Brevet FR2498545A1 — publié le 19820730

La présente invention est un montage électronique principalement destiné au modélisme ferroviaire dont il conviendra de préciser quelques aspects techniques,mais qui peut être utilisé dans d'autres domaines. Ce montage permet de détecter le passage d'un courant dans un circuit quelconque,quelquo soit sa nature:continu ou alternatif,et dans ce dernier cas,ses caractéristiques de fréquence,dans une large game d'intensités,de l'ordre de lOOfrA (10 @ ampères),à un ou plusieurs ampères suivant les possibilités des diodes principales utilisées,sous réserve d'une tension et d'une puissance minimum de la source. Au cas où cette tension et cette puissance sont insuffisantes,il peut y être remédié par une alimentation séparée,selon les variantes proposées de ce montage. La tension minimum de fonctionnement coté source est d'environ de 2 à 2,5 Volts. La détection se traduit en sortie par la modification de l'état d'un circuit électronique ou non,présentant deux états différenciés,genre 7400TTL ou 4011 C-MOS,un montage à transistors,ou plus simplemellt un relai électromagnétique. Comme dans la réalité (SNCF),les réseaux de Chemin de Fer Miniatures sont découpés en sections,séparées par des coupures,(1) FIG 1,appe- lées pour la pleine voie:Cantons (FIG 1). L'entrée de chaque canton est controlée par un signal qui en interdit l'accès si ce canton est occupé par au moins un véhicule. Pour les roseaux de trains électriques iiniatures,nous prendrons l'exemple du système le plus répandu,où les deux files de rails sont isolées et sont connectées à une ou plusieurs sources,délivrant,soit du courant continu,soit du courant alternatif,servant à l'alimentation des moteurs des locomotives directement ou par l'intermédiaire de récepteurs de télécommande,sous des tensions pouvant varier de l'ordre de 12 à 20 Volts. 4 Il peut être superposé à ce courant,dit courant "Traction" des s s de télécommande (ou signauz de télécommande) délivrés par des @@@@@@@@ifz analogiques ou digitaux,ou des courants de fréquence élevée @@@@@@@@@@@ de 100 kHertz) injectés par des ap@areils dont le but est de @@@@@@@ir la détection,même si l'alimentation Traction est coupée,ces courants étant par leur nature sans influence sur les moteurs à courant continu ou universels des locomotives. Chaque véhicule voit se présence détectée par le courant qu'il consomme,soit par construction (moteur,éclairage),soit par adjonction d'une résistance (typique:1500 Ohms).Il peut s'agir d'une résistance en tant que teliewou d'un dépot de graphite sur les bagues isolantes des roues. les véhicules ainsi traités sont vus nar le montage comme une résistance shuntant les deux rails,comme représenté en (2) FIG 1. Chaque section est munie d'un détecteur (D1) (D2),placé en série avec le courant (I) à détecter (FIG 1). La détection diode" est un principe connu qui a été utilisé sous différentes variantes. Nous décrirons à titre d'exemple un montage classique utilisé en courant continu (FIG 2). Une diode (D) au silicium parcourue par un courant (I) présente à ses bornes une chute de tension à peu près constante d'environ 0.6 Volts quelque soit l'intensité qui la traverse. Ceci entratne la polarisation du transistor (T) au germanium qui,débloqué,permet le passage d'un courant "collecteur" suffisemment intense pour faire fonctionner un relai (R),dont les contacts sont exploités pour la signalisation et les automatismes. Ce système ne permet pas la marche arrière par inversion des polarités de la source tractioneet n'est pas utilisable avec des courants comportant une composante alternative,car dans ce cas des retours intempestifs ont lieu par le point commun entre la source traction et la source commune aux relais,donnant lieu à des détections parasites de tous les montages. De plus,l'utilisation d'un relai,apDareil encombrantwpeu souple,onéreux,n'est pas sans inconninientF: inertie,effet de self, consommation importante etc... Le montage selon l'invention,et ses vriantes,permet de résoudre les problemes liés à la nature du courant,et d'éliminer les causes de fonctionnement intempestifs,tout en introduisant des possibilités de réglage,avec une fiabilité due à lautilisation de composants électroniques statiques. ?our ce gui suit on se reportera à la Figure 3. Afin de rendre posrible le pasage de toutes ratures de courant deux diodes (D1) et (D2),au silicium,sont disposées tête-bêche. Elle peuvent être doublées d'un condensateur (Ct) destiné à faciliter l'écoulement de courants de fréquence élevée de télécommande éventuellement utilisée (environ 0.47 F) . Le circuit d'émetteur du transistor (T) au germanium (genre AC est protégé par une diode (d1),également au germanium (0A 95). 