Brevet FR2559211A1 — publié le 19850809

"CIRCUIT D'EXCITATION DESTINE A LA COMMANDE DU COURANT CIRCULANT DANS LE SOLENOIDE D'UN DISPOSITIF ELECTROMAGNETIQUE EN REPONSE A UN SIGNAL DE COMMANDE" La présente invention concerne un circuit d'excita- tion destiné à la commande du courant circulant dans le solénoïde d'un dispositif électromagnétique en réponse à un signal de commande. Pour obtenir un fonctionnement rapide du dispositif, le courant électrique passant par le solénoïde du dispo- sitif doit être autorisé à monter rapidement pour produire un flux magnétique important dans le noyau magnétique du dispositif, et au moins suffisant pour amener l'induit du dispositif à commencer à se déplacer. Le courant est auto- risé à monter jusqu'à une valeur de crête, et après une - durée prédéterminée pendant laquelle l'induit termine son mouvement, le courant est réduit à une valeur de maintien plus basse pour laquelle l'induit reste dans sa position actionnée. Le courant qui passe dans le solénoïde circule aussi longtemps qu'un signal de commande est envoyé au circuit d'excitation. Selon la pratique établie, il faut animer de pulsations l'élément de commande du courant pen- dant la période de courant de crête et de courant de rete- nue et le but de l'invention est de fournir un circuit d'excitation satisfaisant les exigences sus-mentionnées. Le circuit d'excitation selon l'invention pour dispositif électromagnétique comportant un solénoide com- prend des première et seconde bornesdestinées à la liaison avec une alimentation en courant continu, une extrémité du solénoïde étant reliéeà l'une desdites bornes d'alimenta- tion, un premier interrupteur à semi-conducteur qui déter- mine un parcours pour le courant du solénoïde et qui est branché en série entre l'autre extrémité du solénoide et une extrémité d'une résistance détectrice de courant dont l'autre extrémité est reliée à l'autre borne d'alimenta- tion, une boucle de recirculation du courant comprenant une diode et un second interrupteur à semi-conducteur monté en parallèle avec le solénoïde, une borne d'entrée de signal de commande, des moyens d'excitation pour le second interrupteur à semi-conducteur, ces moyens d'exci- tation étant reliés à la borne d'entrée de signal de com- mande, la boucle de recirculation du courant étant rendue opérante lorsque le signal de commande est appliqué à la- dite borne d'entrée, un comparateur, des premiers moyens pour appliquer un signal de tension à une borne d'entrée du comparateur en fonction de l'amplitude du courant pas- sant par la résistance de détection, des seconds moyens pour engendrer une tension de référence qui est appliquée à la seconde borne d'entrée du comparateur, une porte ET dont la sortie est utilisée pour rendre conducteur le par- cours de courant du solénoïde du premier interrupteur à semi-conducteur, une entrée de la porte ET étant reliée à la borne d'entrée de signal de commande et l'autre en- trée à la sortie du comparateur, un premier circuit mono- stable sensible au signal de commande, la sortie de ce circuit monostable ayant pour fonction de modifier la tension de référence envoyée au comparateur après une durée prédéterminée suivant-la réception du signal de com- mande, et un second circuit monostable sensible à la sortie du comparateur, la sortie de ce dernier circuit étant reliée à une entrée du comparateur, le résultat étant que le cou- rant circulant dans le solénoide monte à une valeur de crête qui est déterminée par une première valeur de la tension de référence et commute ensuite à une fréquence prédéterminée par le second circuit monostable, l'intensi- té du courant dans le solénoide étant réduite à une valeur de maintien de crête après ladite durée prédéterminée, la valeur de maintien de crête du courant étant déterminée par une seconde valeur de la tension de référence, le courant étant ensuite commuté sous l'action du second cir- cuit monostable. L'invention sera mieux comprise, et d'autres carac- téristiques seront mises en évidence, à l'aide de la des- cription qui suit, en référence au dessin schématique an- nexé dans lequel: 5 9 2 1 1 La figure 1 est un schéma électrique d'un exemple de circuit