Brevet FR2558654A1 — publié le 19850726

CIRCUIT DE TEMPORISATION ELECTRONIQUE A PROTECTION CONTRE LES INTERRUPTIONS D'ALIMENTATION, UTILISABLE POUR DES RELAIS La présente invention concerne un circuit de temporisation électronique à protection contre les interruptions d'alimentation. L'utilisation de ce circuit est plus particulièrement envisagée pour des relais temporisés. Il est connu par le brevet français principal 80.01328 du 22.01.1980, publié sous le nO 2 474 247 et par sa première addition 81 06770 du 3.04.1981 publiée sous le nO 2 503 491, un circuit de temporisation électronique constitué par un temporisateur principal pour effectuer un comptage de temps T, ou cycle de temporisation dès qu'il reçoit une tension d'alimentation, et pour délivrer un signal de commande dès qu'il a acheve le comptage. La durée du cycle est réglable.Le signal de commande est destiné a' un circuit d'utilisation pour l'alimenter par la tension d'alimentation, soit dès la fin du cycle T selon le mode dit "à l'action", soit dès le début du cycle et seulement pendant sa durée T selon le mode dit "au relâchement'l. La protection contre les interruptions d'alimentation est assu rée par des moyens annexes d'alimentation et temporisation grou pant une alimentation de secours qui se substitue automatiquement à l'alimentation normale en cas d'interruption de celle-ci, et un temporisateur auxiliaire du type à relâchement qui contrôle le fonctionnement du temporisateur principal. En appelant Tc la durée du cycle de comptage du temporisateur auxiliaire, celui-ci com mande le temporisateur principal en sorte de préserver son fonction nement pour autant que la coupure d'alimentation reste inférieure à la durée Tc, et pour arrêter ce fonctionnement dans le cas contraire. Par fonctionnement on entend soit la poursuite du comptage, soit le maintien de l'état de la sortie de commande du temporisateur principal, selon que l'interruption d'alimentation a lieu pendant le cycle Tc, ou après.Etant donné les divers paramètres à considérer, en particulier les dérives thermiques, la durée Tc de relâchement du temporisateur auxiliaire varie dans une certaine plage, connue a priori, et l'on peut définir ses deux limites T1 et T2 telles que les coupures dites de courte durée, c'est à-dire inférieures ou égales à T1, n'influent pas sur le fonctionnement du temporisateur principal et donc du circuit d'utilisation, tandis que les coupures dites de longues durée, ctest-à-dire supérieures ou égales à T2, provoquent la remise aux conditions initiales du montage. La plage d'incertitude Tl-T2 doit être aussi réduite que possible pour conférer au circuit de temporisation des caractéristiques de fiabilité et de qualité. Dans ces réalisations, la source d'alimentation de substitution est constituée par une batterie continue ou par une capacité réservoir. Dans le cas d'un relais et en particulier pour un modèle miniaturisé la solution à capacité llemporte pour satisfaire aux conditions généralement imposées d'encombrement et de poids. Le temporisateur auxiliaire peut être réalisé en circuit numérique intégré avec un compteur maître alimenté pendant la coupure par le condensateur réservoir et qui commande un compteur esclave constituant le temporisateur principal. Après un comptage de durée Tc, le compteur maître réinitialise le compteur esclave. Ces réalisations à circuits numériques intégrés de comptage permettent d'obtenir des temporisations précises et ajustables dans une large gamme, tout en étant soumises à des variations thermiques importantes. Cependant, pour une plage de température allant de -55 C à +125 C, il est difficile de descendre au-dessous de quelques secondes pour la durée T de comptage avec une précision limitée à + 5%. Par contre, le réglage de la temporisation T pour de grandes durées peut atteindre plusieurs centaines de secondes sans inconvénient avec une bonne précision. Dans ce genre de montage, il y a lieu en effet de remarquer que, plus la consommation à assurer est élevée et plus le condensateur utilisé comme alimentation tampon devra présenter une capacité élevée, ce qui entratne d'une part, un accroissement de volume qui peut devenir prohibitif pour certaines applications et d'autre part, une durée plus longue de sa charge ce qui n'est guere compatible avec des temporisations faibles et précises. De plus, le montage du condensateur tampon en parallèle directement entre les bornes d'alimentation du circuit intégré retarde le moment ou la temporisation correspondante démarre le comptage. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients et limitations en apportant des perfectionnements à ces circuits de temporisation de manière à encore accroître les caractéristiques de fonctionnement et les performances. I1 faut en effet considérer que des circuits temporisés, en particulier des relais électroniques, doivent être conçus pour pouvoir être utilisés dans des conditions de plus en plus sévères d'environnements qui les soumettent à des contraintes mécaniques (vibrations, chocs), des contraintes climatiques (variations de température, d'humidité), des contraintes électriques (signaux parasites, alimentations perturbées par des variations d'amplitude, des coupures, des fronts de montée lents ..). C'est le cas en particulier pour des matériels aéroportés. Si les difficultés liées aux contraintes mécaniques et climatiques peuvent être résolues en prenant des précautions d'assemblage et en choississant des composants adéquats, en revanche les contraintes électriques posent des problèmes qui ne connaissent leur solution que par une conception originale de la temporisation. La solution proposée selon l'invention permet de faire face à ces contraintes, notamment: - Assurer une temporisation plus précise. - Fonctionner: dans une gamme de température-550C à +1250C, dans une gamme d'alimentation continue 9V à 55V et quelle que soit la vitesse de montée de l'alimentation. - Etre protégé contre les coupures d'alimentation. - Etre exécutable sous un faible volume et un faible poids. Dans le cas d'un relais temporisé miniaturisé, I'invention en permet une exécution sous un volume deux fois plus faible que celui résultant des techniques précitées, par exemple, + pouce cube au lieu de 1 pouce cube. De plus, le relais peut fonctionner quel que soit le temps de montée de l'alimentation, celle-ci pouvant donc être une alimentation à rampe, ou en escalier. En outre, la précision atteint aisément +1% dans une large plage de variation de la durée T réglable de la temporisation, les temporisations de faibles valeurs pouvant être inférieures à 0,2 seconde. Selon l'invention, il est proposé de réaliser un circuit de temporisation électronique à protection contre les interrruptions d'alimentation, comprenant : un temporisateur principal pour effectuer un comptage de temps sur réception d'une tension d'alimentation et d'un signal de commande, et commander l'alimentation d'un circuit d'utilisation à la fin du comptage ; et des moyens auxiliaires d'alimentation et de temporisation pour commander le temporisateur principal en cas de coupure d'alimentation en préservant son fontionnement ou en l'arrêtant selon que la durée de la coupure est inférieure ou supérieure à une valeur Tc susceptible de varier dans une plage (T2-T1) prédéterminée, lesdits moyens incluant une alimentation de secours automatiquement branchée en cas de coupure, et un temporisateur auxiliaire à relâchement ayant ladite durée Tc, caractérisé en ce que le temporisateur auxiliaire comporte un circuit bistable commandé à partir d'un certain seuil pour produire ledit signal de commande, et un premier circuit resistance-capacité alimenté par la tension d'alimentation et dont la décharge en cas de coupure est utilisée pour commander ledit bistable. Les particularités et avantages de la présente invention vont maintenant être mises en évidence à l'aide de la description qui suit donnée à titre d'exemple à l'aide des figures annexées qui représentent: - Fig.l, un diagramme général d'un circuit de temporisation électronique conforme à la présente invention - Fig.2, un exemple de réalisation d'un circuit de temporisation électronique conforme à l'invention; - Fig.3, des formes d'ondes relatives à un circuit de temporisation électronique selon la Fig.2; - Fig.4, des formes d'ondes relatives à un circuit de temporisation électronique selon la Fig.l ou 2. En se reportant à la Fig.l on distingue les bornes d'entrées El, E2 recevant la tension d'alimentation continue Va transmise au circuit de temporisation et au circuit d'utilisation CU. Celui-ci comporte principalement