Brevet FR2498807A1 — publié le 19820730

RELAIS MONOSTABLE A FAIBLE CONSOMMATION La présente invention concerne les relais électro-mécaniques connus sous le nom de "monostable". Elle se rapporte plus particuliérement aux relais monostables à faible consommation, munis de deux bornes d'entrée (5, 6) pour l'application d'une tension continue de commande et de deux bornes de sorties (41, 42) destinées à etre connectées au circuit d'utilisation. Dans ce type de relais, une pièce mobile, chargée d'établir les contacts, peut basculer autour d'un axe, sous l'influence d'un électro-aimant, suivant une première position dite de travail, sous l'influence d'un ressort de rappel suivant une deuxième position dite de repos. Ce type de relais est avantageux par la simplicité de son mode de commande, du type "tout" ou "rien", correspondant à la présence ou l'absence de courant; mais il présente l'inconvénient de consommer de l'énergie électrique pendant toute la durée du fonctionnement en position "travail". Par ailleurs, on connaît un autre type de relais dont chaque bascule ment de la pièce mobile est obtenu sous l'action d'une impulsion de commande. Ce type de relais dit bistable est avantageux par sa très faible consommation, qui est limitée dans le temps à celle de l'impulsion, mais présente l'inconvénient d'exiger un mode de commande compliqué, lié au sens de basculement désiré. Ce type de relais nécessite deux générateurs d'impulsions de signes opposés ou deux bobines d'électro-aimant distinctes, fonctionnant en sens inverse sous l'action d'un seul type d'impulsions. La présente invention permet d'éviter ces inconvénients. A cet effet, le relais selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un interrupteur à deux positions, un générateur d'impulsions de tension, et un relais bistable, la fermeture de l'interrupteur provoquant le déclenchement par le générateur d'une impulsion de com mande d'un premier signe qui fait basculer le relais bistable dans une première position tandis que l'ouverture dudit interrupteur provoque le déclenchement par le générateur d'une impulsion de commande d'un second signe qui fait basculer le relais bistable dans une seconde position. Le relais selon l'invention est donc bien un relais du type monostable, c'est-à-dire que le maintien de celuici en position de travail exige le maintien de la fermeture dudit interrupteur. Il possède toutefois l'énorme avantage de faire appel à un relais bistable qui ne consomme donc de l'énergie qu'aux instants de basculement de la position ouverte à la position fermée ou vice versa de l'interrupteur. Etant donné qu'il est aisé de réaliser des dispositifs conformes à l'invention sous forme de circuits intégrés ou circuits hybrides de faibles dimensions, I'ensemble des composants du relais c'est-à-dire le générateur d'impulsions, le relais bistable ainsi que bien entendu sa bobine de commande électro-magnétique, peuvent être loger ensemble dans un même boîtier habituellement utilisé dans ce type de relais.Par conséquent, pour l'utilisateur, le relais selon l'invention qui fait appel à un relais bistable est vue par celuici comme un relais monostable. Selon un mode préférentiel de réalisation, les impulsions du premier signe et du deuxième signe sont provoquées par la charge et la décharge d'un condensateur dont la sortie est reliée à l'entrée dudit relais bistable. En effet, dans son principe, .'invention fait simplement appel au phénomène de charge et de décharge d'un condensateur. Lorsqu'on ferme l'interrupteur, on applique une tension continue aux bornes du condensateur et le courant de charge de celuici décroît rapidement, prenant la forme d'une impulsion d'un premier signe à travers la bobine du relais. Inversement, lorsqu'on ouvre linterrup- teur, on déconnecte brusquement la source de tension de l'armature correspondante du condensateur, et selon l'invention, on met celleci au même potentiel que l'autre armature. Par conséquent, il se produit un courant de décharge du condensateur à travers la bobine de commande du relais qui décroît rapidement sous forme exponentielle, créant ainsi une deuxième impulsion de courant de signe opposé à la précédente.Lorsqu'on connecte ledit condensateur aux bornes du relais bistable, on a ainsi créé un système de commande très simple de celuici permettant de le faire fonctionner en relais monostable. Selon un mode préférentiel de réalisation, I'invention fait appel à un circuit générateur d'impulsions qui peut être commandé par tout type d'interrupteur électronique ou mécanique ayant une faible ou une forte impédance à l'ouverture. En effet, bien souvent, les relais monostables sont utilisés dans des circuits électroniques et l'interrupteur qui commande le relais est dans ce cas un interrupteur électronique commandé, du type bien connu de l'homme de l'art. Lorsque la tension d'alimentation du condensateur est nulle, ceci correspond à une jonction collecteur-émetteur conductrice ou saturée d'un transistor et l'on a donc un circuit interrupteur, d'impédance pratiquement nulle à ce moment-là. Le générateur d'impulsions selon l'invention est insensible à l'impédance de l'interrupteur de commande et fonctionne comme expliqué ci-après dans tous les cas. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants, donnés à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui représentent - la figure 1, suivant une vue schématique, un relais de type monostable connu, - la figure 2, suivant un diagramme explicatif en fonction du temps, les variations des tension et courant mis en oeuvre dans la commande d'un relais monostable de type connu, - la figure 3, suivant une vue schématique, un relais monostable selon l'invention, - la figure 4, suivant un diagramme explicatif en fonction du temps, les variations de tension et courant mis en oeuvre dans la commande d'un relais monostable de l'invention. La figure 1 représente un exemple d'un relais monostable de type connu. Il comprend une bobine 1, munie d'un noyau ferromagnétique 2, et un contact mobile 3 pivotant, ramené dans une position angulaire fixe par un ressort 4. En fonctionnement, une tension est appliquee aux bornes de la bobine 5 et 6 par un contacteur 7 ou par tout autre dispositif (électronique ou autre) disposé en série avec une source continue 8. Le champ magnétique créé dans la bobine attire le contact mobile, qui entre en appui sur le contact fixe 9, et ferme ainsi le circuit commandé, non représenté, connecté aux bornes de sortie 10 et 11 du relais monostable. La figure 2 représente, suivant un diagramme explicatif en fonction du temps, les variations de la tension de commande VC en (a), et de l'intensité Ig en (b) mis en jeu dans le fonctionnement du relais monostable connu. La tension étant appliquée pendant toute la durée TC de la phase de travail du relais, le courant Ig traversant la bobine se maintient à sa valeur de fonctionnement pendant toute la durée Tc. La consommation d'énergie est donc élevée si TC a une longue durée. La figure 3 représente, suivant une vue schématique un relais monostable selon l'invention. Il se compose d'une combinaison entre un relais bistable (32) de type simple connu, un générateur d'impulsions (31), ces impulsions pouvant prendre deux polarités opposées, à partir d'un signal de commande simple engendré par l'interrupteur (29) du type décrit plus haut pour le relais monostable. L'inversion des polarités des impulsions est réalisée par un condensateur (C), et correspond aux phases de charge et décharge de celuici. L'interrupteur 29 se compose d'une source de tension 20 dont le pôle négatif est relié à la masse du circuit, et dont le pôle positif est relié au contacteur 30. La sortie 5 de celuici est reliée d'une part à l'anode de la diode D et d'autre part à la résistance 34 qui forme avec la résistance 33, dont l'autre extrémité est à la masse, un pont diviseur dont le point milieu est relié à la base du transistor T. Le collecteur de celuici est relié d'une part à la gâchette du thyristor Th et d'autre part à la résistance 35 elle-même reliée à son autre extrémité d'une part à la cathode de la diode D et d'autre part à l'anode du thyrystor Th. La cathode de ce thyristor Th est reliée à la masse ainsi que l'émetteur du transistor T.L'anode du transistor Th est reliée au condensateur C dont l'autre extrémité est connectée au point 37 à l'entrée du bistable 32, dont l'autre entrée 45 est mise à la masse. Entre les points 37 et 45 est connectée la bobine de commande 38 du relais bistable, dont l'équipage mobile est représenté par 39. La lame mobile 44 peut prendre deux positions 46 ou 40, cette dernière étant reliée à la sortie 41 du relais monostable selon l'invention, tandis que la lame 44 est reliée à la seconde sortie 42 dudit relais. Le fonctionnement de ce circuit sera mieux compris à l'aide de la figure 4 qui représente trois courbes, respectivement sur la figure 4a la variation de la tension aux bornes du condensateur en fonction du temps, sur la figure 4b la variation du courant traversant le condensateur en fonction du temps, sur la figure 4c la variation du