d'excitation selon l'invention, et La figure 2 montre les courbes des tensions et du courant en divers points du circuit. Référence étant faite à la figure 1 du dessin, celle-ci représente un circuit d'excitation de l'enroule- ment d'un solénoïde d'un dispositif électromagnétique du genre prévu pour la commande du fonctionnement d'une sou- pape de décharge d'un appareil de pompage de carburant qui envoie du carburant à un moteur à combustion interne. La soupape doit être fermée pour permettre la fourniture du carburant au moteur et elle est fermée par l'excitation du dispositif, le mouvement ayant lieu à l'encontre de l'action d'un ressort. Le circuit d'excitation comprend des bornes (10 et 11) destinées à la connexion avec les bornes d'alimen- tation positive et négative d'une source de courant conti- nu, dans le cas considéré les bornes de la batterie d'un véhicule routier entraîné par le moteur à combustion inter- ne. Le solénoïde (L3) du dispositif a une extrémité reliée à la borne (10) par l'intermédiaire de deux bobines d'arrêt à noyau de fer (L1, L2) couplées en série. L'autre extré- mité du solénoïde (L3) est reliée au drain d'un transistor à effet de champ à canal N (TRl) dont la source est reliée à une extrémité d'une résistance détectrice de courant (R3) ayant son autre extrémité reliée à la borne (11). Le tran- sistor (TR1) forme un premier interrupteur à semi-conducteur. En parallèleawecJsolénoide (L3) est monté le bran- chement en série constitué par le parcours conducteur d'un transistor à effet de champ à canal P (TR2) et d'une diode (D1), le-transistor (TR2) et la diode (D1) formant une boucle de recirculation du courant pour le solénoide (L3), dans laquelle le transistor (TR2) forme un second interrup- teur à semi-conducteur. L'anode de la diode (D1) est reliée au drain du transistor (TR1) de même que la cathode d'une diode Zener (D2). L'anode de la diode (D2) est reliée à la jonction de deux résistances (R13, R14) reliées en série, 2559I11 une extrémité de la résistance (R14) étant reliée à la porte du transistor (TR1) et une extrémité de la résis- tance (R13) étant reliée à la sortie d'une porte ET(IC4). La porte du transistor (TR2) est reliée à la jonction de deux résistances (Rl, R2) reliées en série, une extrémité de la résistance (Rl) étant reliée à la cathode de la diode (D1) et une extrémité de la résistance (R2) au drain d'un transistor à effet de champ à canal N (TR3), dont la source est reliée à la borne (11). La porte du transistor (TR3) est reliée à une borne d'entrée de signal de commande (12) et à une borne d'entrée de la porte ET (IC4). L'ali- mentation de puissance de la porte ET (IC4) est réalisée par un générateur de tension séparé (14) de manière que cette porte ET puisse fournir une tension suffisante pour exciter le transistor (TRi) et l'amener à l'état conduc- teur. La tension développée dans la résistance (R3) en raison du passage du courant est appliquée, par l'intermé- diaire d'un réseau diviseur comprenant des résistances (R4 et R6), à une entrée d'un amplificateur différentiel (IC5). L'autre entrée de ce dernier est reliée à la borne (11) par l'intermédiaire d'une résistance (R5). Une résis- tance de réaction (R7) est encore prévue. La sortie de l'amplificateur (IC5) est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance (R8), à une entrée d'un comparateur (IC2). La sortie du comparateur (IC2) est reliée à l'autre entrée de la porte ET (IC4) et à une entrée de commande d'un cir- cuit monostable (IC3) dont la sortie est reliée, par l'in- termédiaire d'une diode (D3) et d'une résistance (R9) mon- tées en série,avec la borne d'entrée du comparateur (IC2). Une tension de référence est appliquée à l'autre borne d'entrée du comparateur (IC2), et ce résultat est obtenu par une chaîne potentiométrique comprenant des résistances (R10 et Rll) reliées en série. On peut réduire la tension de référence en provoquant la conduction d'un transistor (TR4) dont le parcours collecteur-émetteur est relié en série à une résistance (R12), par l'intermédiaire de la 25592 1 1 résistance (Rll). La conduction du transistor (TR4) est commandée par un circuit monostable (IC1) dont une entrée