le circuit de charge d'impédance Zc connecté entre les bornes de sortie S1 et S2 et un circuit d'interface CI. Le circuit de temporisation comporte le temporisateur principal TP, une alimentation de secours AS et un temporisateur auxiliaire TA. Le temporisateur principal TP comporte une borne d'alimentation BA pour recevoir une tension d'alimentation VT, une borne de commande BC pour recevoir un signal de commande SC du temporisateur auxiliaire et une borne de sortie BS pour commander par un signal de transition ST l'alimentation du circuit d'utilisation. LBtili- mentation VT est constitué par la source Va en fonctionnement normal et par la source auxiliaire AS lors d'une coupure; le circuit AS utilise à cette fin une capacité réservoir Cl chargée à partir de la tension Va avec une certaine constante de temps. Le temporisateur auxiliaire TA est du type à relâchement avec une durée Tc prédéterminée ; il reçoit de même que le temporisateur principal l'alimentation VT.Sur réception de l'alimentation en BA et avec un signal de commande de niveau approprié appliqué en BC, le temporisateur principal TP est remis à zéro et demarre son cycle de comptage de durée T préprogrammée ; à la fin du cycle la sortie ST change de valeur instantanément pour commander via le circuit Cl l'application de l'alimentation au circuit ZC d'utilisation dans le cas d'un montage à l'action, ou pour commander la fin d'alimentation de Zc dans le cas d'un montage à relâchement. En fait, la tension Vu d'utilisation qui doit être produite entre S1 et S2 peut être différente de Va et le circuit d'interface CI est utilisé pour refermer le circuit d'alimentation de Zc et produire le niveau Vu désire. Selon lqnvention, le temporisateur auxiliaire TA comporte un circuit bistable CB commandé à partir d'un certain seuil Vs pour produire le signal de commande SC du temporisateur principal TP, et un circuit resistance-capacité alimenté par la tension Va d'alimentation et dont la décharge de la capacité C2 en cas de coupure de l'alimentation Va est utilisée pour commander le bistable. La constante de temps de décharge est déterminée pour atteindre la valeur de seuil Vs au bout de la durée Tc ce qui change l'état du circuit bistable et produit d'une part, une transition du signal SC et d'autre part, la décharge du condensateur tampon C1 de manière à ce que les entrées BA et BC du temporisateur principal se retrouvent placées à l'état initial. Suivant la réalisation Fig.2, un circuit compteur intégré M1, par exemple MC 14 541 de MOTOROLA, constitue avec les résis- tances R6 à R8 et le condensateur C3 le temporisateur principal TP. L'élément ajustable R6 permet de régler la durée T du comptage. En outre, un interrupteur Il permet de sélectionner le mode de fonctionnement à l'action A ou au relâchement R envisagé pour l'utili- sation. La sortie ST en 8 est transmise à travers une résistance R9 au circuit d'interface constitué par un transistor Q2 fonctionnant en interrupteur selon l'état du signal ST pour fermer ou ouvrir la connexion allant de S2 au potentiel O volt de référence, la borne E2 étant connectée à la masse. On considère la charge constituée par la bobine d'un relais électromagnétique K ; la diode CRS aux bornes assure une protection contre les surtensions dues à la charge selfique de la bobine. Côté entrée, la diode CR1 assure la protection contre des inversions accidentelles de polarité et contre des surtensions parasites négatives, la résistance R1 limite le débit de la source Va et la diode Zener CR2 permet d'obtenir une tension stable déterminée VZ à ses bornes. C'est cette tension qui est appliquée aux moyens auxiliaires MA d'alimentation et de temporisation et au temporisateur principal TP. L'ensemble MA comporte un premier condensateur réser voir Ct chargé par VZ à travers la résistance R3 et à travers la diode CR3 jouant le rôle de clapet anti-retour. La tension VZ constitue la tension VT qui est appliquée également, en aval de CR3, à la borne d'alimentation 14 de M1 et au circuit bistable constitué par un transistor à effet de champ Ql et la résistance R5. En amont -de la diode CR3, la tension VZ est appliquée d'une part, au deuxième condensateur réservoir C2 en série avec la résistance R4 et d'autre part, à la résistance R2.Le point de raccordement C2-R4 est connecté