Brevet FR2514553A1 — publié le 19830415

L'invention concerne un appareil électronique ayant une partie d'entrée avec une sortie binaire de signal qui est raccordée à un circuit de commande de relais qui désexcite le relais lorsqu'apparait l'un des signaux de sortie et excite le relais lorsqu'apparaît l'autre signal de sortie. On connaît déjà de faire-fonctionner des re- lais directement au moyen de la tension nominale d'alimen- tation La tolérance maximale de tension ne doit alors ce- pendant pas dépasser plus ou moins 20 %,car autrement le relais, lorsqu'on est en dessous de la tolérance de tension, n'est plus attiré ou dans l'autre cas,est surchargé ther- miquement. On a en outre déjà fait fonctionner des relais par l'intermédiaire d'un régulateur de tensions avec une tension d'alimentation dans une gamme élargie de tolérance. Ce circuit connu travaille cependant de façon non économi- quecar lorsqu'il y a une gamme importante de tensionsd'ali- mentationil en résulte une perte importante de puissance dans le régulateur de tension Par exemple,la puissance perdue peut être d'à peu près 3,5 W, ce qui,pour un petit appareil auquel est surtout destinée la présente invention, ne serait plus supportable. On connaît finalement également un relais qui est appliqué par l'intermédiaire d'une alimentation de régulateur de commutation à une tension d'alimentation à gamme importante de tolérance Cette technique de circuit ne peut cependant être mise en oeuvre dans des petits ap- pareils pour des raisons de place et de prix. Dans l'appareil électronique selon la présente inventionil peut s'agir par exemple d'un barrage photo- électrique très petit qui délivre un signal de sortie L ou O pour ainsi commander le relais de surveillance, selon que le rayon du barrage photoélectrique est interrompu ou non. L'invention a pour but une commande de relais exempte de perte pour une gamme importante de tensions d'alimentation de par exemple 35 volts à 370 volts de ten- sion continue La tension alternative nécessaire à cet ef- fet avant le redresseur prévu pour la conversion peut ainsi se trouver dans une gamme allant de 42 V moins 20 % à 240 V plus 10 %. Le but de l'invention est donc de produire un appareil électronique du type mentionné ci-dessus qui puisse permettre une gamme aussi grande que possible de tensions d'alimentation tout en prenant une faible place et en ti- rant une puissance infime, sans qu'il y ait un risque de surcharge du relais ou de retombée de celui-ci à un mo- ment inopportun. Pour résoudre ce problème on prévoit selon la présente invention que la sortie de la partie entrée est raccordée par un commutateur de seuil électronique à l'électrode de commande d'un élément semi-conducteur de commutation, en particulier un transistor, qui détermine un écoulement de courant à travers le relais et que le commutateur de seuil est actionné périodiquement en fonction du courant s'écoulant à travers le relais et ainsi rend conducteur et non conducteur alternativement le com- posant semi-conducteur, de telle manière que le relais soit alimenté périodiquement par un courant croissant réguliè- rement à partir de zéro et soit mis hors circuit chaque fois lorsqu'on atteint un courant prédéterminé et soit alimenté à nouveau juste avant la retombée, par le courant qui s'accroît. En particulier, l'arrangement doit être tel que sur une résistance se trouvant dans le circuit de courant du relais une tension correspondant au courant pas- sant à travers le relais est extraite et amenée à l'entrée du commutateur de seuil De façon appropriée,la sortie de la partie entrée est raccordée par l'intermédiaire d'une résistance à l'entrée du commutateur de seuil. Il est particulièrement approprié de sélection- ner la constante de temps du condensateur et de la résistance pour que la tension à l'entrée du commutateur de seuil soit en dessous du seuil de commutation avant que la valeur moyenne présélectionnée du courant s'écoulant dans le relais soit inférieure au courant de maintien. On monte parallèlement au relais une diode dans le sens contraire de passage de l'élément semi-conducteur. Grâce à cette diode on écoule l'énergie emmagasinée dans le champ magnétique du relais, après retombée de celui-ci, depuis la tension d'alimentation La valeur moyenne présélection- née du courant s'écoulant dans le relais est ainsi soutenue, ce qui fait que le courant de maintien n'est pas dépassé vers le bas. Le commutateur de seuil utilisé selon la pré- sente invention est de préférence une bascule de Schmitt. Avantageusement, on introduit dans le conducteur venant de la résistance conduisant le courant du relais une diode ayant une polarité telle qu'un courant puisse s'écouler depuis la résistance conduisant le courant du relais jusqu'à