est reliée à la borne (12). La borne (12) est reliée à un générateur de signaux de commande (13) qui est un circuit complexe recevant des signaux de temps, etc., de la pompe à carbu- rant associée de manière que le signal de commande soit généré au moment correct et pendant une période de temps appropriée à la quantité de carburant qui doit être envo- yée au moteur associé. A divers endroits du schéma électrique de la figure 1 sont indiquées des références de tension (Vl à V6), qui correspondent aux courbes de la figure 2. En cours de fonctionnement et quand un signal de commande positif est appliqué à la borne (12), le tran- sistor (TR3) est rendu passant et il rend opérante à son tour la boucle de recirculation de courant comprenant la diode (D1) et le transistor (TR2). De plus, pour des raisons qui ressortiront plus loin, un signal apparaît à la sortie de la porte ET (IC4), qui rend le transistor (TRl) passant et le courant commence à circuler dans l'enroulement du solénoide (L3) et dans la résistance détectrice de courant (R3). Le taux d'augmentation du courant dans l'enroulement du solénoïde (L3) dépend de la résistance et de l'inductance du circuit et, quand le courant augmente, il en va de même de la tension dévelop- pée dans la résistance (R3) et de la tension (V6) à la sortie de l'amplificateur (IC5). En un point donné de la courbe montante de courant, l'induit du solénoïde (L3) commence à se déplacer, mais avant que le mouvement soit terminé, le courant passant dans l'enroulement du solé- noide atteint une valeur de crête pour laquelle le tran- sistor (TR1) est rendu non conducteur. Lorsqu'on parvient à ce point, le flux qui décroît dans le noyau magnétique du dispositif électromagnétique induit une tension inverse qui, de son côté, amène le courant à passer par la boucle de recirculation du courant. Le courant est autorisé à décroître pendant une courte période, puis le transistor (TR1) est à nouveau rendu actif. Le courant recommence à monter jusqu'à sa valeur de crête et le processus se répète aussi longtemps au moins que cela est nécessaire pour que l'induit parvienne à sa position de fonctionne- ment définitive. On décrira maintenant le mécanisme au moyen duquel on obtient ce résultat. Ignorant pour le moment le circuit monostable (IC1), le transistor (TR4) et la résistance (R12). la sortie du comparateur (IC2) est normalement à l'état haut, mais lors- que la tension (V6) à la sortie de l'amplificateur (IC5) augmente, un point auquel elle est égale à la tension de référence établie par les résistances (R10) et (Rll) est atteint. En ce point, la sortie du comparateur (IC2) passe à un niveau bas, ce qui amène la sortie de la porte ET (IC4) à baisser et à bloquer le transistor (TR1). Le com- parateur (IC2) est maintenu dans cet état sous l'action du circuit monostable (IC3) qui est déclenché par le bord devenant négatif du signal de sortie du comparateur et maintient, au moyen de la diode (D3) et de la résistance (R9), une tension de verrouillage à l'entrée du compara- teur, qui est supérieure à la tension de référence. Le transistor (TR1) est donc maintenu bloqué jusqu'à ce que la période de temps du circuit monostable (IC3). montrée en (Tf) à la figure 2, se soit écoulée. Lorsque la tension de verrouillage est éliminée, la sortie du comparateur recommence à monter, ce qui amène le transistor (TR1) à être rendu passant, et le processus se répète. Le circuit monostable (ICl) fonctionne pour déter- miner la durée pendant laquelle le courant passant dans l'enroulement du solénoïde (L3) est cyclé jusqu'à ce qu'il atteigne la valeur de crête. Le circuit monostable (ICl) est déclenché par le signal de commande appliqué à la borne (12) et sa sortie évite la conduction du transistor (TR4), ce qui fait que la tension de référence monte. A la fin de cette période de temps, le transistor (TR4) est rendu passant, plaçant la résistance (R12) en parallèle avec la résistance (Rll) et réduisant la tension de référence appliquée au comparateur (IC2). L'effet pratique est que le courant passant dans l'enroulement du solénoïde tombe à un niveau de maintien, et qu'à ce niveau le circuit mo- nostable (IC3) agit à nouveau de