Brevet FR2549253A1 — publié le 19850118

La présente invention concerne un circuit électronique de commande d'installation de chauffage électrique à accumulation en fonction de la température extérieure à simple pente. Dans les installations de chauffage électrique intégré de pavillon, on accumule de la chaleur dans la dalle, pendant les heures dites "creuses". A cet effet, on utilise un circuit de commande qui fait délivrer la puissance installée pendant des intervalles de temps périodiques dont la durée est modulée en fonction de la différence entre une température de consigne et la température extérieure. Plus l'écart entre ces deux températures est grande, plus les intervalles sont longs. En pratique, on définit un écart de température maximal, au-delà duquel les intervalles de temps recouvrent la totalité de la période. Le rapport de la différence de température mesurée et de cet écart maximal détermine la durée des intervalles en pourcentage de la période. La température de la dalle ne devant pas dépasser un seuil prédéterminé, les circuits de commande doivent interdire toute fourniture de chaleur par la dalle dès que ce seuil de température est atteint. Le circuit électronique de commande, objet de la présente invention, est destiné à fonctionner comme il indiqué ci-dessus. I1 se distingue des circuits de la technique antérieure par sa structure simplifiée qui se traduit notamment par un faible nombre de composants et de circuits intégrés ce qui permet de réduire le nombre de cartes de circuits imprimés et donc le coût. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un circuit comportant un circuit de calcul du rapport entre, d'une part, l'écart réel entre la température de consigne et la température extérieure et, d'autre part, un écart prédéterminé de température, un circuit de comparaison entre la valeur délivrée par le circuit de calcul et la valeur d'une tension délivrée par un générateur de tension en dents de scie à simple pente, et un circuit de commutation commandé par le circuit de comparaison. Suivant une autre caractéristique, le circuit de comparaison a deux états qui sont commandés par un circuit limiteur de la température de dalle de béton dans laquelle sont noyés les câbles électriques de chauffage. Suivant une autre caractéristique, le générateur de dents de scie est à fréquence réglable. Suivant une autre caractéristique, le circuit de calcul est constitué par un amplificateur opérationnel à contre-réaction dont une entrée est reliée à un circuit résistif délivrant une tension proportionnelle à la différence entre une première température de consigne et la température extérieure et dont l'autre entrée est reliée à un potentiomètre permettant de régler le gain de l'amplificateur bouclé proportionnellement à l'inverse de l'écart maximal. Suivant une autre caractéristique, le générateur de tension en dents de scie est un oscillateur qui alimente un compteur cyclique dont les sorties sont reliées à un réseau de résistances en parallèle dont le point commun délivre la tension variable. Suivant une autre caractéristique, le circuit de comparaison est constitué de deux amplificateurs différentiels en cascade, les entrées du premier étant respectivement reliées aux sorties du circuit de calcul et du générateur de tension en dents de scie et dont une entrée du second est reliée à la sortie du premier et à la sortie du circuit limiteur de température. Suivant une autre caractéristique, le circuit limiteur de température est consitué par un amplificateur différentiel à une entrée duquel est appliquée une tension proportionnelle à la température de la dalle et à l'autre entrée duquel est appliquée une tension proportionnelle à la température de consigne. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparattront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est un bloc-diagramme d'un circuit de régulation suivant l'invention, la Fig. 2 est un schéma du circuit de calcul, la Fig. 3 est un schéma du circuit de comparaison, la Fig. 4 est un schéma du générateur de dents de scie, la Fig. 5 est un schéma du circuit de commutation, la Fig. 6 est un schéma du circuit limiteur, et la Fig. 7 est le schéma d'un circuit diviseur de tension. Le circuit de régulation de la Fig. 1 comprend une circuit de calcul 1, un circuit de comparaison 2, un circuit générateur de dents de scie 3, un circuit de commutation 4, un circuit limiteur de température 5, un circuit générateur de tension 6 et un circuit d'alimentation 7. Le circuit d'alimentation 7 est alimenté par le secteur et fourni une tension continue de 5 V. Le circuit 7 est classique et ne sera pas décrit en détail. Le