Brevet FR2500691A1 — publié le 19820827

La présente invention a pour objet une cellule d'alimentation électrique à redressement et régulation. Elle trouve une application générale en électronique et plus particulièrement dans l1ali- mentation des sonneries électroniques utilisées dans les récepteurs d'appels téléphoniques. Le remplacement des sonneries traditionnelles, de type électromécanique, par des sonneries électroniques ou des générateurs de mélodies, nécessite quelques précautions. En effet, le courant crê- te absorbé par une sonnerie électronique ne doit pas excéder de façon importante le courant crête absorbé par une sonnerie traditionnelle, afin de ne pas risquer de provoquer le déclenchement intempestif du dispositif de supervision d'arrêt d'appel situé dans l'autocommutateur de rattachement. Ce dispositif classiquement réalisé par un relais électromécanique, est, par nature,insensibilisé aux courants alternatifs, mais seulement jusqu'à un certain point. Par ailleurs, si le dipôle équivalent à une sonnerie électronique est trop fortement non linéaire, le courant de ligne comportera des composantes harmoniques d'amplitude importante s'étalant jusqu'au domaine des fréquences audibles, ce qui risque, par diaphonie, de constituer une source de bruit supplémentaire pour les lignes empruntant le même câble. A ces contraintes spécifiques aux sonneries électroniques, s' ajoutent celles des sonneries en général, et en particulier celle d'obtenir de hauts rendements d'alimentation, notamment au niveau de la conversion alternatif-continu qui s'opère dans la cellule d'alimentation, afin de garantir un fonctionnement satisfaisant à l'extrémité de lignes téléphoniques longues et fortement résistives, ou encore en cas d'association de plusieurs sonneries. A ce sujet on rappelle qu'une cellule d'alimentation conforme à l'art antérieur comprend, conformément au schéma de la figure 1, un condensateur de découplage 10, un pont redresseur à diodes 12, une diode Zener de régulation 14, associée en parallèle à un condensateur réservoir 16 de forte valeur, et enfin une résistance 18. Une telle cellule est alimentée en courant alternatif par un signal d'appel véhiculé par une ligne 20 et elle dél-ivre une tension continue régulée qui est appliquée à une sonnerie 22. Pour ne pas risquer d'atteindre des valeurs de courant excessives sur la ligne, la résistance 18 est prise d'assez forte valeur. Dans ces conditions, la puissance maximale en sortie de cellule, sur les lignes les plus longues, n' excède pas 100 mW. Par ailleurs, la distorsion du courant --de ligne est très importante, et les harmoniques peuvent perturber les lignes adjacentes par effet diaphonique. La présente invention a justement pour but une cellule d'alimentation qui évite ces inconvénients. De manière plus précise, l'invention a pour but, tout d'abord, de réduire la distorsion harmonique du courant de ligne en réalisant une cellule dont l'impédance équivalente, vue des accès ligne, est quasi-linéaire et ensuite de procurer une portée notablement supérieure (exprimée sous la forme d'une résistance maximale de ligne utilisable) pour un meme courant de ligne et une même puissance régulée en sortie de cellule. Ces buts sont atteints, selon l'invention, par l'adjonction au circuit classique décrit plus haut et à la sortie du pont, d'un amplificateur de courant appelé encore "miroir de courant, dont la sortie est reliée au pont à travers deux branches disposées en parallèle, l'une comprenant l'ensemble susmentionné diode Zener-condensateur réservoir et l'autre comprenant un interrupteur électronique qui est fermé lorsque la tension aux bornes du pont devient inférieure à une tension de seuil VI. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif. Cette description se réfère à des dessins annexés, qui font suite à celui de la figure 1 déjà décrite et sur lesquels - la figure 2 est un schéma synoptique de la cellule de l'invention, - la figure 3 est un diagramme représentant des variations de certains signaux apparaissant dans la cellule de la figure précédente, - la figure 4 représente un mode particulier de réalisation d'une cellule conforme à l'invention. La cellule représentée sur la figure 2 comprend les éléments déjà représentés sur la figure 1 et, en outre, un amplificateur de courant 30 (ou "miroir") à une entrée 30/1, reliée au pont 12 par une résistance 32 et à une sortie 30/2, qui délivre un courant proportionnel au courant d'entrée. Le coefficient de proportionnalité entre les courants d'entrée et de sortie sera noté a par la suite. Ce coefficient peut être légèrement inférieur à l'unité. La sortie 30/2 est reliée à deux branches, l'une formée par l'ensemble diode Zener (14)-condensateur (16) et par une diode 34, l'autre constituée par un interrupteur électronique 36, qui est fermé lorsque la tension à ses bornes est inférieure à la tension de seuil V1 et ouvert dans le cas