Brevet FR2513044A1 — publié le 19830318

La présente invention concerne un montage de mise en forme de signaux pour le traitement avec sécurité intrinsèque de signaux d'un détecteur à tension continue. De tels détecteurs sont utilisés par exemple dans des contrôleurs de flamme de brûleurs à mazout ou gaz, pour surveiller et indiquer la présence d'une flamme Ces contrôleurs de flamme et leurs détecteurs doivent pratiquement présenter une sécurité intrinsèque, c'est-à-dire que tout défaut possible d'un composant doit être indiqué par le signal "flamme éteinte". L'autosurveillance peut s'effectuer en vérifiant le bon fonctionne- ment du contrôleur de flamme avant chaque mise en service Des installations à deux contrôleurs de flamme indépendants sont d'autre part utilisées avec surveillance de la délivrance de signaux toujours de même sens. Des contrôleurs de flamme sont par ailleurs connus, dont la coupure correcte est vérifiée à des intervalles de temps donnés par une fréquence de test, un relais supplémentaire assurant l'alimentation de la vanne de combustible ou un électroaimant supplémentaire interrompant l'éclairage des capteurs pendant la durée du test Un contrôleur de flamme de ce dernier type, comprenant un montage de mise en forme de signaux du type précité, est décrit dans la demande de brevet suisse n O 47 08/80-3. Toutes ces solutions exigent un appareillage relativement important, et les dernières citées présentent en outre l'inconvénient que les relais ou électroaimants permettant d'obtenir une durée d'identification de défaut aussi courte que possible doivent fonctionner avec une fréquence de commutation élevée. L'invention a pour objet un montage de mise en forme de signaux pour le traitement avec sécurité intrinsèque de faibles tensions conti- nues de détecteur, ne présentant pas les inconvénients précités en ser- vice continu et permettant de commander le circuit précédemment décrit de relais-flamme ou un montage similaire, sans poser de problèmes de dérive de tension continue. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, un détecteur à tension continue est relié par une première résistance à un réseau en u dont la branche transversale d'entrée constituée par un premier con- densateur, la branche longitudinale par une inductance et la branche transversale de sortie par un second interrupteur commandé par un générateur d'impulsions; et la sortie du réseau u est reliée à l'entrée de commande d'un premier interrupteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente le schéma synoptique d'un contrôleur de flamme; la figure 2 représente le schéma d'un montage de mise en forme de signaux; et la figure 3 représente le chronogramme d'un générateur d'impulsions. Les éléments identiques portent les mêmes références sur toutes les figures. Un détecteur fonctionnant sous ou délivrant une tension continue est appelé ci-après détecteur à tension continue 1 Il s'agit dans l'exemple considéré d'un détecteur photoélectrique, éclairé par la flamme d'un brûileur à mazout ou à gaz Ce capteur alimente en bipolaire un mon- tage de mise en forme de signaux 2, auquel un premier appareil d'alimen- tation 3, dont la borne positive par exemple est au potentiel de masse, délivre une première tension d'alimentation négative -U bipolaire Le montage de mise en forme de signaux 2 commande en bipolaire l'entrée d'un circuit 5 de relais-flamme par l'intermédiaire d'un amplificateur- commutateur de relais 4 Un second appareil d'alimentation 6 commun délivre en bipolaire une seconde tension continue d'alimentation posi- tive U 2 à l'amplificateur-commutateur de relais 4 et au circuit de relais- flamme 5 La borne négative de l'appareil d'alimentation 6 est reliée à la borne positive de la première tension continue d'alimentation négative -U Une tension alternative réseau UN alimente en bipolaire, par l'inter- médiaire d'un transformateur monophasé 7, les deux appareils d'alimenta- tion 3 et 6. Le détecteur à tension continue 1 est par exemple une cellule sensible à la lumière visible ou UV et dont la tension de fonctionnement est trop faible pour attaquer directement un transistor de commutation. A l'exception du montage de mise en forme de signaux 2, les par- ties du montage représentées à la figure 1 sont connues dans l'art antérieur et ne sont donc pas décrites ci-après Il convient toutefois 13044 de préciser pour faciliter la compréhension que le circuit de relais- flamme 5 est-constitué par deux branches de courant (non représentées), en parallèle et de