circuit générateur de tension 6 est en pratique un diviseur de tension à résistances monté entre le + 5 V et la masse et qui comporte trois sorties V1, V2 et V3. Le circuit de calcul 1 a deux entrées de tensions de références V1 et V2 qui sont reliées aux sorties du générateur 7 qui portent les mêmes références. De plus, il comporte une entrée Vex qui est reliée à la sonde de température extérieure Sex. La sortie du circuit de calcul 1 est reliée à une première entrée Al du comparateur 2. Le générateur de dents de scie 3 a sa sortie reliée à la seconde entrée A2 du comparateur 2. I1 délivre une dent de scie à simple pente de période 10 mn et variant entre une valeur minimale de 0,5 V et une valeur maximale de 3 V. En pratique, comme on le verra par la suite, la variation de la tension délivrée par la générateur 3 n'est pas rigoureusement linéaire, mais croît palier par palier, la variation comprenant 64 paliers si bien que la courbe de variation peut etre assimilée à une droite. Le circuit de comparaison 2 compare les tensions appliquées à ses entrées Al et A2 et, quand la première dépasse la seconde, il délivre un signal de sortie au circuit de commutation 4 qui passe à l'état de travail en provoquant l'alimentation des câbles chauffants. Quand son entrée de commande Ac, reliée à la sortie du circuit limiteur 5, est à l'état "1", la sortie du comparateur est forcée à l'état de repos qui, par l'intermédiaire du circuit de commutation 4, interdit l'alimentation des câbles, quelle que soit la température extérieure mesurée par la sonde Sex. Le circuit de commutation 4 est un amplificateur de puissance capable d'alimenter la bobine d'un relais de commande des contacteurs du réseau de câbles. Le circuit limiteur 5 est un comparateur dont une entrée V3 est reliée à la sortie du meme nom du générateur de tension 6 et une autre entrée Vol est reliée à une sonde Sol qui mesure la température du sol chauffé par les câbles. Le générateur de tension 6, Fig. 7, comprend un diviseur de tension constitué par la résistance R1, le potentiomètre P1 et les résistances R2 à R5 montés en série entre la source +5 V et la masse. Le potentiomètre P1 a son curseur relié au point commun à R1 et P1. Sur la résistance R2, est monté en parallèle un potentiomètre P2 dont le curseur est relié à la sortie V3. Sur la résistance R4, est monté en parallèle un potentiomètre P3 dont le curseur est relié à la sortie V2. Le point commun aux résistances R4 et R5 est relié à la sortie V1. Les valeurs des résistances R1 à R5 sont respectivement de 715, 29,4, 9,31, 7,5 et 100 ohms. Le réglage du curseur du potentiomètre P1 est tel qu'il présente en série environ 100 ohms. Les valeurs des potentiomètres P2 et P3 sont de 1 kilohm. Dans ces conditions, le courant passant dans le diviseur est d'environ 5,3 mA ce qui entrasse un potentiel de 0,530 V au point de jonction de R4 et R5, à une potentiel de 0,570 V au point de jonction de R3 et R4, à un potentiel de 0,619 V au point de jonction de R2 et R3 et à un potentiel de 0,769 V au point de jonction de P1 et R2. En pratique, le potentiomé- tre P1 permet d'ajuster le courant dans le diviseur à la valeur indiquée ci-dessus. Le potentiomètre P2 sert à régler la valeur de consigne de la température dans la dalle de béton. Les valeurs de consigne maximale et minimale sont, par exemple, de 400 C et 250 C suivant que le potentiel sur le curseur de P2 est de 0,619 V ou de 0,769 V. Le potentiomètre P3 sert à régler la valeur de consigne de la température extérieure. Les valeurs de consigne maximale et minimale sont, par exemple, de 140 C et 100 C suivant que le potentiel sur le curseur de P3 est de 0,570 V ou de 0,530 V. La sortie V1, reliée au point commun à R4 et R5, délivre un potentiel de 0,530 V. Dans le circuit de calcul 1, l'entrée V1 est reliée par une résistance R6 au premier point de jonction entre un potentiomètre P4 et une résistance R7 montée en parallèle. Le curseur du potentiomètre P4 est relié à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel AMP1 dont la sortie est reliée par une résistance R8 au second point de jonction de P4 et R7. L'entrée Vex est reliée au point de jonction de deux résistances R9 et R10 montées en série entre la source +5 V et la masse. Le point de jonction de R9 et R10 est relié par une résistance Rîl à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel AMP1. L'entrée V2 est reliée par une résistance R12 à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur AMP1, laquelle est également reliée à la masse par un condensateur C1. Les valeurs des résistances R9 à R12 sont respectivement de 7,87, 1,96, 100 et 100 kilohms. La thermistance constituant