contraire. Il sera admis, dans cette première analyse du principe de l'invention, que les éléments susmentionnés sont idéaux e le pont de redressement, le miroir de courant, la diode 34 ne possèdent pas de tension de déchet, l'interrupteur électronique ne consomme pas d'énergie, le condensateur réservoir 16 a une capacité quasi-infinie. La tension d'alimentation E(t) du générateur alimentant la cellule est supposée égale à la valeur minimale, correspondant aux conditions d'utilisation les plus difficiles, par exemple sur les lignes les plus longues. Les diagrammes de la figure 3 représentent différents signaux apparaissant dans ce circuit et permettent d'expliquer le fonctionnement de ce dernier. Les notations employées sont les suivantes la tension IVe(t)I est la tension redressée apparaissant à la sortie du pont 12 ; le courant i1 (t) est le courant circulant dans la première branche (diode Zener 14, condensateur 16, diode 34) ; le courant i2 (t) est le courant circulant dans l'interrupteur 36 ; Ve Le courant de sortie du miroir de courant 30, égal à a fois le courant le d'entrée, avec a peu inférieur à 1, passe tantôt dans le circuit de sortie (courant il(t)) tantôt dans l'interrupteur 36 (courant i2(t)), la commutation s'effectuant au moment ou la tension jet)| redressée par le pont 12 atteint la tension de seuil VI de lrinterrupteur 36. Cette tension redressée est représentée sur la figure 3 par le diagramme du haut. Si l'on repère le temps par rapport à la période, autrement dit si l'on s'intéresse à la phase de la tension, la commutation s'effectue à la phase e pour laquelle la tension redressée est juste égale à Vs. En d'autres termes, e est l'angle d'ouverture de l'interrupteur. La forme du courant il(t) est représentée sur le diagramme du milieu : ce courant est différent de zéro entre les phases e et u-Opour chaque demi-alternance. Le courant i2(t) est complémentaire du précédent ; il est différent de zéro entre 0 et e et entre Le courant crête disponible est égal à &alpha;Ie W et le courant moyen Is disponible en sortie du circuit est Is = 2&alpha; # 2/# ie cos # Par ailleurs, la tension crête redressée est égale à Ve #2 et la tension de sortie vs apparaissant à l'accès 22, est, lorsque le courant absorbé à cet accès est égal à Is, liée à l'angleopar la relation v5 = Ve sin e, sous réserve, d'une part que le condensateur 16 soit de très forte valeur, d'autre part, que cette tension vs soit inférieure à la tension de seuil de la diode Zener 14, ce qui est admis en l'occurrence. La puissance électrique de sortie disponible est égale au produit de Is par vs, soit Le produit leVe représente la puissance crête à l'entrée de la cellule. Le rendement de conversion de la cellule, égal au quotient de la puissance de sortie par la puissance d'entrée, est donc finalement égal à 2a sin 2 e Tt Ce rendement varie avec l'angle d'ouverture e et il est maximal lorsque e = #/4, c'est-à dire lorsque VI = vs = Ve Dans la pratique, on choisira donc l'interrupteur 36 de façon telle que sa tension de seuil soit égale à la tension efficace minimale disponible aux bornes de sortie de la cellule, en aval du condensateur 10.Le rendement maximal théorique est alors égal à 2avec soit environ 65% si a est proche de l'unité. Par ailleurs, l'impédance théorique de la cellule à l'entrée est celle d'une résistance de valeur k+Rl si R désigne la valeur de la résistance 32 et k un coefficient relié au coefficient de proportionnalité a du circuit 30 par k Q = k+l Le rôle de la diode Zener 14 est, lorsque le générateur alimentant la cellule possède une force électromotrice plus grande, ou une impédance interne plus faible que celles correspondant aux conditions extrêmes considérées jusqu'ici, de limiter la tension de sortie vs à une valeur peu supérieure à la valeur atteinte dans ces conditions extremes. En conséquence , la tension de seuil Vs de cette diode Zener doit être choisie peu supérieure à la tension V e minimale disponible aux bornes de sortie de la cellule de redressement 12. Le schéma de la figure 4 représente un mode particulier de réalisation d'lune cellule conforme à l'invention. Dans ce schéma, le "miroir de courant" 30 est constitué par un transistor T3, une diode 40 et deux résistances 41 et 42. L'interrupteur électronique est constitué par deux transistors T1 et T2 et par trois résistances 43, 44, 45. Le fonctionnement du miroir de courant 30 est classique : le courant collecteur du transistor T3 est proportionnel au courant passant dans la résistance 32, le coefficient de proportionnalité k étant égal à où aT et ssT sont les gains base commune et émetteur commun du transistor T3, et où R2 et R6 sont les valeurs des résistances 41 et 42. Ce mode de réalisation du miroir de courant permet de fixer le coefficient a à une valeur très proche de l'unité et de limiter la tension de déchet à la somme d'une tension de seuil de diode et d'une tension de