polarité opposée, qui comportent un condensateur relais commun La première branche, correspondant au sens de passage du courant sous la seconde tension continue d'alimentation positive U 2, est constituée dans l'ordre indiqué par le branchement en série d'une première diode, d'un enroulement de maintien du relais-flamme, d'une seconde diode et du condensateur relais commun La seconde branche comprend de nouveau le condensateur relais, une troisième diode, un enroulement d'enclenchement du relais-flamme et une quatrième diode, qui sont éga- lement branchés en série dans l'ordre indiqué Le dessin correspondant se trouve dans la demande précitée de brevet suisse N O 4708/80-3, figure 1, composants 35 à 41. Le fonctionnement du montage selon figure l est le suivant. Le montage de mise en forme de signaux 2 convertit la faible ten- sion du détecteur à tension continue 1 en un train d'impulsions de commu- tation, qui court-circuitent périodiquement l'entrée de l'amplificateur- commutateur de relais 4 à l'aide d'un interrupteur de sortie L'interrup- teur de sortie de l'amplificateur-commutateur de relais 4, un transistor bipolaire par exemple, court-circuite le circuit de relais-flamme 5 à la cadence des impulsions Les deux branches du circuit 5 sont dimensionnées de façon que seule la seconde branche peut enclencher le relais-flamme, tandis que la première branche délivre uniquement un courant de maintien du relais-flamme. Tant que l'interrupteur de sortie du montage de mise en forme de signaux 2 est ouvert, l'interrupteur de sortie de l'amplificateur-commu- tateur de relais 4 est également ouvert et le condensateur-relais commun est chargé par la première branche Tant qu'un courant de charge circule, le relais-flamme est maintenu à condition d'être enclenché au début de la charge L'intervalle de temps séparant deux opérations de charge est choisi de façon que le courant de charge du condensateur relais suffise juste à maintenir le relais-flamme, en l'absence de défaut du montage. L'intervalle de temps maximal admissible dans l'exemple considéré est de 900 ms. Lorsque l'interrupteur de sortie du montage de mise en forme de signaux 2 est fermé, celui de l'amplificateur-commutateur de relais 4 est également fermé, le circuit de relais-flamme 5 est court-circuité et le condensateur-relais commun se décharge sur la seconde branche, alimentant ainsi le relais-flamme Le contact de commutation du relais- flamme alimenté indique la présence d'une flamme. Le condensateur-relais est ainsi chargé et déchargé périodiquement par les impulsions de sortie du montage dé mise en forme de signaux Il en est toutefois ainsi uniquement tant que tous les composants sont cor- rects et que le détecteur à tension continue 1 décèle une flamme. La durée du courant de décharge du condensateur relais doit avoir une valeur prédéterminée, d'environ 50 ms par exemple Lorsqu'elle est sensiblement plus longue, par suite d'un défaut quelconque, le condensa- teur se décharge trop fortement et n'est plus à même de fournir le courant de maintien Cette durée ne doit de même pas être trop réduite, faute de 1.5 quoi le condensateur relais se décharge trop peu et le courant de charge, est trop faible pendant la phase de charge suivante pour maintenir le relais-flamme. Sur la figure 2, le détecteur à tension continue 1 alimente le mon- tage de mise en forme de signaux 2, sa première borne étant reliée par une première résistance Ri à une première borne d'entrée d'un réseau en 7 x 8, dont la sortie attaque l'entrée de commande d'un premier interrupteur 9 La branche transversale d'entrée du réseau en i 8 est constituée par un premier condensateur Cl, sa branche longitudinale par une inductance et sa branche transversale de sortie par un second interrupteur 11, dont l'entrée de commande est reliée par une seconde résistance R 2 à la sortie d'un générateur d'impulsions 12 Le premier interrupteur 9 comprend par exemple un interrupteur à semiconducteurs 13 bipolaire, dont la base constitue l'entrée de commande attaquée par une troisième résistance R 3, le circuit base-émetteur étant en parallèle avec une diode limitatrice de tension 14 La cathode de la diode est reliée à la base de l'interrup- teur à semiconducteurs 13 bipolaire, dont le collecteur constitue la sortie unipolaire du montage de mise en forme de signaux 2 L'interrup- teur à semiconducteurs 13 bipolaire est par exemple un transistor NPN. Le second interrupteur 11 est par exemple un transistor à effet de champ à canal N La seconde borne du