la sonde Sex a une résistance moyenne de 1 Kilohm à 250 C et a une pente négative de 10 mV/OC. Etant donné que les résistances R11 et R12 sont égales, le potentiel appliqué à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur AMP1 est égal à la demi-somme des tensions sur le curseur du potentiomètre P3 et au point de jonction de R9 et R10, c'est à dire proportionnelle à la demi-somme de la température de consigne et de la température extérieure. En pratique, le potentiel appliqué sur l'entrée non inverseuse de l'amplificateur AMP1 augmente de 5 mV quand la température extérieure diminue de 10 C. Les valeurs des résistances R6 à R8 et du potentiomètre P4 sont respectivement de 1,24, 1,78, 100 et 22 kilohms. Le potentiomètre P4 sert à régler la valeur dT de l'écart type de température entre la température de consigne et la température extérieure. En pratique, le potentiomètre P4 sert à régler la valeur de la résistance du circuit de réaction entre la sortie de l'amplificateur AMP1 et son entrée inverseuse de manière que le gain bouclé de l'amplificateur soit proportionnel à l/dT. Dans ces conditions, le signal de sortie de l'amplificateur AMP1 est proportionnel à (T cons - Tex)/dT. Le circuit de comparaison 2 a son entrée Al reliée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel AMP2 dont la sortie est reliée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel AMP3 par une résistance R24. La sortie de l'amplificateur AMP3 est, d'une part, reliée à son entrée non inverseuse par une résistance R25 et, d'autre part, à l'entrée inverseuse de l'amplificateur AMP2 par une résistance R26. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur AMP2 est encore reliée au point commun à deux résistances R27 et R28 montées en série entre la source de potentiel et la nasse. Son entrée inverseuse est, de plus, reliée à l'entrée A3, ainsi qu'à la masse par un condensateur de découplage C3. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur AMP2 est reliée l'entrée A2 à laquelle est appliquée le signal en dents de scie engendré par le générateur 6. Les deux amplificateurs AMP2 et AMP3 sont montés en comparateur en boucle fermée de manière à avoir des tensions de basculement différentes, c'est à dire à créer l'hystérésis classique des thermostats. L'amplificateur AMP2 compare la tension mesurée par le circuit 1 et appliquée en Al à la tension en dents de scie appliquée en A2. Quand la tension sur l'entrée Al est supérieure à la tension appliquée à l'entrée A2, la sortie de AMP2 est à l'état "0", dans le cas contraire, elle est à "1". Le comparateur AMP3 transmet en l'inversant le signal appliqué à son entrée inverseuse. Quand la tension sur l'entrée A3 est positive ou à "1", la sortie de l'amplificateur AMP3 est à "0" quelle que soit la tension appliquée à Al Le circuit formé par les résistances R26 à R28 sert à définir les écarts de déclenchement. A titre indicatif, les valeurs des résistances R23 à R23 sont de 10, 100, 750, 100, 100 et 100 kilohms et celle du condensateur C3 de 10 microfarads. Le générateur de tension en dents de scie de la Fig. 4 est constitué par un oscillateur alimentant un compteur numérique OC1 qui sont intégrés dans un boîtier de circuit intégré commercialisé sous la référence "4060". I1 a sa borne "16" reliée à la source d'alimentation et ses bornes "8 et "12" reliées à la masse. Ses bornes "11", "10" et "9" sont respectivement reliées aux premières bornes d'une résistance R21, d'une résistance R22 et d'un condensateur C2 dont les secondes bornes sont reliées ensemble. Les valeurs des résistances R21 et R22 sont de 4,7 et 120 mégohms et celle du condensateur C2 de 0,1 microfarad. Ces composants servent à régler la fréquence du signal appliqué par 1 'oscillateur au compteur cyclique formant OC1. La sortie A2 du générateur est respectivement reliée à ses bornes "16", "5", "4", "6", "14", "13", "15" et l'12" par des résistances R13 à R20 dont les valeurs sont respectivement de 118 kilohms, 1,5 mégohm, 820, 390, 200, 100, 49,9 et 31,6 kilohms. En pratique, le compteur de OC1 met en fonction du compte qu'il a atteint certaines des bornes "5", "43, "6", "14", "13" et "15" à la masse, c'est à dire certaines des résistances R14 à R19. I1 en résulte qu'en fonction du compte atteint par le compteur le potentiel sur A2 varie par petits paliers, lesquels sont assez petits et nombreux pour que l'on puisse considérer qu'ils forment une dent de scie simple variant pratiquement linéairement de 0,5 à 3 V.Le compteur étant cyclique, quand la tension de 3 V est atteinte, elle retombe à 0,5 V au temps élémentaire suivant. Le circuit de commutation 4 est relié à la sortie A4 du