l'entrée du commutateur de seuil ou jusqu'au condensateur de charge. Le transistor selon la présente invention est en particulier un transistor NPN. Une première forme de réalisation structurelle pratique est caractérisée en ce que le composant semi conducteur est monté en série avec le relais de manière que ce dernier soit disposé entre le collecteur du compo- sant semi-conducteur et la haute tension La résistance conduisant le courant du relais doit alors être insérée en- tre l'émetteur du composant semi-conducteur et la masse. Une autre forme de réalisation est caractérisée en ce que le composant semi-conducteur est connecté par son émetteur à la masse et par son collecteur à la haute ten- sion par l'intermédiaire d'un répartisseur de tension et en ce que le relais est relié à la haute tension par un composant semi-conducteur d'un type de conduction inversée en particu- lier un transistor PNP, la base de l'autre composant semi- conducteur se trouvant au point de répartition du répar- titeur de tension. Selon la forme de réalisation de la présente invention, le courant d'excitation du relais est mis en circuit et hors circuit périodiquement par le transistor et précisément de manière que le relais reste toujours at- tiré,mais ne soit jamais surchargé. La présente invention va maintenant être dé- crite à propos d'exemples de réalisation et à la lumière des dessins sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique de fonctionnement d'une première forme de réalisation de l'appareil électronique selon la présente invention; et la figure 2 est une représentation schématique de fonctionnement d'une autre forme de réalisation. L'entrée 11 de l'appareil électronique non dé- crite en détail peut être par exemple un barrage photo- électrique Cette entrée 11 est réalisée de façon appropriée par la technique des éléments MIOS, ce qui fait qu'il est possible,à cause du besoin faible en puissance de réduire la tension d'alimentation par des résistances préliminaires. Selon la figure 1 1 a la sortie 19 de l'entrée on a le signal L ou O, par exemple en fonction de la présen- ce ou non d'un obstacle dans le rayonnement du barrage photoélectrique La sortie 19 est représentée comme l'un des pôles d'un bras de commutation 23, qui au choix peut être appliqué comme représenté,à la masse ou à la tension provenant de la tension continue d'alimentation, qui est stabilisée par l'intermédiaire d'une résistance 24 et d'une diode Zener 25. A la sortie 19 on raccorde par une résistance l'entrée 18 d'une bascule de Schmitt 12 dont la sortie alimentepar une résistance 26,la base 13 d'un transistor NPN 14 Le transistor est inséré dans le circuit de courant d'un relais 15 qui se trouve d'un côté à la tension continue d'alimentation allant de 35 à 370 V L'autre pôle du relais L.-/t J 455 est raccordé au collecteur du transistor 14 L'émetteur de ce transistor est appliqué à la masse par l'intermédiai- re d'une résistance 16 Le point de liaison entre l'émetteur du transistor 14 et la résistance 16 est connecté par l'in- termédiaire d'une diode 22 polarisée de la manière représen- tée à l'un des pôles d'un condensateur 17 dont l'autre pôle est mis à la masse ainsi qu'à l'entrée 18 de la bascule de Schmitt 12. La tension continue d'alimentation allant de 35 à 370 V est délivrée par un redresseur 27 à l'entrée du- quel on peut appliquer une tension alternative allant de 42 V moins 20 % à 240 V plus 20 % L'une des bornes de sortie du redresseur 27 est appliquée à la masse de-la façon re- présentée Un condensateur 28 se trouvant entre la tension continue d'alimentation et la masse sert à filtrer la ten- sion. Le mode de fonctionnement du circuit décrit selon la figure 1 est le suivant: Lorsque le rayon du barrage photoélectrique est ininterrompu, le bras de commutation 23 peut se trouver à la sortie de la partie d'entrée 1 I de l'appareil électro- nique selon la présente invention dans la position supérieu- re de commutation selon le dessin Dans ce casune tension positive existe par l'intermédiaire de la résistance 20 à l'entrée 18 de la bascule de Schmitt 12 De ce fait, la bascule de Schmitt pourrait se trouver dans sa position de commutation basse, ce qui fait qu'à la sortie il y - a une tension si faible que le transistor 14 est rendu non conducteur par la base 13 et que le relais 15 n'écoule aucun courant Le relais 15 se trouve ainsi dans la position re- tombée lorsque le bras de commutation 23 de l'entrée 11 est dans la position supérieure de commutation. Si un obstacle est rencontré par le rayon du barrage photoélectrique, le bras de commutation 23 peut être commuté vers la position inférieure représentée au dessin, ce qui fait que la sortie 19 de l'entrée 11 est 2 ' 4553 au potentiel de masse Etant donné le saut