Brevet FR2510809A1 — publié le 19830204

Montage de commande électronique destiné à produire un com- portement monostable dans un relais bistable. La présente invention concerne un montage de com- mande électronique destiné à produire un comportement de commutation monostable dans un relais bistable, montage qui comporte un circuit logique destiné à convertir des signaux d'entrée binaires en signaux de commande pour un circuit de commutation, au moyen duquel le sens de passage du courant dans le relais est réversi le, de sorte que le relais peut être commuté à chaque changement d'état du signal d'entrée. De tels montages de commande sont connus C'est ainsi que, par exemple, on peut trouver dans la fiche technique de SDS-Elektro Gmb H relative à ses blocs fonc- tionnels IC-12 V ou IC-24 V, la description d'un montage de commande électronique pour relais bistable, montage au moyen duquel un comportement de commutation monostable est produit Dans ce dispositif connu, un relais bistable est monté en série avec un condensateur, et celui-ci doit être dimensionné de telle manière que sa capacité produise, en combinaison avec la résistance de la bobine du relais, une constante de temps de charge au moins égale au temps de répon- se du relais Cela exige, en particulier dans le cas d'une excitation du relais avec une puissance de commutation éle- vée selon la fiche technique, page 2, des valeurs de capa - cité de jusqu'à quelques centaines de microfarads, ce qui augmente considérablement le volume nécessaire pour loger le montage de commande. Le fonctionnement du montage de commande est le suivant: après l'application de la tension de commande qui, ici, doit être identique à l'alimentation en puissance du relais, à l'une des deux entrées de commande, le conden- sateur précité se charge et le relais est commuté par le courant de charge Si la tension de commande disparaît, le condensateur est déchargé par l'intermédiaire d'une bascule, qui comprend, comme branche de puissance, un transistor T 5, et le relais est ramené à son état initial par le courant de décharge du condensateur Par conséquent, le relais est commuté, à chaque changement d'état de la tension de com- mande, à son propre état correspondant Toutefois, si l'état du relais change sans changement d'état correspondant de la tension d'entrée par suite de perturbations, par exemple de nature mécanique, cette anomalie n'est,nj décelée par le montage de commande, ni corrigée. Comme décrit précédemment, la tension de commande du montage de commande doit en même temps alimenter le relais en puissance, c'est-à-dire qu'une excitation d'un tel montage de commande au moyen d'un niveau logique usuel est impossible, et qu'il est nécessaire de prévoir en amont dudit montage, une jonction de puissance appropriée. En outre, dans le montage connu, il n'est pas prévu de commuter le relais en synchronisme avec un rythme prédéterminé, ce qui est avantageux en particulier lors de la commutation de courants alternatifs de grande puissance (par exemple une commutation lors du passage par zéro de la courbe du courant). La présente invention a pour objet, en vue de remé- dier aux inconvénients décrits ci-dessus, de crêer un montage de commande électronique du type défini au début du présent préambule, qui peut être entièrement intégré, de sorte qu'à l'exception du relais, aucun autre composant extérieur n'est nécessaire L'invention a encore pour but de permettre l'excitation du montage de commande avec les niveaux logi- ques usuels, c'est-à-dire par exemple directement par un micro-ordinateur Un autre but de l'invention est d'éviter, dans un montage de commande de ce type, que le relais puisse rester, au-delà d'un-laps de temps maximal déterminé, dans un état de commutation erroné. A cet effet, suivant l'invention, il est prévu un circuit générateur de rythme avec un circuit diviseur à au moins un étage; le signal d'entrée est appliqué à un cir- cuit d'échantillonnage, au moyen duquel des premiers signaux de commande peuvent être engendrés immédiatement après chaque changement d'état du signal d'entrée et en synchronisme avec un rythme prédéterminé; et le circuit de commutation est constitué par un circuit en pont commandé par les premiers signaux de commande, et au moyen duquel le relais peut être alimenté par de courtes impulsions de puissance, dont la polarité peut être inversée par les signaux de commande. Un tel montage de commande peut être entièrement intégré d'une manière simple grâce à l'élimination du con- densateur Si l'on choisit une fréquence de rythme appro- priée, le relais est commuté en un temps très court après cha- que changement d'état du signal d'entrée, tandis qu'indé- pendamment de cela, des impulsions de régénération peuvent être engendrées à des intervalles déterminés pour le relais, impulsions au moyen desquelles le rela S est éventuellement