courant traversant la bobine de commande du relais bistable en fonction du temps. Le contacteur 30 est normalement ouvert, ainsi que représenté sur la figure 3, ce qui correspond à une position de la lamelle 44 en contact électrique avec le contact 46, non relié à l'extérieur du circuit. Toutefois, il faut remarquer que celuici pourrait également être utilisé. A la fermeture du contacteur 30, le circuit 31 est donc mis sous tension. Le condensateur C se charge à travers la diode D.La fermeture du contacteur 30 a été effectuée à l'instant tl (se reporter à la figure 4), ce qui se traduit par le passage de la tension aux bornes du condensateur C à la valeur + V correspondant à la tension d'alimentation de la source 20, à la charge dudit condensateur par un courant lCqui décroît de façon exponentielle à partir de l'instant tl et qui créé donc dans la bobine du relais 38 un courant Ig variant également de la même façon. Cette impulsion de courant Ig provoque le basculement de la languette 44 sur le contact 40, mettant ainsi en contact électrique les bornes 41 et 42. Pendant tout l'intervalle de temps où le contact 30 est fermé, il ne se passe alors plus rien au niveau du circuit 32, celuici ne consommant bien entendu aucun courant puisque le courant Ig dans la bobine est nulle ainsi que cela est représenté sur la figure 4. Lcrsqu'on ouvre à nouveau le contact 30, la tension au point commun du condensateur C et de l'anode du thyristor Th décroît brusquement. En effet, le condensateur C étant chargé, il existe une différence de potentiel aux bornes de celui-ci. L'une de ses armatures, reliée au point 37 est mise à la masse par l'intermédiaire de la bobine 38. Par ailleurs, la tension existant sur l'autre armature du condensateur C provoque la polarisation du collecteur du transistor T dont la tension devient sensiblement égale à la tension existant aux bornes du condensateur, puisque les résistances 34, 33 n'étant pas alimentées du fait de la présence de la diode D connectée en inverse, le transistor T est bloqué. La tension haute sur le collecteur du transistor T provoque donc une tension haute sur la gâchette du thyristor Th qui devient donc conducteur.Comme la cathode de celuici est la masse, son anode est brusquement mise à la masse également, ce qui provoque la décharge du condensateur C. Le courant de décharge du condensateur ayant le sens opposé au courant de charge de celuici, une impulsion de signe contraire à celle de l'impulsion résultant de la charge est provoquée dans la bobine 38 du relais. Cette impulsion négative (voir figure 4, courbe Ig en fonction de t) provoque donc le retour de la languette 44 sur le contact 46. Le circuit est alors prêt à fonctionner à nouveau. Le relais monostable tel que décrit ci-dessus présente un avantage important de faible consommation par rapport au relais monostable de type connu. A titre d'exemple non limitatif, un relais monostable tel que décrit sur la figure 1 alimenté sous une tension continue de 12 volts et un courant de 40 milliampères, consommera si on le fait fonctionner à raison d'une fermeture du contacteur 7 par seconde avec un rapport cyclique de 1 sur 1 (c'est-à-dire 0,5 seconde d'ouverture et 0,5 seconde de fermeture du contacteur), la consommation de celuici sera d'environ 900 joules. En comparaison, si l'on utilise un relais selon l'invention de caractéristique électrique similaire (12 volts, 40 milliampères de courant de commande) le circuit générateur d'impulsions comportant une capacité de 15 microfarads, la consommation sera dans les mêmes conditions que ci-dessus de 18 joules pour la partie génératrice d'impulsions auxquels il faut ajouter la consommation du pont de résistance 33, 34 qui est typiquement de l'ordre de 18 joules également pour une heure (valeur totale des résistances 33 et 34 de 12kn > . La consommation totale du relais selon l'invention s'établira donc à une valeur de l'ordre de 36 joules, ce qui correspond à une consommation 25 fois plus faible que pour un relais de l'art connu. Il est bien entendu que plus la fréquence de fonctionnement de ce relais s'accroît plus le rapport de consommation entre les relais monostable de l'art antérieur et ceux de l'invention s'accroît également. L'exemple de réalisation décrit sur la figure 4 faisait appel en particulier à un contacteur mécanique 30. Il est bien entendu que celui-ci peut être avantageusement remplacé par un interrupteur électronique commandé par une horloge ou tout autre type de commande adapté. Le relais selon l'invention est particulièrement