Brevet FR2516324A1 — publié le 19830513

La présente invention a pour objet un convertisseur de tension analogique-numérique. Elle trouve une application par exemple à la conversion directe de tensions alternatives de forte valeur (un millier de volts et plus). Elle s'applique également à la conversion directe de faibles tensions. La mesure des hautes-tensions pose des problèmes particuliers en raison des précautions qu'il faut prendre pour assurer la sécurité du personnel. Par ailleurs, aucun des dispositifs de mesure connus ne donnent directement un résultat en numérique. I1 est toujours nécessaire de passer par une grandeur intermédiaire analogique, qu'il faut ensuite convertir en numérique. De tels dispositifs sont donc complexes et de prix de revient élevé. La présente invention a justement pour but d'éviter ces inconvénients. A cette fin, elle propose un circuit qui permet d'obtenir directement en numérique la valeur d'une haute tension appliquée à l'entrée et cela avec des moyens d'une extreme simplicité, donc peu onéreux, et d'une grande sécurité d'emploi. De façon précise, la présente invention a pour objet un convertisseur de tension analogique-numérique caractérisé en ce qu'il comprend - un moyen de commutation à seuil possédant une borne d'entrée et une borne de sortie, ce moyen étant ouvert tant que la valeur absolue de la différence des tensions apparaissant à ses bornes est inférieure à une certaine tension de seuil et se fermant des que cette différence atteint cette tension de seuil, la tension à convertir étant appliquée sur la borne d'entrée de ce moyen, - un moyen de mémorisation de tension connecté à la borne de sortie du moyen précédent, - un moyen sensible à l'état ouvert ou fermé du moyen de commutation et émettant un signal logique chaque fois que ce moyen se ferme, - un moyen de traitement numérique relié au précédent moyen et apte à traiter le nombre de signaux émis par le précédent moyen et à délivrer la valeur numérique de la tension appliquée à l'entrée. De toute façon, les caractéristiques du convertisseur 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 sur lesquels - la figure 1 est un schéma général du convertisseur de l'invention, - la figure 2 illustre un mode particulier de réalisation utilisant un éclateur, une cellule à effet Hall et un condensateur, - la figure 3 illustre un autre mode particulier de réalisation utilisant un éclateur, deux photocoupleurs et un condensateur, - la figure 4 illustre encore un autre mode particulier de réalisation utilisant deux diodes et un condensateur, - la figure 5 illustre encore un mode particulier de réalisation utilisant un éclateur et un phototransistor, - la figure 6 est un diagramme expliquant le fonctionnement du convertisseur de l'invention. La figure 1 représente de manière géné-rale un convertisseur selon l'invention. Tel que représenté, ce convertisseur comprend - un moyen de commutation à seuil 10 possédant une borne d'entrée 12 et une borne de sortie 14 ; ce moyen est ouvert (ou non conducteur) tant que la valeur absolue de la différence des tensions apparaissant à ses bornes est inférieure à une certaine tension de seuil Vs et fermé (ou conducteur) dès que cette différence atteint cette tension de seuil ; il s'agit donc d'un interrupteur à seuil au sens fonctionnel du terme ; la tension à convertir Ve est appliquée sur la borne d'entrée 12 de ce moyen, - un moyen de mémorisation de tension 16 connecté à la borne de sortie 14 du moyen précédent 10, - un moyen 18 sensible à l'état ouvert ou fermé du moyen de commutation 10 et émettant un signal logique sur une borne de sortie 19 chaque fois que ce moyen se ferme, - un moyen de traitement numérique 20 relié au précédent moyen 18 et apte à délivrer la valeur numérique de la tension d'entrée Ve. Le fonctionnement de ce circuit est le suivant. La tension apparaissant sur la borne de sortie 14 est notée Va et la tension à convertir Ve. Deux cas sont possibles 1) | ve-val 2) Ve-Va = Vs cette condition se produit lorsque, partant du cas précédent, la tension d'entrée Ve s'écarte de Va. Dès que l'égalité est obtenue, l'élément 10 se ferme, autrement dit devient conducteur (ou passant). L'élément de mémorisation 16 reçoit alors la tension Ve et la tension mémorisée Va s'ajuste à la valeur Ve. On retrouve alors la première condition. L'élément 10 s'ouvre à nouveau et le moyen de mémorisation 16 se voit à nouveau isolé de l'entrée. Le moyen 18, qui est sensible à l'état d'ouverture ou de fermeture de l'élément 10, émet une impulsion lors de la fermeture de cet élément. Le processus se poursuit chaque fois que la tension d'entrée Ve s'écarte de la tension précédemment mémorisée d'au moins Vs. Le contenu N du moyen 20, qui peut être par exemple un compteur, traduit donc la valeur instantanée de la tension d'entrée. Pour un signal alternatif de valeur crête Vcc on obtiendra donc, au sommet de chaque alternance, un nombre N tel que N. Vs | = Vcc Connaissant la tension de seuil Vs, on obtient directement Vcc. La résolution du convertisseur est définie par la valeur de Vs : plus le seuil est bas, plus la résolution est élevée. Un grand nombre de modes de réalisation est possible dans la pratique. Certains d'entre eux vont maintenant être décrits, à titre non exhaustif. En ce qui concerne tout d'abord le moyen de mémorisation, il peut s'agir, de