à la grille G du transistor Q1 dont le drain D est alimenté par le potentiel VT à travers la résistance R5 et dont la source S est connectée à la masse. Le fonctionnement du montage est le suivant : les quatre composants passifs R6, R7, R8 et C3 servent à fixer la fréquence des impulsions comptabilisées par le circuit M1 lorsqu'un ordre de comptage lui est appliqué. Le nombre d'impusions comptées avant modification de l'état de la sortie 8 provoque la conduction ou le blocage du transistor Q2. Ceci entraîne l'enclenchement ou le déclenchement du relais K au bout du temps T fixé par le nombre et la période des impulsions comptabililsées selon que la temporisation est du type "à action" ou "à relâchement". Ce mode de fonctionnement est déterminé par le niveau présent à la borne 9 du compteur. Le circuit intégré Ilrll reçoit son énergie entre la borne 14 et 7 et possède deux entrées de commande 5 et 6. Une seule est utilisée dans ce montage, l'autre n"6 est mise au potentiel 0 volt. La manière dont est utilisée la borne 5 a une grande importance vis à vis de I'utilisation attendue et la relier au drain du transistor Q1 est essentiel. Le constructeur du circuit intégré précise que le fait de connecter cette borne 5 au potentiel 0 volt permet au circuit une remise à zéro de ses compteurs et une mise en comptage automatique dès qu'une tension apparaît entre 14 et 17 à condition qu'elle soit supérieure à 6 volts.Cependant, le fait de connecter cette broche au potentiel 0 volt en permanence a pour conséquence une consommation plus élevée du circuit surtout à haute température or la consommation est un facteur non négligeable vis à vis de la protection contre les coupures d'alimentation. L'immunité aux coupures d'alimentation consiste à conserver l'état du circuit intégré M1 si la coupure est inférieure à une certaine durée T1 et à imposer un nouveau cycle de temporisation si elle est supérieure à une certaine durée T2 (supérieure à TI). Pour assurer ce comportement, il n'est pas possible de compter sur la simple décharge du condensateur tampon Cl qui est étroitement liée à la consommation du circuit intégré M1, laquelle varie beaucoup en fonction de la température et de la fréquence des impulsions comptées par le circuit. Le temporisateur auxiliaire TA mesure la durée de la coupure et si cette dernière est supérieure à la durée de relâchement Tc comprise entre T1 et T2, provoque la décharge de C1 avant d'atteindre la limite T2. Ainsi, lorsque la tension Va réapparaît, le circuit intégré M1 se trouve dans les conditions d'une première mise - sous tension et peut réaliser un nouveau cycle de temporisation. Le fonctionnement du circuit de temporisation dans les différents cas possibles en l'absence, et avec des coupures d'alimentation, sera mieux compris à l'aide des formes d'onde de la Fig.3 qui représentent la tension Va avec une interruption courte Tc I et une interruption longue Tc2, et les variations correspondantes des tensions aux bornes de C1, C2, R4 et le signal de commande SC. En fonctionnement normal, la tension d'alimentation Va est appliquée à Ventrée, écrêtée par la diode Zener CR2 et se trouve immédiatement transmise à travers la diode CR3 à la borne 14 d'alimentation du circuit M1, ainsi qu'aulx extrémités du circuit R3 C1 de charge de la capacité C1. La charge de C1 ne retarde donc pas le démarrage du comptage T par Ml. La diode CR4 en parallèle sur la résistance R3 isole le condensateur C1 de la borne 14 et du circuit bistable R5-Q1. Simultanément la tension d'alimentation se trouve appliquée en amont de la diode CR3 à la résitance R2 et au circuit C2-R4 de charge de la capacité C2.Le seuil Vs de fonctionnement du transistor Q1 est une tension négative de quelques volts. La tension positive qui apparaît aux bornes de R4 dès l'instant initial assure le fonctionnement conducteur de Q1 dont le drain, et par suite la borne 5 de M1, est portée au potentiel O volt. Les conditions voulues sont satisfaites en 14 et 15 pour démarrer le comptage. Après la durée T de comptage, la sortie 8 de Ml change d'état provoquant le basculement du relais K. En supposant maintenant qu'une coupure d'alimentation survienne pendant le comptage, instantanément la diode CR3 se bloque jouant le rôle de valve anti-retour et empêche la décharge du condensateur