manière à rendre passant et à bloquer le transistor (TR1) de la manière décrite ci-dessus de façon que -le courant de maintien monte et baisse avec la valeur de crête désignée par (Ih) à la figure 2. Pendant la période au cours de laquelle le cou- rant passant dans l'enroulement du solénoïde (L3) tombe au niveau de maintien, le transistor (TR1) est rendu pas- sant et bloqué et on observera la présence de très petites impulsions du courant. Ceci vient du fait qu'à la fin de la période de temps du monostable (IC3), la sortie du com- parateur monte et rend le transistor (TR1) passant. Le courant qui passe dans le solénoïde commence à monter et la tension de sortie de l'amplificateur (IC5) monte à une valeur dépassant la tension de référence inférieure qui est appliquée au comparateur, cette dernière agissant alors de façon à bloquer le transistor (TR1). Les impulsions du courant sont de courte durée et l'on peut négliger la con- sommation de puissance. Le courant passant par l'enroulement du solénoïde (L3) peut être ramené à zéro en un point quelconque du cycle en éliminant le signal de commande. L'élimination du signal de commande signifie que la sortie de la porte ET (IC4) passe à un niveau bas, ce qui bloque le transis- tor (TR1). De plus, le transistor (TR3) est rendu non con- ducteur, ce qui fait que la boucle de recirculation du courant n'est plus opérante. Lorsque le flux passant dans le noyau du dispositif électromagnétique tombe, une tension est induite dans le solénoide (L3), qui fait monter la tension au drain du transistor (TR1) jusqu'à une valeur dépassant la valeur de la tension à la borne (10), et éven- tuellement à une tension suffisante pour provoquer l'arrêt de fonctionnement de la diode Zener (D2). En ce point, le courant qui passe par la diode (D2) rend le transistor 255921 1 (TR1) passant, et verrouille ainsi la tension (V2). Le courant qui passe dans le solénoïde tombe donc très rapidement à zéro. Lorsque le courant se réduit, il en va de même de la tension (V2) et du courant qui passe dans la diode (D2). Lorsque la tension tombe au-dessous de la tension d'arrêt de fonctionnement; le courant cesse de passer par la diode (D2) et le transistor (TR1) est bloqué. On notera que le circuit monostable (IC1) comprend une connexion avec la borne d'alimentation (10). Ceci permet d'être certain que la période du monostable varie avec la tension d'alimentation, pour compenser le taux d'augmentation du courant dans le solénoïde (L3) à mesure que la tension d'alimentation augmente. En particulier, cet ajustement de la période permet d'être certain que pour des faibles tensions d'alimentation, le courant pas- sant dans le solénoïde n'est pas réduit au niveau de main- tien avant que l'induit ait atteint sa position de fonc- tionnement. On notera en relation avec le circuit monos- table (IC3) que sa période (Tf) est constante, donc que la période de "blocage" du transistor (TR1) est constante. L'emploi de transistors à effet de champ permet d'utiliser des courants de niveaux très élevés, mais il faut dans le même temps disposer d'une tension élevée pour l'excitation. C'est la raison pour laquelle une alimentation (14) est associée à la porte ET (IC4). Selon une variante, la porte ET peut être de conception plus classique et alimenter une série d'inverseurs reliés en parallèle et alimentés par l'alimentation (14), avec un agencement inverseur de signaux monté entre la porte ET et les inverseurs reliés en parallèle. Du fait des courants élevés qui sont possibles avec le circuit décrit et des vitesses de commutation élevées permises par l'utilisation des transistors à effet de champ, on prévoit un filtre de type "T" comprenant les bobines d'arrêt (Ll) et (L2) et un condensateur (Cl). Un autre condensateur (C2) est également nécessaire pour 25592 1 1 éviter les inductances de ligne et de filtre qui engendrent des tensions élevées lorsque le transistor (TR1) est coupé. 