capteur à tension continue 1, la borne 13044 commune du premier condensateur Cl et du second interrupteur 11, l'anode de la diode limitatrice de tension 14 et l'émetteur de l'interrupteur à semiconducteurs 13 bipolaire sont réunis entre eux et reliés à la borne positive de la première tension continue d'alimentation négative -U 1, qui est par exemple reliée au potentiel de masse. Le générateur d'impulsions 12 est constitué par un premier multi- vibrateur astable 15, dont la sortie alimente l'entrée de commande d'un premier multivibrateur monostable 16 en aval, dont la sortie commande l'entrée de déblocage d'un second multivibrateur astable 17 en aval, de fréquence supérieure à celle du multivibrateur 15 La sortie du multivibrateur 17 est reliée à l'entrée de commande d'un second multi- vibrateur monostable 18 en aval, dont la sortie constitue la sortie du générateur d'impulsions 12. Le multivibrateur astable 15 ou 17 est constitué par un premier opérateur NON-ET 19 à bascule de Schmitt à deux entrées ou un second opérateur NONET 20 à bascule de Schmitt à deux entrées, qui est chargé par un premier élément RC en série R 4-C 2 ou un second élément RC en série R 5-C 3, la première borne commune de la résistance et du condensateur formant l'élément RC en série étant reliée à la première entrée de l'opé- rateur NON-ET à bascule de Schmitt 19 ou 20 correspondant L'élément RC en série R 4-C 2 est constitué par une quatrième résistance R 4 et un second condensateur C 2; l'élément RC en série R 5-C 3 est constitué par une cinquième résistance R 5 et un troisième condensateur C 3 La sortie de l'opérateur NON-ET 19 est reliée à la seconde borne de la résistance R 4 et constitue simultanément la sortie du multivibrateur 15 La sortie de l'opérateur NON-ET 20 est reliée à la seconde borne de la résistance R 5 et constitue simultanément la sortie du multivibrateur 17 La seconde borne des condensateurs C 2 et C 3 est reliée à la borne négative de la tension continue d'alimentation -U 1 Les secondes entrées des deux opé- rateurs NON-ET 19 et 20 sont les entrées de déblocage; celle de l'opéra- teur NON-ET 19 est reliée en permanence au potentiel de masse, c'est-àdire à la valeur logique " 1 " et par suite débloquée en permanence. Les multivibrateurs monostables 16 et 18 sont situés chacun par un troisième opérateur NON-ET 21 à bascule de Schmitt ou un quatrième opé- rateur NON-ET à bascule de Schmitt 22 et un premier réseau CR C 4-R 6 ou un deuxième réseau CR C 5-R 7, la première borne commune de la résis- tance et du condensateur formant le réseau CR considéré étant reliée à la première entrée de l'opérateur NON-ET 21 ou 22 correspondant Le réseau CR C 4-R 6 est constitué par un quatrième condensateur C 4 et une sixième résistance R 6, et le second réseau CR C 5-R 7 par un cinquième condensateur C 5 et une septième résistance R 7 L'entrée de commande du multivibrateur monostable 16 est reliée à la seconde borne du condensa- teur C 4, l'entrée de commande du multivibrateur monostable 18 à la seconde borne du condensateur C 5 et la seconde borne ou entrée des résistances R 6 et R 7, des opérateurs NON-ET 21 et 22 est reliée à la borne positive de la tension continue d'alimentation -U 1, au potentiel de masse par exemple. Un MOS-C "Quad 2-Input Nand" type MC 14093 B de la Société Motorola, Phoenix (Arizona) est par exemple utilisable pour les quatre opérateurs NON-ET à bascule de Schmitt 19, 20, 21 et 22. Le fonctionnement du montage selon figure 2 est décrit ci-dessous à l'aide du chronogramme de la figure 3. Le multivibrateur astable 15 délivre en permanence à sa sortie des impulsions rectangulaires basse fréquence, ayant une période T 500 ms par exemple et représentées en fonction du temps t par la caractéristique A de la figure 3 Le multivibrateur monostable 16 en aval est déclenché par les flancs décroissants des impulsions de sortie du multivibrateur astable 15 et délivre à sa sortie, pour chaque flanc décroissant, c'est-à- dire avec une durée de répétition T également de 500 ms, une impulsion positive d'une durée t de 50 ms par exemple Ce signal de sortie est P représenté en fonction du temps t par la caractéristique B de la figure 3. Le second multivibrateur astable 17 oscille à une fréquence supé- rieure d'environ 1000 fois à celle du signal de sortie du multivibrateur astable 15, mais uniquement pendant la durée de déblocage tp 50 ms prédéterminée par le multivibrateur monostable 16; ce signal est repré- senté par la caractéristique C de la figure 3. Le second