Cl dans la résistance R3 ainsi que dans le circuit contitué par la résistance R I, le relais K et le transistor Q2. La diode CR4 est par contre débloquée et la décharge du condensateur C1 fournit la tension d'alimentation de secours à la borne 14 de M1 et au circuit R5-Q1. Simultanément, le condensateur C2 commence à se décharger à travers R2 et R4 et une tension négative apparalt aux bornes de R4 qui bloque le transistor Q1. La borne 5 se trouve donc portée au potentiel positif de Cl.Ceci a pour avantage de limiter la consommation de M1 dans un rapport 2 environ sans perturber le comptage T ; en conséquence, la capacité de C1 peut être plus faible et son volume plus réduit. Ensuite, la décharge de C2 fait que le potentiel de la grille G et Q1 devient de moins en moins négatif et atteint la valeur Vs de déblocage de Q1 au bout de la durée Tc. Si la tension Va réapparaît avant que ce seuil Vs soit atteint, la coupure n'aura eu aucune influence sur le fonctionnement du circuit Ml qui aura poursuivi son comptage. Par contre, si la coupure est supérieure à Tc, dès que le seuil de conduction Vs est atteint, la borne 5 est portée à nouveau à O volt et le condensateur Cl se décharge instantanément à travers R5 et le transistor QI. Le circuit M1 n'est plus alimenté et le comptage est arrêté. Des retour de la tension Va on se retrouve placé dans les conditions initiales de fonctionnement, il y a remise automatique à zéro et démarrage d'un nouveau cycle de comptage. Le raisonnement est le même pour des coupures d'alimentation survenant après la fin du cycle T de la temporisation comme le montre les formes d'onde de la Fig.4 qui représentent la tension d'alimentation Va et la tension de sortie Vu pour les deux modes à l'action et au relachement (commande 11), la durée T étant la temporisation décomptée par le compteur numérique TP et réglable par l'utilisateur (ajustage de la résistance R6). Les différentes situations possibles indiquées par les zones A à E correspondent respectivement: au fonctionnement normal en A ; à des coupures de durée inférieure à Tc (par exemple égales à T1), en B après temporisation et en D pendant temporisation; et à des coupures de durée supérieure à Tc (par exemple égales à T2) en C après temporisation et en E pendant temporisation. On suppose par exemple T1 = 300 ms, T2 = 500 ms et Tc = 400 ms. On remarque le rôle important joué par les diodes CR3-CRb et la résistance R3, ce montage permettant une apparition immédiate de la tension d'alimentation aux bornes 14-7 de Ml sans que la charge de C1 ne produise dé retard, d'où un fonctionnement précis pour des temporisation de faibles valeurs. La réalisation du temporisateur auxiliaire avec les éléments Ql, R4, R2, C2 assure un comportement fidèlement reproductible vis-à-vis des coupures d'alimentation car les décharges de C2 et de C1 sont bien controlées. De plus, la consommation de M1 est diminuée pendant les coupures grâce à la liaison de la borne 5 au drain D dont le potentiel est alors celui de C1 ce qui permet de diminuer la valeur et la taille de cette capacité. Enfin, on se rend compte que le montage permet un fonctionnement quelle que soit la vitesse de montée du signal, sachant qu'à partir de 6 volts le circuit M1 commence le comptage. Le circuit peut donc fonctionner sur une rampe de tension, ou sur une variation discontinue, du type en escalier. Le circuit de temporisation décrit est de réalisation simple, compacte et présente de hautes performances. Il autorise des temporisations inférieures à 200 millisecondes avec une précision meilleure que +1% dans une gamme de température allant de -55 C: + 1250C. La temporisation principale est de préférence du type à réponse immédiate correspondant à la description faite, il n'est cependant pas exclu de l'utiliser montée à commande auxiliaire. Parmi les variantes possibles on peut considérer, si l'on dispose de place, de mettre une batterie continue à la place de C1. Dans ce cas, la résistance R3 est supprimée. Le circuit bistable peut aussi être conçu différemment, par exemple en utilisant un comparateur à seuil à sortie numérique mais on ne bénéficie pas par ce montage du potentiel positif en 5, lors de la décharge de Cl, qui permet de réduire la consommation de M1. L'invention assure les comportements décrits en permettant