255 9 2 1 1 REVENDICATIONS 1. Circuit d'excitation destiné à la commande du courant circulant dans le solénoide (L3) d'un dispositif électromagnétique en réponse à un signal de commande, caractérisé en ce qu'il comprend des première et seconde bornes (10, 11) destinées à la liaison avec une alimenta- tion en courant continu, une extrémité du solénoïde (L3) étant reliée à l'une desdites bornes d'alimentation (10), un premier interrupteur à semi-conducteur (TR1) qui déter- mine un parcours pour le courant du solénoide (L3) et qui est branché en série entre l'autre extrémité du solénoide (L3) et une extrémité d'une résistance détectrice de cou- rant (R3) dont l'autre extrémité est reliée à l'autre borne d'alimentation (11), une boucle de recirculation du courant comprenant une diode (D1) et un second inter- rupteur à semi-conducteur (TR2) monté en parallèle avec le solénoide (L3), une borne d'entrée de signal de com-. mande (12), des moyens d'excitation (TR3) pour le second interrupteur à semi-conducteur (TR2), ces moyens d'exci- tation (TR3) étant reliés à la borne d'entrée de signal de commande (12), la boucle de recirculation du courant (D1,TR2) étant rendue opérante lorsque le signal de com- mande est appliqué à ladite borne d'entrée (12), un com- parateur (IC2), des premiers moyens (R4 à R8, IC5) pour appliquer un signal de tension à une borne d'entrée du comparateur (IC2) en fonction de l'amplitude du courant passant par la résistance de détection (R3), des seconds moyens (R10, Rll) pour engendrer une tension de référence (V5) qui est appliquée à la seconde borne d'entrée du comparateur (IC2), une porte ET (IC4) dont la sortie est utilisée pour rendre conducteur le parcours de courant du solénoide (L3) déterminé par le premier interrupteur à semi-conducteur (TR1), une entrée de la porte ET (IC4) étant reliée à la borne d'entrée de signal de commande (12) et l'autre entrée à la sortie du comparateur (IC2), un premier circuit monostable (ICi) sensible au signal de commande, la sortie de ce circuit monostable ayant pour 25592 1 1 fonction de modifier la tension de référence (V7) envoyée au comparateur (IC2) après une durée prédéterminée suivant la réception du signal de commande, et un second circuit monostable (IC3) sensible à la sortie du comparateur (IC2), la sortie de ce dernier circuit étant reliée à une entrée du comparateur (IC2), le résultat étant que le courant circulant dans le solénoïde (L3) monte à une valeur de crête qui est déterminée par une première valeur de la tension de référence et commute ensuite à une fréquence prédéterminée par le second circuit monostable (IC3), l'intensité du courant dans le solénoide (L3) étant rédui- te à une valeur de maintien de crête (Ih) après ladite durée prédéterminée, la valeur de maintien de crête (Ih) du courant étant déterminée par une seconde valeur de la tension de référence, le courant étant ensuite commuté sous l'action du second circuit monostable (IC3). 2. Circuit d'excitation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la période (Tf) du second circuit monostable (IC3) est constante. 3. Circuit d'excitation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit premier circuit monostable (IC1) est sensible au niveau de l'alimentation en courant continu, la période du premier circuit monostable (ICi) variant avec le niveau de l'alimentation en courant con- tinu. 4. Circuit d'excitation selon la revendication 3, caractérisé en ce que la période du premier circuit monos- table (IC) augmente à mesure que le niveau de l'alimen- tation en courant continu diminue. 5. Circuit d'excitation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens sensibles à la tension (D2) et répondant à la tension (V2) à l'autre extrémité dudit solénoïde (L3) et permettant de rendre conducteur ledit premier interrupteur à semi-conducteur (TR1) quand ladite boucle de recirculation du courant (TR2, D1) ne fonctionne pas. 6. Circuit d'excitation selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens sensibles à la ten- sion comprennent une diode Zener (D2). 7. Circuit d'excitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits pre- mier et second interrupteurs à semi-conducteur sont des transistors à effet de champ (TR1, TR2). 8. Circuit d'excitation selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre de type "T" (Ll, L2, Cl) par lequel passe le courant qui circule dans lesdits parcours de courant du solénoïde (L3).