commuté à la position correcte Les intervalles de ces impul- sions de régénération peuvent en outre être adaptés au but particulier visé, de telle manière qu'un fonctionnement dé- fectueux ne puisse se produire au maximum que pendant un temps suffisamment court pour qu'il ne risque pas d'endomma- ger le dispositif intéressé Grâce à la séparation de l'ali- mentation en courant du relais assurée par le circuit-en pont, le montage de commande peut être excité avec les niveaux logiques usuels sans difficultés, c'est-à-dire que, par exemple, une liaison directe avec un micro-ordinateur est possible. Dans une forme d'exécution préférée du montage de commande électronique, un étage diviseur, et de préfé- rence le premier, présente un rapport de division impair. Dans ces conditions, si le circuit générateur de rythme est synchronisé avec la fréquence d'une tension d'alimentation, qui doit être commutée par le relais, alors grâce à cette disposition, on obtient cet avantage particulier que le relais est commuté statistiquement pendant des demiondes positive et négative de la tension à commuter, c'est-à-dire que, grâce à cette disposition, la migration du matériau des contacts du relais, qui se produit habituellement, en par- ticulier lors de la commutation d'une puissance élevée, est évitée. En outre, le circuit générateur de rythme peut être synchronisé avec la fréquence d'une alimentation en courant à commutera de telle manière que l'instant de commu- tation du relais co 7 ncide toujours avec le passage par zéro de la courbe du courant. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen du dessin joint, qui en représente, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution Sur ce dessin t La figure unique représente un schéma de prin- cipe d'une forme d'exécution préférée du montage de commande électronique suivant l'invention. Le montage de commande électronique représenté sur la figure est constitué par un circuit d'échantillonna- ge 1, auquel sont appliqués, à partir d'un circuit générateur de rythme 2, à la suite duquel est monté un circuit diviseur 3 à au moins un étage, au moins deux signaux de rythme dif- férents Le circuit générateur de rythme 2 peut fonctionner, soit en oscillation libre, soit de façon synchronisée exté- rieurement Le circuit d'échantillonnage 1 est connecté, par une sortie 4 et par une entrée 5, aux entrées d'un circuit logique 6, qui excite à son tour un circuit de commutation 7 de telle manière qu'un relais bistable 8 reçoive des impul- sions de puissance de polarité alternée. Dans une forme d'exécution préférée, le circuit diviseur 2 présente, comme représenté sur la figure, plu- sieurs étages diviseurs 9, 10, 11, dont les entrées et sor- ties 12, 13, 14, 15, 16 sont connectées à un circuit de régénération 17, dont la sortie 18 excite également une entrée du circuit logique 6. Le montage de commande électronique représenté doit en outre exciter le relais bistable 8 de manière à pro- duire un comportement de commutation monostable A cet effet, au moyen du circuit d'échantillonnage 1, un signal d'entrée binaire, d'une fréquence de rythme prédéterminée et bien définie, est échantillonné à l'entrée 5 dudit circuit 1. Dans ces conditions, si l'état du signal d'entrée change, alors le circuit d'échantillonnage 1 engendre à sa sortie 4 un premier signal de commande court synchrone avec le rythme prédéterminé Ce premier signal de commande est transmis au circuit logique 6, qui est en outre relié à l'entrée 5 du circuit d'échantillonnage 1 et, par conséquent, est également excité par le signal d'entrée, le circuit logique 6 commute alors, selon l'état du signal d'entrée après le changement d'état, le premier signal de commande sur l'une ou l'autre de deux entrées 19, 20 du circuit de commuta- tion 7, moyennant quoi le relais bistable 8 reçoit une impulsion de puissance La polarité de l'impulsion de puissance diffère selon que l'une ou l'autre des deux entrées 19, 20 est excitée; la durée de l'impulsion de puissance est égale à celle de la première impu-sion de commande. Par variation de la fréquence de rythme engendrée par le circuit générateur de rythme 2, ou par variation du rapport d'impulsions de ce rythme, il est alors possible d'adapter la longueur des impulsions de puissance destinés au relais 8 à sa sensibilité de réponse, de sorte que la consommation de courant nécessaire à la commutation du relais bistable 8 peut être ajustée à une valeur minimale. Dans la forme d'exécution préférée, déjà mentionnée ci-dessus, du montage de commande électronique, comportant un circuit de régénération supplémentaire 17, des signaux de commande supplémentaires sont engendrés à la sortie 18 du circuit de régénération 17, signaux dont la fréquence de récurrence correspond à la fréquence engendrée par le dernier étage diviseur 11, tandis que la durée des impul- sions de