de réduire l'écart entre T 1 et T2, cet écart étant normalement le siège d'une incertitude sur le comportement. La différence T2 - To peut' être ajustée très petite, ne dépendant que de la précision et de la stabilité des composants mis en oeuvre. De plus, une suite infinie de coupures successives peut être appliquée, à condition que les intervalles de temps entre deux coupures successives soient au moins égaux à la durée de la coupure, les comportements décrits ci-dessus sont encore assurés. REVENDICATIONS 1. Circuit de temporisation électronique à protection contre les interruptions d'alimentation, comprenant : un temporisateur principal pour effectuer un comptage de temps sur réception d'une tension d'alimentation et d'un signal de commande, et commander l'alimentation d'un circuit d'utilisation à la fin du comptage ; et des moyens auxiliaires d'alimentation et de temporisation pour commander le temporisateur principal en cas de coupure d'alimentation en préservant son fonctionnement ou en l'arrêtant selon que la durée de la coupure est inférieure ou supérieure à une valeur Tc susceptiblé de varier dans une plage (T2-T1) prédéterminée, lesdits moyens incluant une alimentation de secours automatiquement branchée en cas de coupure, et un temporisateur auxiliaire à relâchement ayant ladite durée Tc, caractérisé en ce que le temporisateur auxiliaire (TA) comporte un circuit bistable (BS) commandé à partir d'un certain seuil (Vs) pour produire ledit signal de commande (SC), et un premier circuit résistance-capacité (R4-C2-R2) alimenté par la tension d'alimentation et dont la décharge en cas de coupure est utilisée pour commander ledit bistable. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit circuit RC comporte un condensateur (C2) en série avec une première résistance (R4) et en parallèle sur cet ensemble une deuxième résistance (R2), ledit circuit bistable étant commandé par la tension aux bornes de la première résistance. 3. Circuit selon là revendication 2, caractérisé en ce que le circuit bistable est constitué par un transistor à effet de champ Ql recevant la tension d'alimentation à travers une troisième résistance (R5) connectée au drain (D) et ladite tension de commande (SC) entre grille (G) et source (S). 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que le drain est connecté à une borne de commande (5) du temporisateur principal (TP) constitué par un circuit numérique intégré et que l'accroissement de potentiel sur cette borne en cas de coupure entraîne une réduction de la consommation du circuit intégré. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1-4, caractérisé en ce que l'alimentation de secours est constituée par une batterie ou par un deuxième circuit RC (R3, C1) alimenté par la tension d'alimentation à travers une diode de protection (CR3) jouant le rôle en série avec une capacité (C1) et une diode (CRt) montée en parallèle sur la résistance et de sens bloquant vis-à-vis de la tension d'alimentation. 6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tension d'alimentation est appliquée audit premier circuit RC disposé en amont de ladite valve (CR3) et, en aval de celleoci audit deuxième circuit (R3,C1, CR4), puis au circuit bistable (BS,Qi) et ensuite au temporisateur principal (14,TP), en sorte que le comptage démarre dès application de l'alimentation. 7. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1a, caractérisé en ce que la tension d'alimentation est appliquée à ltentrée à une diode (CR1) de protection contre les inversions de polarité et les sur tensions parasites négatives, en série avec un circuit stabilisateur à résistance (R1) et à diode Zener (CR2). 8. Circuit selon la revendication 7, utilisé pour temporlser un relais électromagnétique, caractérisé en ce que la bobine du relais (K) est connectée en parallèle avec une diode de protection (cor5) contre les surtensions selfiques entre deux bornes de sortie (SI ,S2) recevant la tension d'alimentation à travers un circuit interface (IC) commandé par la sortie (8,SC) du temporisateur principal. 9. Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit d'interface est un transistor (Q2) fonctionnant par tout ou rien pour commuter l'alimentation sur la charge dans les conditions de fonctionnement à l'action ou au relâchement prévues.