avantageux dans ce cas puisqu'il permet de brancher en 5 et 6 sur la figure 3 un circuit interrupteur 29 ayant une impédance de sortie quelconque, que celle soit élevée ou faible. Ceci constitue également un autre avantage important de l'invention puisqu'on ne limite pas les circuits interrupteurs de commande à un circuit ayant une impédance très élevée lorsque l'interrupteur est ouvert. Pour plus de clarté dans l'exposé, on a représenté schématiquement sur la figure 5 un exemple de réalisation d'un interrupteur électronique commandé pouvant se substituer à l'ensemble 29 de la figure 3. Un train d'impulsions d'horloge 62 est envoyé sur la base 60 du transistor T', dont l'émetteur est à la masse et dont le collecteur est relié à la tension positive +V par l'intermédiaire de R. La tension de sortie est réalisée entre 5 et 6. A chaque impulsion 63, 64,... d'horloge, positive, le transistor T' devient conducteur et la tension VcE de celui-ci devient sensiblement nulle. Par conséquent, 5 est au même potentiel que 6 (masse). Le condensateur C se décharge et engendre une impulsion telle que 52 (figure 4). Inversement, lorsque le signal d'horloge devient nul, ou de préférence négatif, le transistor T' se bloque et 5 est porté sensiblement au potentiel +V (suivant valeur de R et du courant débité). Le condensateur C se charge et une impulsion telle que 51 est engendrée dans la bobine du relais. L'exemple d'interrupteur électronique ci-dessus n'a été donné qu'à titre non limitatif. En pratique, celui-ci est souvent remplacé par une commande logique (porte) dont le niveau de sortie passe suivant les cas du niveau "haut" au niveau "bas" et vice versa assurant la fonction d'interrupteur. Dans le cas de l'interrupteur décrit sur la figure 5, on peut en effet limiter le circuit 31 à la seule présence du condensateur C. REVENDICATIONS 1. Relais monostable à faible consommation muni de deux bornes d'entrée (5, 6) pour l'application d'une tension continue de commande et deux deux bornes de sortie (41, 42) destinées à être connectées au circuit d'utilisation, caractérisé en ce qu'il comporte un interrupteur (30) à deux positions, un générateur d'impulsions de tension (31) et un relais bistable (32), la fermeture de l'interrupteur provoquant le déclenchement par le générateur d'une impulsion de commande d'un premier signe qui fait basculer le relais bistable dans une première position tandis que l'ouverture dudit interrupteur provoque le déclenche ment par le générateur d'une impulsion de commande d'un second signe qui fait basculer le relais bistable dans une seconde position. 2. Relais monostable selon la revendication 1, caractérisé en ce que les impulsions du premier signe et du deuxième signe sont provoquées par la charge et la décharge d'un condensateur (C) dont la sortie est reliée à l'entrée (37) du relais bistable (32). 3. Relais monostable selon la revendication 2, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions est constitué d'un transistor T dont la base est polarisée par un pont diviseur constitué d'une première et d'une seconde résistance (33, 34), l'extrémité de la première résistance (33) étant reliée à l'une des extrémités de la source de tension ainsi qu'à l'émetteur du transistor T, tandis que l'extrémité de la seconde résistance (34) est connectée par l'intermédiaire de l'inSer- rupteur (30) ainsi que, par l'intermédiaire d'une diode (D), d'une part à une troisième résistance reliée au connecteur du transistor (T) et d'autre part au condensateur (C) ainsi qu'à une première électrode d'un thyristor (Th) dont la seconde électrode est reliée à l'émetteur du transistor (T) et dont la gâchette est reliée au connecteur dudit transistor (T), le sens de conducteur de ladite diode, du transistor et du thyristor étant tel que lors de la fermeture de l'interrupteur (30), il se produise une charge du condensateur (C) à travers la diode (D) tandis qu'à l'ouverture de celuici il se produise une décharge dudit condensateur à travers le thyristor (Th). 4. Relais monostable selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'interrupteur a deux positions est du type mécanique, assurant une résistance électrique très faible à la fermeture et très élevée à l'ouverture. 5. Relais monostable selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'interrupteur a deux positions et du type électronique ayant une impédance de sortie quelconque. 6. Relais monostable selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les différents éléments sont réunis à l'inté- rieur d'un même boîtier.