ces signaux de commande supplémentaires correspond à la durée des impulsions de rythme engendrées par le circuit générateur de rythme 2 Ces signaux de commande supplémen- taires sont transmis au circuit logique 6, o ils sont traités de la même manière que les premiers signaux de commande; en d'autres termes, les signaux de commande supplémentaires sont appliqués, selon l'état du signal d'entrée, à l'une ou l'autre des deux entrées 19, 20 du circuit de commutation 7, de sorte que le relais bistable 8 reçoit des impulsions de puissance supplémentaires de polarité correspondante Ces signaux de commande supplémentaires produits par le circuit de régénération 17 sont destinés à éviter que le relais bistable 8, lorsqu'il a été commuté à une position erronée par des perturbations, par exemple par des effets mécaniques, reste, au-delà d'un laps de temps déterminé, dans cette' position de commutation erronée Par un choix approprié de la fréquence des signaux de commande supplémentaires produits par le circuit de régénération 17, on peut ainsi éviter d'une manière fiable que le relais 8 reste, au-delà d'un laps de temps admissible maximal, dans une position de com- mutation erronée. Etant donné qu'aussi bien la durée des impulsions des premiers signaux de commande provenant du circuit d'échan- tillonnage 1 que la durée des impulsions des signaux de commande supplémentaires provenant du circuit de régénération 17 sont fonction de la fréquence de rythme engendrée par le circuit générateur de rythme 2 ou de la durée des impulsions de rythme, les conditions d'optimalisation de la durée des impulsions de puissance au point de vue consommation de courant sont les mêmes dans le cas des signaux de commande supplémentaires que dans celui des premiers signaux de commande. Le circuit d'échantillonnage 1 est constitué par exemple, comme représenté sur la figure, par deux bascules bistables du type D, 21, 22, montées en série, ainsi que par une porte NON-OU exclusif 23 La première bascule bis- table du type D, 21 présente une entrée de rythme 24, dé- clenchée par les flancs positifs, L'entrée D de la première bascule bistable 21 constitue l'entrée 5 du circuit d'échan- tillonnage 1 La sortie non inversée Q de la première bascule bistable 21 est connectée à l'entrée D de la seconde bascule bistable 22, ainsi qu'à une entrée de la porte-NON-OU exclusif 23 La seconde bascule bistable du type D, 22 présente une entrée de rythme 25 déclenchée par les flancs négatifs La sortie inversée Q de la seconde bascule bistable 22 est également connectée à une entrée de la porte NON-OU exclusif 23 La sortie de ladite porte NON-OU exclusif 23 constitue la sortie 4 du circuit d'échantillonnage 1. Les entrées de rythme respectives 24, 25 des bas- cules bistables du type D, 21, 22 reçoivent des fréquences de rythme différentes, La seconde bascule bistable du type D, 22 reçoit son rythme, dans l'exemple d'exécution repré- senté, directement du circuit générateur de rythme 2, la première bascule bistable 21 reçoit son rythme du pre- mier étage diviseur 9 du circuit diviseur 3, c'est-à-dire que le rythme appliqué à la première bascule bistable du type D, 21 est de fréquence plus basse que le rythme appliqué à la seconde bascule bistable du type D, 22. Lors d'un changement de l'état du signal d'entrée appliqué à l'entrée 5 du circuit d'échantillonnage 1, cet état apparaîtra, avec le flanc croissant suivant du rythme de plus basse fréquence, à la sortie Q de la bascule bis- table du type D, 21, c'est-à-dire que le circuit d'échantil- lonnage 1 échantillonne le signal d'entrée à la fréquence du rythme de plus basse fréquence provenant du premier étage diviseur 9 Le signal apparaissant à la sortie Q de la première bascule bistable du type D, 2-1 est retransmis, avec le flanc décroissant suivant du rythme de plus haute fréquence, à la sortie de la seconde bascule bistable du type D, 22 Le signal de sortie non inversé de la première bascule bistable du type D, 21 et le signal de sortie inversé de la seconde bascule bistable du type D, 22 sont combinés logiquement dans la porte NON-OU exclusif 23. A la sortie de la porte NON-OU exclusif 23 est ainsi engen- drée une impulsion qui commence avec le flanc croissant du rythme de plus basse fréquence et se termine avec le flanc décroissant suivant du rythme de plus haute fré- quence, c'est-à-dire que cette impulsion a exactement la même durée qu'une impulsion du rythme de plus haute fréquence provenant du circuit générateur de rythme 2 La sortie de la porte NON-OU exclusif 23 est identique à la sortie 4 du circuit d'échantillonnage 1, c'est-à-dire que le signal de sortie de la porte NON-OU exclusif 23 correspond au premier signal de commande, qui est transmis au circuit logique 6. Le circuit de régénération 17 peut être constitua, par exemple, par une porte ET 26 à entrées multiples, les entrées