128) Le seuil de conduction de la diode (D2),au silicium d'environ 0.6 Volts est supérieur à celui de l'ensemble (d1+T) (0.4V) puisque ces deux composants sont au germanium.Ceci assure le passage d'un courant dérivé par (d1,T,R1),dans tous les cas où le diode (D2) est parcourue dans son sens passant par le courant à détecter. En cas d'emploi d'un transistor au silicium,il sera ajouté une diode analogue à (D2) en série avec cette dernière. La figure 3 représente un montage à transistor "PNP",mais il peut être utilisé,moyennant adaptation,un transistor "NPN". En remplacement du relai,il sera fait usage d'un composant moderne appelé photocoupleur,qui comporte dans le même boitier,isolés galvaniquement,une diode électroluminescente associé à un phototransistor (genre TIL 111,MCT2). Sa diode électroluminescente (diode Led) est protégée par une diode (d2) (genre 1N 4148),et par une résistance (R2) (470 Ohms). Ayant une faible inertie,fonctionnant à basse tension,le photocoupleur est alimenté ctRé diode Led,directement par la source traction dont on détecte le débit (ou aussi les courants HF injectés à cet effet). La condition d'alimentation permanente est réalisée lors de l'emploi de télécommandes pour lesquelles ce montage a été plue particu lièrement étudié. Dans une variante,il peut toutefois,en système à courant continu,bénéficier d'une alimentation séparée adaptée,analogue à celle décrite pour le relais de la Figure 2. L'isolation galvanique que procure le photocoupleur rend totalement indépendante la partie que nous venons de décrire,qui peut très perturbée,du reste du montage. Si nous nous plaçons dans le cas le plus défavorable,celui alimentation traction en courant alternatif,la détection d'un @cule se traduit par l'émission par la diode Led du photocoupleur train d'i;pOions lumineuses débloquant le phototransistor,si ce dernier est correctement alimenté. Passons à la partie logique,qui doit délivrer en sortie une information stable. Il faut intégrer les impulsions irrégulières délivres par le phototransistor,par l'emploi d'un montage classique faisant intervenir le condensateur (C2) de 0.47 F et la résistance (R3) de 4700 Chms. Un comparateur de tension,constitué,soit d'un circuit intégré spécialise (genre LM 324),soit d'un "amplificateur opérationnel" monté en comparatteur (genre 741),soit d'un montage à transistors pouvant adopter la forme dite du "Trigger de Schmitt1',alimenté sous 5 Volts, compare cette tension intégrée à une tesion de référence ajustée par le potentiomêtre (P). Si lagension intégrée devient supérieure à la référence la sortie S est au niveau haut (celui du +5Y alimentation). Lorsque la détection cesse,la tension intégrée redescent lentement par décharge de (C2) dans (R3),et ne retombe donc au dessoude du seuil de référence qu'avec un certain retard,ce qui introduit une temporisation. La sortie S revient alors au niveau bas (masse de l'alimentation). L'ajustage du seuil de basculement permet donc de régler la sensibilité et la temporisation et ainsi élimine d'une part le bruit de fond et les fuites des composants,d'autre part,les conséquences de faux contacts de brève durée du matériel roulant sur la voie. A la suite du comparateur peuvent être disposés différents ensembles de oomposantssscomme sur la figure 2 une porte logique inverseuse,ou un transistor commandant un relai,ou un ensemble commandant directement un signal. Aux sorties S et S' sont donc disponibles deux états différencies qui sont utilisés pour actionner signaux et automatismes divers par l'intermédiaire d'une logique cablée ou programmée. L'ensemble du montage,utilisé avec une alimentation traction de 20 Volts alternatifs,possède une sensibilité de l'ordre de 100 KOhms, le réglage optimal étant étalonné aux alentours de 30KChms,ce qui correspond à une temporisation de l'ordre d'une demi seconde. Trois variantes,ne concernant que la partie aval du montage peuvent être adoptées ou combinées éventuellement entre elles,dans le cas où l'alimentation traction est assurée par du courant continu délivré par une boite d'alimentation du commerce par exemple,où les polarités sont inversées pour changer le sens de marche,et où l'arrêt est obtenu par la coupure du courant. Dans une première variante (FIG 4),le maintien de la détection est assuré par des résistances shuntant tous les contacts coupant l'alimentation comme (R3),et par l'incorporation d'une alimentation séparée, "auxiliaires",du photocoupleur. Dans le cas où cette alimentation auxiliaires est commune à tous les détecteurs,il convient d'effectuer l'inversion des