saturation de transistor. Quant au fonctionnement de l'interrupteur électronique, il est le suivant. Le seuil de déclenchement est fixé à la tension où R3 et R4 sont les valeurs des résistances 43 et 44 et V BE la tension base-émetteur du transistor T1. Cette tension doit être choisie voisine de la tension efficace V e minimale apparaissant en sortie de la cellule de redressement. La tension de déchet de l'interrupteur est limitée à la tension de saturation émetteur-collecteur du transistor T2. La consommation parasite due aux résistances 43, 44, 45 peut être maintenue à une valeur très faible. Le condensateur 11, de très faible valeur, est destiné à stabiliser le circuit en haute fréquence. En ce qui concerne la non-linéarité du courant de ligne, elle est due aux tensions de seuil des diodes du pont de redressement 12, ainsi qu'aux tensions de seuil du circuit 30, de l'interrupteur 36 et de la diode 34. Le courant de ligne peut être considéré comme la somme d'un courant sinusoidal et d'un courant de non-linéarité de forme approximativement rectangulaire, de période égale à celle du générateur, et d'amplitude crête approximativement égale au rapport de la somme des différentes tensions de seuil à l'impédance équivalente de la cellule. Ainsi, les composantes harmoniques sont maintenues à une valeur très faible, quelle que soit la longueur de la ligne. Dans l'application particulière visée par le mode de réalisation qui vient d'être décrit, il s'agissait de garantir un fonctionnement du récepteur d'appel pour des tensions minimales du générateur E(t) de l'ordre de 30 à 35 V efficace à 50 Hz, et d'obtenir une impédance de l'ordre de 5 à 6 kQ. Les paramètres du circuit sont alors les suivants V1 = 30 V ; Vz = 30 V ; k -15 L'impédance équivalente du circuit est, dans ces conditions, d'environ 4,3 kQ, non comptée l'impédance du condensateur 10. La capacité de celui-ci étant fixée à 1 > F, l'impédance totale est d'environ 5,2 kG (à 50 Hz) La puissance récupérable en sortie est supérieure à 100 mW (Is = 3,8 mA sous vs = 28 V), ce qui correspond à un rendement supérieur à 50%. Si l'on compare ces performances à celles d'un circuit traditionnel, pour une meme énergie disponible en sortie (100 mW) et pour un courant crête sensiblement identique sur une ligne de lon (80 gueur nulle 5,2 = 15,3 mA, soit 21,7 mA crete, la tension efficace maximale du générateur E(t) étant fixée à 80 V), on trouve que la résistance de ligne maximale peut atteindre 6,9 kS, soit plus du double de la valeur obtenue dans le cas classique. Cet avantage peut être également mis à profit dans des installations où plusieurs récepteurs d'appel sont commandés simultanément, ces récepteurs étant disposés en parallèle et/ou en série avec la sonnerie électronique considérée. Pour ce qui est de la distorsion harmonique du courant de ligne, dans le cas du circuit décrit, il n'excède pas 2% pour une tension aux bornes de 35 Veff. Ceci est à comparer aux 20 à 30% des circuits traditionnels. On peut encore citer un avantage annexe procuré par le dispositif de l'invention : lorsque la tension aux bornes du pont de redressement possède une valeur crête inférieure au seuil de l'interrupteur électronique, celui-ci demeure fermé et aucune énergie n'est transmise aux bornes de sortie. Ainsi, la cellule de l'invention procure un seuil de fonctionnement bien marqué, évitant tout déclenchement erratique et intempestif du dispositif d'appel, lorsque celui-ci est soumis à une tension inférieure à sa tension minimale de fonctionnement. REVENDICATIONS 1. Cellule d'alimentation comprenant un condensateur de découplage (10), un pont redresseur à diodes (12), une diode Zener de régulation (14), cette diode étant connectée à la sortie du pont et un condensateur réservoir (16) connecté aux bornes de la diode Zener, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre, à la sortie du pont, un amplificateur de courant (30) à une entrée (30/1) reliée au pont par une résistance (32) et une sortie (30/2) délivrant un courant proportionnel au courant d'entrée, cette sortie étant reliée au pont à travers deux branches disposées en parallèle, l'une comprenant l'ensemble susmentionné diode Zener (14)-condensateur réservoir (16) en série avec une diode (34) et l'autre un interrupteur électronique (36) qui est fermé lorsque la tension aux bornes du pont redresseur (12) est inférieure à une tension de seuil VI, cette tension étant voisine de la tension de seuil Vs, de la diode Zener (14) et qui est ouvert dans le cas contraire. 2. Cellule selon la revendication I, caractérisée en ce que la tension de seuil V1 de l'interrupteur electronique (36) est prise égale à a tension efficace (Ve) minimale disponible à la sortie du pont (12), la phase à laquelle l'interrupteur s'ouvre étant alors voisine de n/4. 3. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'amplificateur de courant possède un gain (a) proche de l'unité.