multivibrateur monostable 18 est déclenché par les flancs décroissants des impulsions de sortie du multivibrateur astable 17 et délivre, pendant la durée de déblocage tp _ 50 ms et à la cadence de sa fréquence d'entrée, de brèves impulsions positives avec un rapport de 13044 durée de par exemple 1/2 à 1/3 de la période du multivibrateur astable 17, selon le dimensionnement du condensateur C 5 et de la résistance R 7. Ces impulsions de sortie correspondent à la caractéristique D de la figure 3 Les niveaux de toutes les impulsions représentées à la figure 3 sont de O V et -U Une partie de la résistance R 7 peut toutefois être court-circuitée par un interrupteur non représenté, afin d'augmenter la sensibilité d'entrée de l'amplificateur-commutateur 4, car la durée des impulsions de sortie est ainsi réduite, de même par suite que l'énergie prélevée sur le condensateur Cl. Dans la solution selon l'invention, et contrairement aux solutions connues ou proposées, la faible tension continue de détecteur n'est pas amplifiée directement sous forme d'un signal en tension continue, mais hachée à l'aide du second interrupteur commandé 11, puis transformée avec élévation par l'inductance 10 Le problème de dérive normalement posé par les amplificateurs de tension continue nécessaires est ainsi éliminé La tension délivrée par le détecteur 1 charge le condensateur Cl L'énergie ainsi emmagasinée est ensuite prélevée dans un temps très court sur ce condensateur Cl, puis transmise à un niveau de tension plus élevé à l'interrupteur à semiconducteurs 13 Cette opération s'effectue deux fois environ par seconde La sortie de l'interrupteur à semiconduc- teurs 13 commande l'amplificateur-commutateur de relais 4 en aval. Afin de transmettre l'énergie emmagasinée dans le condensateur Cl à l'entrée de commande de l'interrupteur à semiconducteurs 13 avec un minimum de pertes, la tension du condensateur Cl est connectée et décon- nectée à fréquence élevée à l'inductance, pendant 50 ms environ à chaque fois, à la cadence précitée d'une demi-seconde Le choix d'une fréquence élevée présente l'avantage de permettre l'adoption d'une très petite inductance 10 Les impulsions commandant le second interrupteur 11 sont en outre choisies dissymétriques, de façon que la durée de branchement soit plus faible que la durée de coupure, ce qui influence favorablement le rendement de la transmission d'énergie. Sur la figure 3, les impulsions de commande sont représentées schématiquement par la caractéristique D. Le condensateur Cl se décharge dans une large mesure dans le temps tp d 50 ms, pendant lequel les impulsions de sortie du générateur d'im- pulsions 12 rendent le second interrupteur 11 conducteur Les impulsions O apparaissant pendant ce temps à la sortie de l'interrupteur à semi- conducteurs 13 sont lissées dans l'amplificateur-commutateur de relais 4 en aval, de sorte qu'une impulsion de 50 ms est finalement disponible pour le circuit de relais-flamme 5 Pour obtenir périodiquement cette impulsion à la cadence d'une demi-seconde, le condensateur Cl doit donc toujours être rechargé suffisamment, ce qui est possible uniquement quand le second interrupteur 11 est ouvert et le détecteur à tension continue 1 délivre une tension suffisante Par principe, il serait également pos- sible de produire à partir de la charge du condensateur une impulsion unique, puis de déclencher avec cette dernière une bascule monostable délivrant l'impulsion de 50 ms La commande par un train d'impulsions de commutation offre toutefois une meilleure sécurité contre des impulsions perturbatrices individuelles, et l'emploi d'un circuit intégré simple s'impose pour le mode choisi de mise en forme d'impulsions D'autres variantes de montage sont concevables et n'affectent en rien le principe essentiel de l'invention. Le signal apparaissant sur la première entrée de l'opérateur NON-ET à bascule de Schmitt 19 ou 20 du multivibrateur astable 15 ou 17 est, quand la deuxième entrée est débloquée, inversé dans l'opérateur NON-ET, temporisé dans l'élément RC en série R 4-C 2 ou R 5-C 3 en aval, puis ramené sur la première entrée de l'opérateur NON-ET 19 ou 20, de sorte que son signal d'entrée et par suite le signal de sortie du multivibrateur astable 15 ou 17 modifient leur valeur numérique avec une temporisation continue, et que le montage considéré fonctionne ainsi en générateur de signaux rectangulaires. Lors de l'apparition d'un flanc décroissant sur l'entrée de com- mande du multivibrateur monostable 16 ou 18, un courant de charge impul- sionnel circule dans le condensateur C 4 ou le condensateur C 5 et produit dans la résistance R 6 ou R 7 en aval une impulsion de tension négative, dont la durée est déterminée par les valeurs du condensateur et de la résistance considérés, et qui est inversée dans l'opérateur NON-ET 21 ou 22 en aval, pour donner une impulsion de tension positive Rien ne se passe pour les flancs croissants du signal d'entrée de commande, car les deux bornes du condensateur C 4 ou C 5 considéré sont alors à la masse. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. 13044 Revendications 1 Montage de mise en forme de signaux pour le traitement avec sécurité intrinsèque de tensions continues de détecteur, ledit montage étant caractérisé en ce qu'un détecteur à tension continue ( 1) est relié par une première résistance (Rl) à un réseau en u ( 8), dont la branche transversale d'entrée est constituée par un premier condensateur (Cl), la branche longitudinale par une inductance ( 10) et la branche transver- sale de sortie par un second interrupteur ( 11) commandé par un généra- teur d'impulsions ( 12); et la sortie du réseau en u ( 8) est reliée à l'entrée de commande d'un premier interrupteur ( 9). 2 Montage de mise en forme de signaux selon revendication 1, carac- térisé en ce que les deux interrupteurs ( 9; 11) sont des interrupteurs à semiconducteurs. 3 Montage de mise en forme de signaux selon revendication 2, carac- térisé en ce que le second interrupteur ( 11) est un transistor à effet de champ à canal N, dont l'entrée de commande est attaquée par une seconde résistance (R 2). 4 Montage de mise en forme de signaux selon revendication 2, carac- térisé en ce que le premier interrupteur ( 9) comprend un transistor NPN bipolaire, dont la base est attaquée par une troisième résistance (R 3) et dont le circuit base-émetteur est en parallèle avec une diode ( 14), dont la cathode est reliée à la base du transistor NPN bipolaire ( 13). Montage de mise en forme de signaux selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions ( 12) est constitué par un premier multivibrateur astable ( 15), dont la sortie est reliée à l'entrée d'un premier multivibrateur monostable ( 16) en aval, dont la sortie est reliée à l'entrée de déblocage d'un second multivibrateur astable ( 17) en aval, de fréquence supérieure à celle du premier multivibrateur astable( 15) et dont la sortie est reliée à l'en- trée d'un second multivibrateur monostable ( 18) en aval, la durée des impulsions de sortie des deux multivibrateurs monostables étant infé- rieure à la période de leurs signaux d'entrée. 6 Montage de mise en forme de signaux selon revendication 5, carac- térisé en ce que chacun des deux multivibrateurs astables ( 15; 17) est constitué par deux opérateurs NON-ET à bascule de Schmitt à deux entrées 25130 '44 ( 19; 20) dont la sortie est chargée par un élément RC en série (R 4-C 5; R 5-C 3), la borne commune de la résistance (R 4; R 5) et-du condensateur (C 2; C 3) de l'élément RC en série (R 4-C 2; R 5-C 3) étant reliée à une première entrée de l'opérateur NON-ET à bascule de Schmitt à deux entrées ( 19; 20), tandis que la seconde borne du condensateur considéré (C 2; C 3) est reliée à la borne négative d'une première tension continue d'alimentation négative (-U 1) et la seconde entrée dudit opérateur NON ET à bascule de Schmitt ( 19; 20) est une entrée de déblocage, celle du premier multivibrateur astable ( 15) étant débloquée en parallèle par sa liaison avec la borne positive de la première tension continue d'ali- mentation négative (-U 1). 7 Montage de mise en forme de signaux selon revendication 5, caractérisé en ce que chacun des deux multivibrateurs monostables ( 16; 18) est constitué par un opérateur NON-ET à bascule de Schmitt à deux entrées ( 21; 22), dont la première entrée est attaquée par un réseau CR (C 4-R 6; C 5-R 7), la borne commune du condensateur (C 4; C 5) et de la résistance (R 6; R 7) du réseau CR (C 4-R 6; C 5-R 7) étant reliée à la première entrée de l'opérateur NON-ET à bascule de Schmitt ( 21; 22) et la seconde borne de la résistance (R 6; R 7) du réseau CR (C 4-R 6; C 5-R 7) ainsi que la seconde entrée de l'opérateur NON-ET à bascule de Schmitt ( 21; 22) étant reliées à la borne positive d'une première tension continue d'alimenta- tion négative (-U 1). 8 Montage de mise en forme de signaux selon une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé par son utilisation comme élément d'un dis- positif de surveillance de flamme d'un brûleur à mazout ou à gaz.