de la porte ET 26 étant connectées chacune à l'une des entrées ou sorties 12, 13, 14, 15, 16 des étages divi- seurs individuels 9, 10, 11, Le circuit de régénération 17 doit engendrer à sa sortie 18 des signaux de commande supplémentaires, qui apparaissent à une fréquence correspon- dant à la fréquence de rythme engendrée par le dernier étage diviseur 11, La durée des impulsions de rythme de ces signaux de commande supplémentaires doit, en revanche, correspondre à la durée des impulsions du rythme engendré par le circuit générateur de rythme 2, Les signaux de commande supplémèn- taires apparaissant à la sortie 18 du circuit de régénération 17 sont, dans l'exemple d'exécution représenté, engendrés de façon entièrement indépendante des premiers signaux de commande, qui peuvent être recueillis à la sortie 4 du circuit d'échantillonnage 1 Dans l'esprit de l'invention, il est toutefois également possible de tirer des premiers signaux de commande une impulsion de rétablissement, au moyen de laquelle l'état initial du circuit diviseur 3 est rétabli, de sorte que le premier signal de commande supplé- mentaire apparaît ultérieurement à chaque Changement d'état du signal d'entrée Grâce à cette disposition, il est possible, en particulier lorsque le relais 8 est commuté assez fréquemment, de réduire l e nombre des signaux de commande supplémentaires et, par conséquent, également la consommation d'énergie Par le choix d'un rapport de divi- sion global du circuit diviseur 3, la fréquence de récurrence des signaux de commande supplémentaires est donc déterminée, de sorte que, comme décrit précédemment, une adaptation avantageuse aux conditions de chaque cas particulier peut avoir lieu. Les premiers signaux de commande et les signaux de commande supplémentaires sont transmis au circuit logi- que 6 qui, au moyen d'une porte OU 27, combine logiquement ces deux types de signaux de commande Cette porte OU 27 n'est nécessaire que lorsque, selon la forme d'exécution préférée du montage de commande, le circuit de régénération 17 est prévu Si le circuit de régénération 17 n'est pas prévu, la porte OU 27 peut également être supprimée En outre, le circuit logique 6 comprend deux portes ET 28, 29, à l'une des entrées de chacune desquelles sont appliqués les signaux de commande combinés logiquement provenant de la porte OU 27. L'autre entrée de la porte ET 28 est directement connectée à l'entrée 5 du circuit d'échantillonnage 1, tandis que l'autre entrée de la porte ET 29 est reliée à ladite entrée par l'intermédiaire d'une porte d'inversion 30 Les sorties respectives des portes ET 28, 29 excitent respectivement les entrées 19 et 20 du circuit de commutation 7 En conséquence, le circuit logique 6 fonctionne de telle manière que les premiers signaux de commande et les A-gnaux de commande supplémentaires combinés logiquement ont transmis à l'une ou l'autre des entrées 19, 20 du circ;it de commutation 7, selon l'état du signal d'entrée appliqué à l'entrée 5 du circuit d'échantillonnage 1. Le circuit de commutation 7 est constitue par un circuit en pont propre à appliquer au relais 8 des impul- sions de puissance de polarité alternée Le circuit en pont est formé de deux branches comprenant chacune deux transis- tors complémentaires 31, 32; 33, 34, respectivement, tan- dis que les émetteurs respectifs des transistors non complé- mentaires 31, 33 et 32, 34 sont interconnectés et reliés, respectivement, aux pôles +U, -U d'une source de tension. Les collecteurs respectifs des transistors complémentaires de chaque paire 31, 32 et 33, 34, sont également inter- connectés et représentent en même temps les sorties 35, 36 du circuit de commutation 7 Les bases respectives de deux des transistors non complémentaires 31, 33 forment les entrées 19, 20 du circuit de commutation 7 Les bases respectives des deux autres transistors non complémentaires 32, 34 sont connectées, respectivement, aux sorties 36, 35, la base du transistor 32 ou 34 de chacune des branches étant en outre reliée au collecteur du transistor 34 ou 32 de l'autre branche De préférence, des résistances de limitation de courant respectives 37, 38, 39, 40 sont montées chacune en amont de la base de l'un des transistors 31, 32, 33, 34. Dans l'esprit de l'invention, il est également possible d'utiliser, pour le circuit de commutation 7, d'autre circuits en pont, par exemple deux circuits d'inversion en technologie CMOS montés en parallèle, La condition décivise pour que de tels circuits en pont puissent être utilisés réside en ce qu'ils doivent relier le relais aux pôles +U, -U de l'alimentation en courant pendant la durée d'un signal d'excitation appliqué aux entrées 19, 20, tandis que le sens de passage du courant à travers le relais 8 diffère selon que l'une ou l'autre des deux entrées 19, 20 du cir- cuit de commutation 7 est excitée. Si le circuit générateur de