préférence, d'un condensateur, dont une armature peut être portée a une tension de référence, par exemple au neutre lorscu'il s'agit de convertir des tensions alternatives du secteur. Sur la figure 2, le convertisseur représenté est caractérisé en ce que le moyen de commutation est un éclateur 3C et le moyen sensible à l'état le moyen de commutation une cellule à effet Hall 32 disposée entre l'éclateur et le moyen de mémorisation, qui est ici un condensateur 34. L'éclateur entre en conduction lorsque la différence de potentiel appliquée entre ses électrodes atteint un certain seuil. La cellule à effet Hall est sensible au courant passant dans la cohnexion qu'elle entoure et délivre un signal apparaissant sur ses bornes. On observera que ce dispositif ne requiers aucune source d'alimentation pour les éléments repré- sentés. Le convertisseur représenté sur la figure 3 comprend encore un éclateur 30 mais le moyen sensible à l'état de cet éclateur est constitué par deux photo coupleurs 41 et 42 montés en parallèle et tête-bêche entre l'éclateur et le condensateur. Chaque photocoupleur est capable de délivrer une impulsion lors de la mise en conduction de l'éclateur, et selon le sens du courant traversant l'éclateur. Ce dispositif, ainsi que le précédent, est donc sensible au signe de l'écart entre Ve et Va. Le convertisseur représenté sur la figure 4 comprend, comme moyen de commutation, un ensemble 44 de deux diodes en série montées tête-bêche, par exemple deux diodes Zener. Les caractéristiques courant-tension de ces deux diodes sont représentées également. Elles font apparaître la tension de seuil Vz. L'élément 18 est alors disposé en série sur la connexion reliant les diodes au moyen de mémorisation. Dans une variante avantageuse, il est possible de réaliser les trois movens 10, 16 et 18 avec une technologie à semiconducteurs, par exemple du type MOS. Dans ce cas, la tension à convertir est alors une basse tension. Sur la figure 5, l'élément de commutation est encore un éclateur mais le moyen sensible à l'état de cet éclateur est un phototransistor 46 disposé à proximité de l'éclateur. -Ce phototransistor pourrait être remplacé par une cellule à effet Hall détectant le champ magnétique induit dans l'éclateur. On observera qu'avec les montages à phototransistor (figure 5), ou à photocoupleurs (figure 3), on obtient un isolement parfait entre l'entrée 12 et le compteur qui traite les signaux émis. Ainsi, les règles de sécurité sont-elles intrinsèquement satisfaites avec le convertisseur de l'invention. La figure 6 représente deux diagrammes, l'un (a) montrant une sinusoïde correspondant à une tension alternative et l'autre (b) montrant la suite des impulsions obtenues à l'entrée du compteur. La partie (a) montre plus précisément l'évolution discontinue de la tension mémorisée Va. Cette évolution se fait par incréments et décréments égaux à la tension de seuil Vs. A chaque variation de Va correspond une impulsion émise (partie b). Aux sommets et aux creux de la sinusoïde la tension Va garde sa valeur un moment, de sorte que des paquets d'impulsions se forment, séparés par des intervalles vides. I1 est alors aisé d'en déduire immédiatement, par comptage du nombre d'impulsions contenues dans un de ces paquets, l'amplitude crête à crête de la tension alternative examinée. REVENDICATIONS 1. Convertisseur de tension analogique-numérique caractérisé en ce qu'il comprend - un moyen de commutation à seuil (10) possédant une borne d'entrée (12) et une bornes de sortie (14), ce moyen étant ouvert (ou non conducteur) tant que la valeur absolue de la différence des tensions apparaissant à ses bornes est inférieure à une certaine tension de seuil et se fermant (ou devenant conducteur) dès que cette différence atteint cette tension de seuil, la tension à convertir étant appliquée sur la borne d'entrée (12) de ce moyen (10), - un moyen de mémorisation de tension (16) connecté à la borne de sortie (14) du moyen précédent (10), - un moyen (18) sensible à l'état ouvert ou fermé du moyen de commutation (10) et émettant un signal logique chaque fois que ce moyen (10) se ferme (ou devient conducteur), - un moyen de traitement numérique 20) relié au précédent moyen (18) et apte à traiter le nombre de signaux émis par le moyen (18), nombre qui représente la valeur numérique- instantanée de la tension appliquée à l'entrée (12) du moyen (10). 2. Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commutation (10) est un éclateur (30). 3. Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commutation (10) est constitué par deux diodes (44) montées en série et tête-bêche. 4. Convertisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen (18) sensible à l'état du moyen de corrinutation est un phototransistor (46) disposé à proximité de l'éclateur (30). 5. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen (18) sensible à l'état du moyen de commutation (10) est une cellule à effet Hall (32) disposée entre le moyen (10) et le moyen de mémorisation (16). 6. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen sensible à l'état du moyen de commutation (10) est constitué par deux photocoupleurs (41, 42) montés en parallèle et tête-bêche entre le moyen (10) et le moyen de mémorisation (16). 7. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen de mémorisation est un condensateur (34).