polarités après le détecteur,avec suppression de la diode (D1) devenue inutile. Dans une deuxième variante (FIG 5),on injecte une tension alternative (HF dans la gamme des 100 kHr3 ,ou 50 Hertz du secteur) en permanence,superposée par le condensateur (C3) et bloquéevers la source traction par la bobine (;S). L'alimentation du photocoupleur est identique au montage normal de la figure 3 si la source(S2) est d'une puissance suffisante; sinon, il est employé une source (S3) auxiliaire,constituée par le mini-transformateur rapport 1/1 (TR),ou plus simplement par une pile. Ceci isole les détecteurs les uns des autres et évite les retours. L'inversion de marche aura alors lieu au niveau de la source traction et la source (S1) est commune à plusieurs détecteurs. Une troisième variante (FIG 6),consiste à injecter également un courant HF comme ci-dessus,mais en captant la consommation de courant provoquée par les condensateurs qui sont alors montés sur le matériel,par deux bobinages (B). L'alimentation des photocoupleurs est alors commune,puisque l'isolation galvanique entre cantons est assurée par les bobinages (B). La fabrication de ces différents montages n'offre pas de diffi @ > particulières,si ce n'est la rnalisation des bobinages de la troi var iante qui seront adaptés aux fréquences utilisées. Tous les composants emnloyés sont disponibles sur le marché. Au moins deux versions cornerciales sont envisagées: Quatre détecteurs regroupés sur la même carte avec sortie sur porte TTL dont on utilise l'information occupé (niveau O),non occupé (niveau 1) pour faire fonctionner les automatismes, -Un détecteur unique associé à la logique de commande du ou des si@naux correspondants,prévus pour lui être raccordés facilement ce qui rend le système modulaire et utilisable par des profanes en matière d'électronique. Ce montage peut avoir des applications insounçonnées dans l'électronique ou l'électro-technique industrielle,chaque fois qu'il s'agit de détecter simplement la présence ou l'abscence de circulation de courant dans un circuit parcouru par une intensité variant de manière très importante,avec des gambes de tension également très variables,pour peu que la présence des diodes (D1) et (D2) en série dans le circuit n'est pas gênante. Il convient évidemment de modifier les composants (emploi de transistor au silicium,donc de deux diodes (D2) en série),en fonction des caractéristiques du circuit à contrôler. REVENDICATIONS I Montage électronique destiné principnlement au modélisme ferroviaire détectant la présence d'un véhicule,muni d'une résistance shuntant les deux files de rails,par le courant qu'il consomme,plus particulièrement étudié pour les systèmes où la voie est alimentée en permanence par du courant alternatif. Il peut faire l'objet d'applications dans d'autres domaines. Il est fait appel à une détection de la chute de tension de à la diode (D2),par un transistor (T),qui amplifie le courant qui le traverse. Le montage est caractérisé par l'emploi d'un photocoupleur dont la diode émetrice est située dans le circuit émetteur-collecteur du transistor (T),et est alimentée directement par la source "Traction" ce qui évite des retours intempestifs entre détecteurs branchés sur ladite source. Il est également caractérisé par un dispositif d'intégration des impulsions émises par le phototransistor du photocoupleur (R3+C2).Ce dispositif agit également en tant que temporisateur. Il est de plus caractérisé par l'utilisation d'un comparateur de tensionfqui compare la tension de sortie intégrée du photocoupleur,s une tension de référence ajustable par (P),Qe comparateur fournissant en sortie deux états stables. Il Montage selon la revendication I,caractérisé par le fait que l'alimentation du photocoupleur peut outre assurée par une source auxiliaire lors de l'emploi d'une source de courant traction à courant continu,avec inversion des polarités en amont du détecteur et résistance de ehuntage des contacts en série avec ce courant traction. III Montage selon la revendication I,carqetérisé par l'emploi d'une source auxiliaire pour alimenter le photocoupleur,soit un transformateur, soit une pile,pour chaque détecteur. selon selon la revendication 1,caractérisé par l'injection d'un @@@@@@t HF superposé au courant traction variable à courant continu,qui, têuffisemment puissant (sans pour cela faire fonctionner les moteurs),permet d'utiliser le montage selon la revendication 1 tel quel. V Montage selon la revendication 1,caractérisé par l'emploi d'une bobine captant la consommation ca@acitive d'un courant HF injecté,e+ d'une source auxiliaire analogue à celle du montage selon la revendication IV.