de tension qui survient de ce fait à l'entrée 18 de la bascule de Schmitt 12, celle-ci se commute de sa position de tension faible à sa position de tension élevée, de telle manière que par l'intermédiaire de la résistance 26,la base 13 du transistor 14 reçoive une tension accrue qui met le transistor 14 dans sa position conductrice Un courant croissant réguliè- rement s'écoule alors maintenant à travers-le transistor 14 et 1 de façon correspondante,le relais 15,ainsi que la résis- tance 16. A cause de l'écoulement de courant à travers la résistance 161 il en résulte sur celle-ci une chute croissan- te de tension qui charge le condensateur 17 par l'intermé- diaire de la diode 22 La tension à l'entrée 18 de la bascu- le de Schmitt 12 croît de ce fait régulièrement jusqu'à ce que le seuil de commutation de cette bascule soit dépassé. A ce moment, la sortie de la bascule de Schmitt 12 passe de sa position élevée à la position basse bien que le bras de commutation 23 demeure dans sa position d'application à la masse Le transistor 14 se bloque alors à nouveau et le courant s'écoulant à travers le relais 15 et la résistance 16 est alors interrompu Dans le relais 15 cependant, il en résulte une force contre-électromotrice qui maintient par la diode 21 le champ magnétique pendant un temps déterminé, ce qui fait que le relais 15 demeure attiré. La constante de temps de la résistance 20 et du condensateur 17 est choisie selon la présente invention de telle manière qu'après interruption du courant à tra- vers la résistance 16,la tension à l'entrée 18 de la bascu- le de Schmitt 12 n'atteint pas e seuil de commutation de cette bascule avant qu'on soit en-dessous de la valeur moyenne présélectionnée du courant à travers le relais 15. De ce fait,le transistor 14 est rendu à nouveau conducteur au bon moment pour que le relais 15 demeure attiré par suite d'un écoulement renouvelé de courant. Pendant l'interruption du courant, lorsque le 2 ?" 44553 bras de commutation 23 reste à la masse, le condensateur 17 en d'autres termes se décharge par la résistance 20 as- sez vite pour empêcher une chute du relais 15. Etant donné l'autorégulation selon la présente invention du courant à travers le relais 15 de manière tel- le que d'une part le relais ne soit pas surchargé et d'au- tre part cependant,qu'il n'en résulte aucune retombée, si le bras de commutation 23 se trouve à la masse, l'appareil peut être alimenté par des tensions qui varient dans la gamme d'une puissance Zener, par exemple entre 35 V et 370 V Même si la tension d'alimentation est accrue, cette disposition de circuit sépare toujours automatique- ment le relais 15 de la tension d'alimentation lorsque le courant a atteint une amplitude prédéterminée L'interrup- tion suivante est si courte que le relais 15 pendant ce temps demeure attiré à cause de l'énergie emmagasinée dans le champ magnétique et à cause de l'inertie du système ma- gnétique Ensuite se répète le cycle de fonctionnement dé- crit. Pendant les pauses de commutation, le relais 15 demeure ainsi dans la position d'attraction à cause de l'énergie magnétique emmagasinée pendant l'écoulement du courant. La durée de mise en circuit du transistor de commutation 14 dépend ainsi entre autre de l'inductivité du relais 15 et de la tension de fonctionnement qui règne momentanément La pause d'écoulement de courant est déter- minée par une constante de temps prévue et inchangée du condensateur 17 et de la résistance 20 coram le courant de crête du relais demeure constant,tout comme l'inductivité du relaispour chaque tension de fonctionnement possible, il y a un temps de pause constant. Une autre possibilité selon la présente inven- tion pour maintenir constant le courant effectif de fonc- tionnement du relais lorsque les tensions de fonctionnement sont distinctes est montrée à la figure 2 o les mêmes numéros de référence désignent les pièces correspondantes qui se trouvent à la figure 1. Sur la figure 2, le circuit est complété par un transistor PNP 29 dont l'émetteur est relié à la haute tension de fonctionnement Le relais 15 avec la diode en parallèle sur celui-ci 21 est mis à la masse par le col- lecteur du transistor 29 par l'intermédiaire de la résis- tance 16 Le transistor de commutation 14 se trouve par son collecteur à la haute tension par un répartiteur de tension formé de résistances 30, 31 etpar son émetteur,à la masse. Le point de liaison des résistances 30, 31 communique avec la base du transistor PNP 29. De cette manière, sur la résistance capteuse 16 on peut régler une tension constamment croissante et dé- croissante en fonction du rapport d'utilisation du transis- tor de commutation 14 La tension croissante correspond à la phase d'écoulement de courant lorsque le transistor 14 est