rythme 2, selon une forme d'exécution préférée du montage de commande électro- nique, est synchronisé d'une manière appropriée avec la fréquence d'une alimentation en courant, qui doit être commutée par le relais 8, alors le premier signal de comman- de et, par conséquent, également l'impulsion de puissance destinée au relais 8, apparaissent chaque fois lors ou près du passage par zéro de la courbe du courant d'alimentation, ce qui réduit l'usure des contacts du relais 8. Dans une autre forme d'exécution préférée, on choisit pour le premier étage diviseur 9, en plus des mesures précédemment mentionnées, un rapport de division impair, par e xemple de 3, de sorte qu'une impulsion de puissance ne peut être engendrée pour le relais 8 que toutes les trois impulsions de rythme produites par le circuit générateur de rythme 2 Il en résulte que le relais 8 n'est commuté qu'a- près chaque série de trois demi-ondes (ou qu'après chaque série d'un nombre multiple de trois demi-ondes) de la courbe du courant d'alimentation, de sorte que le processus de commutation se produit statistiquement alternativement pendant une demi-onde positive et pendant une demi-onde négative Grâce à cette mesure, on évite la migration du matériau des contacts du relais 8, telle qu'elle peut se produire dans un fonctionnement en courant continu. REVENDICATIONS 1 Montage de commande électronique destiné à produire un comportement de commutation monostable dans un relais bistable, montage qui comporte un circuit logi- que destiné à convertir des signaux d'entrée binaires en signaux de commande pour un circuit de commutation, au moyen duquel le sens de passage du courant dans le relais est réversible, de sorte que le relais peut être commuté à chaque changement d'état du signal d'entrée, ledit mon- tage étant caractérisé en ce qu'il est prévu un circuit générateur de rythme ( 2) avec un circuit diviseur ( 3) à au moins un étage, en ce que le signal d'entrée est appliqué à un circuit d'échantillonnage ( 1), au moyen duquel des premiers signaux de commande peuvent être engendrés immé- diatement après chaque changement d'état du signal d'entrée et en synchronisme avec un rythmie prédéterminé, et en ce que le circuit de commutation ( 7) est constitué par un circuit en pont commandé par les premiers signaux de commande, et au moyen duquel le relais ( 8) peut recevoir de courtes impulsions de puissance, dont la polarité peut être inversée par les signaux de commande. 2 Montage de commande électronique suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un circuit de régénération ( 17), au moyen duquel peuvent être engendrés, à des intervalles de temps relativement grands, des signaux de commande supplémentaires qui, de la même manière que les premiers signaux de commande, sont fonction de l'état du signal d'entrée. 3 Montage de commande électronique suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les premiers signaux de commande provenant du cir- cuit d'échantillonnage ( 1) et les signaux de commande supplé- mentaires provenant du circuit de régénération ( 17) sont transmis conjointement par l'intermédiaire d'un circuit de réunion logique ( 27), en ce que le signal de sortie du cir- cuit de réunion logique ( 27) est transmis conjointement avec le signal d'entrée par l'intermédiaire d'un circuit d'inter- section logique ( 28), ou conjointement avec le signal d'entrée 12 O inversée par l'intermédiaire d'un circuit d'intersection logi- que ( 29), et en ce que le circuit en pont peut être excité par les sorties respectives des circuits d'intersection logi- que 28, 29, 4 Montage de commande électronique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3; caractérisé en ce que le circuit en pont est formé de deux branches com- prenant chacune deux transistors complémentaires ( 31, 32; 33, 34) tandis que, dans chaque branche, la base de l'un des transistors ( 31, 33) forme une entrée d'excitation du circuit en pont, cependant que la base de l'autre transistor ( 32, 34) est reliée à une sortie ( 35, 36) de l'autre branche. Montage de commande électronique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit générateur de rythme ( 2) est synchronisé avec une fréquence extérieure, de préférence avec la fréquence du secteur, et en ce qu'au moins un étage diviseur ( 9), à rapport de division impair,est prévu. 6 Montage de commande électronique suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'étage diviseur ( 9) à rapport de division impair est le premier étage diviseur qui fait suite au circuit générateur de rythme ( 2). 7 Montage de commande électronique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le taux d'impulsions du rythme engendré par le circuit générateur de rythme ( 2) est réglable de telle manière que l'impulsion de puissance alimentant le relais ( 8) soit adap- table à la consommation d'énergie de celui-ci.