR2) de façon à déterminer deux tensions différentes de seuil de mise en conduction et de blocage dudit transistor afin qu'un cycle complet de commutation se produise seulement en réponse à l'application au circuit détecteur d'un signal d'entrée qui varie dans une plage de tension comprise entre des niveaux supérieur et inférieur de tension prédéterminés. 2. Circuit détecteur de niveau de tension selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transistor principal de commutation (TR2) est relié à la source d'alimention en parallèle à un transistor de commutation d'entrée (TR1) dont la base reçoit le signal d'entrée pour amorcer la commutation dudit transistor d'entrée quand le signal d'entrée tombe en dessous du niveau inférieur de tension et augmente au-dessus du niveau supérieur dc tension. 3. Circuit détecteur de niveau de tension selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux transistors de commutation (TRi, TR2) cornportent une connexion à émetteur commun avec une ligne de la source d'alimentation en courant continu par l'intermédiaire d'une résistance (R1) faisant partie du diviseur de tension. 4. Circuit détecteur de niveau dé tension selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le diviseur de tension comprend un troisième transistor de commutation (TR3) branché en série avec la diode zener (ZD), une commutation du troisième transistor étant commandée par la commutation du transistor principal (TR2), ainsi qu'un quatrième transistor de commutation (TR4) branché avec sa voie base-émetteur en parallèle au troisième transistor (TR3) afin que le quatrième transistor soit rendu conducteur et bloqué en réponse à des variations de tension du signal d'entrée comprises entre les niveaux supérieur et inférieur de tension de seuil. 5. Circuit détecteur de niveau de tension selon la revendication 4, caractérisé en ce que le quatrième transistor (TR4) fournit un signal de sortie de forme d'onde carrée en réponse à un signal d'entrée cyclique compris entre les niveaux supérieur et inférieur prédéterminés de tension de seuil, le signal de sortie de forme d'onde carrée étant transmis par l'intermédiaire d'un moyen de différenciation (C2) et les impulsions résultantes de tension négative étant utilisées pour charger un condensateur (C3) jusqu:à une tension qui est plus négative que celle de la ligne commune de la source d'alimentation en courant continu. 6. Circuit détecteur de niveau de tension selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tension négative du condensateur (C3) est appliquée à un oscillateur qui est maintenu en oscillation seulement aussi longtemps que ladite tension de condensateur reste plus négative que celle de la ligne commune. 7. Circuit détecteur de niveau de tension selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'un élément de commutation (TR5) est relié en série avec ledit condensateur (C3) et une diode (D2) et est commuté en synchronisme avec la commutation du transistor principal de commutation (TR2). 8. Circuit détecteur de niveau de tension selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le signal d'entrée est dérivé d'un condensateur (C1) auquel est fournie une tension continue de niveau variable correspondant à l'enveloppe d'une tension alternative dont le niveau doit être contrôlé. 9. Circuit détecteur de niveau de tension comportant une source d'alimentation en courant continu et pourvu d'un transistor principal de commutation, alimenté par l'intermédiaire d'un réseau résistif, caractérisé en ce qu'une partie du réseau résistif forme un composant résistif commun (R1, R4) à deux diviseurs de tension (R1, R4, ZD, TR3 ; R1, R4, ZD, R5, TR4 ) qui prédéterminent deux tensions différentes de seuil respectivement pour la mise en conduction et le blocage du transistor de commutation.