commuté, et la tension décroissante correspond à la phase de blocage du'transistor 14 Le courant s'écoulant par la diode de fonctionnement libre 21 est ici détermi- nant. Si on remplace maintenant la bascule 12 par une bascule ayant deux entrées niées dans un enchaînement ET et qu'on applique la tension de réaction sur l'une des entrées de la bascule et la tension de commutation par la diode 22 sur l'autre entrée de la bascule, et qu'on choi- sisse encore l'hystérésis de la bascule pour que lors d'un maximum de tension aux bornes de la résistance 16, la bas- cule commute hors circuit la chaîne de transistorset lors d'un minimum de tension aux bornes de la résistance 16, commute en circuit la chaîne de transistors, le courant moyen à travers le relais demeure constant indépendamment de la tension de fonctionnement La fréquence de commutation est ici déterminée par l'inductivité du relais 15 et par la tension de fonctionnement régnant momentanément La seule condition préalable est la présence du transistor supplé- mentaire 29. REVENDICATIONS 1 Appareil électronique ayant une entrée avec une sortie de signal binaire qui est raccordée à un circuit de commande de relais qui,lors de la survenance de l'un des signaux de sortie (L),désexcite le relais et,lors de la surve- nance de l'autre signal de sortie 0),excite le relais,carac- térisé en ce que la sortie ( 19) de l'entrée ( 11) est raccor- dée par un commutateur de seuil électronique ( 12) à l'élec- trode de commande ( 13) d'un composant semi-conducteur de commutation, en particulier un transistor ( 14), qui déter- mine l'écoulement de courant à travers le-relais ( 15), et en ce que le commutateur de seuil ( 12) est commuté périodi- quement en fonction du courant s'écoulant à travers le re- lai ( 15), et ainsi le composant semi-conducteur ( 14) est rendu alternativement conducteur et non conducteur, de manière que le relais ( 15) soit alimenté périodiquement par un courant croissant régulièrement à partir de zéro et soit respectivement mis hors circuit lorsqu'un courant prédéter- miné est atteintet soit alimenté à nouveau avec le courant croissant juste avant la retombée du relais. 2 Appareil selon la revendication 1,caractéri- sé en ce que sur une résistance ( 16) se trouvant dans le circuit de courant du relais ( 15),une tension correspondant au courant à travers le relais ( 15) est extraite et appliquée à l'entrée du commutateur de seuil ( 12). 3 Appareil selon la revendication 1 ou 2,carac- térisé en ce que la sortie ( 19) de la partie entrée ( 11) de l'appareil est raccordée par une résistance ( 20) à l'en- trée ( 18) du commutateur de seuil( 12). 4 Appareil selon les revendications 2 et 3 prises ensemble caractérisé en ce que la constante de temps du condensateur ( 17) et de la résistance ( 20) est choisie pour que la tension à l'entrée ( 18) du commutateur de seuil ( 12) soit en dessous du seuil de commutation avant que re- tombe le relais 15. 5 Appareil selon l'une des revendications précédentescaractérisé en ce que,en parallèle sur le re- lais ( 15), est montée une diode ( 21) contrairement au sens de passage du composant semi-conducteur ( 14). 6 Appareil selon l'une des revendications précédentes,caractérisé en ce que le commutateur de seuil est une bascule de Schmitt '( 12). 7 Appareil selon l'une des revendications pré- cédentes,caractérisé en ce que dans le conducteur venant de la résistance ( 16) conduisant le courant du relais est insé- rée une diode ( 22) dont la polarité est telle qu'un courant peut s'écouler de la résistance ( 16) à l'entrée ( 18) du commutateur de seuil ( 12) ou au condensateur ( 17). 8 Appareil selon l'une des revendications pré- cédentescaractérisé en ce que le transistor est un tran- sistor NPN ( 14). 9 Appareil selon l'une des revendications pré- cédentes caractérisé en ce que le composant semi-conducteur ( 14) est monté en série avec le relais ( 15) de telle manière que ce dernier se trouve entre le collecteur du composant semi-conducteur ( 14) et la haute tension. Appareil selon l'une des revendications 2 à 9,caractérisé en ce que Ia-résistance ( 16) conduisant le courant du relais est insérée entre l'émetteur du composant semi-conducteur ( 14) et la masse. 11 Appareil selon l'une des revendications 1 à 8,caractérisé en ce que le composant semi-conducteur ( 14) est connecté avec son émetteur à la masse et avec son col- lecteur à la haute tension par l'intermédiaire d'un répar- titeur de tension ( 30, 31) et en ce que le relais ( 15) est raccordé à la haute tension par l'intermédiaire d'un com- posant semi-conducteur ( 29) d'un type de conduction oppo- sée,en particulier un transistor PNP, la base de l'autre composant semiconducteur ( 29) se trouvant au point de division du répartiteur du tension ( 30, 31).