circuit de comparaison 2. Son entrée A4 est reliée par une résistance R35 à l'anode d'une diode D1 dont la cathode est reliée à la base d'un transistor T1 du type NPN. L'émetteur du transistor T est à la masse tandis que son collecteur est relié à une borne d'une bobine B de relais dont l'autre borne est reliée à la source d'alimentation, de préférence non régulée. En parallèle sur la bobine B, est classiquement montée une diode D2. Les contacts du relais de la bobine B servent à fermer ou ouvrir le circuit de chauffage. Quand la sortie A4 est à "O", le transistor T est bloqué et aucun courant ne passe dans la bobine B, et vice versa. La résistance de liaison R35 a, par exemple, une valeur de 150 ohms. Dans le circuit limiteur 5, l'entrée V3 est reliée à l'entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel AMP4, par une résistance R29, et l'entrée Vol est reliée à l'entrée inverseuse du même amplificateur par l'intermédiaire d'une résistance R33. L'entrée Vol est encore reliée au point commun à deux résistances R31 et R32 montées en série entre la source de tension et la masse. On rappelle que l'entrée Vol est reliée à la sonde Sol dont l'autre borne est à la masse. La sortie de l'amplificateur AMP4 est reliée a son entrée non inverseuse par une résistance R30. Son entrée inverseuse est reliée à la masse par un condensateur C4. Enfin, la sortie de l'amplicateur AMP4 est reliée à l'anode d'une diode D3 dont la cathode est reliée à l'entrée A3 du comparateur 2, par une résistance R34. A titre d'exemple, les valeurs des résistances R29 à R34 sont respectivement de 10 kilohms, 2,2 mégohms, 2,26 kilohms, 698 ohms, 10 kilohms et 4,7 kilohms. L'amplificateur AMP4 est monté en comparateur bouclé qui délivre un "0" quand la tension appliquée à son entrée inverseuse est moins élevée que sur son entrée inverseuse, c'est à dire quand la température mesurée de la dalle est inférieure à la température de consigne, et vice versa. En pratique, le potentiomètre P2 sert à régler la température de consigne entre 25 et 40C C, par exemple. Quand la sortie de l'amplificateur AMP4 est à "O", la diode D3 évite toute réaction du potentiel de l'entrée inverseuse de l'amplificateur AMP3 sur l'amplificateur AMP4. Quand la sortie de l'amplificateur AMP4 est à "1", son potentiel positif est transmis par la diode D3, ce qui, comme on l'a mentionné plus haut, bloque la sortie de l'amplificateur AMP3 à "0". Dans le générateur de tension en dents de scie 3, on peut prévoir de rendre la fréquence de l'oscillateur OC1 réglable, par exemple en montant en série avec la résistance R22 de 120 Kilohms une résistance réglable. On peut alors faire varier la fréquence des dents de scie délivrées par A2. REVENDICATIONS 1) Circuit électronique de commande de régulation d'installation de chauffage électrique à accumulation en fonction de la température extérieure à simple pente, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de calcul (1) du rapport entre, d'une parut, l'écart réel entre la température de consigne et la température extérieure et, d'autre part, un écart prédéterminé de température, un circuit de comparaison (2) entre la valeur délivrée par le circuit de calcul (1) et la valeur d'une tension délivrée par un générateur de tension en dents de scie (3) à simple pente, et un circuit de commutation (4) commandé par le circuit de comparaison (2). 2) Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de comparaison (2) a deux états qui sont commandés par un circuit limiteur (5) de la température de dalle de béton dans laquelle sont noyés les câbles électriques de chauffage. 3) Circuit suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le générateur de dents de scie (3) est à fréquence réglable. 4) Circuit suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de calcul (1) est constitué par un amplificateur opérationnel à contre-réaction (AMP1) dont une entrée est reliée à un circuit résistif délivrant une tension proportionnelle à la différence entre une première température de consigne et la température extérieure et dont l'autre entrée est reliée à un potentiomètre (P4) permettant de régler le gain de l'amplificateur bouclé proportionnellement à l'inverse de l'écart maximal. 5) Circuit suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le générateur de tension en dents de scie (3) est un oscillateur qui alimente un compteur cyclique dont les sorties sont reliées à un réseau de résistances (R13 à R20) en parallèle dont le point commun délivre la tension variable. 6) Circuit suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit de comparaison (2) est constitué de deux amplificateurs différentiels (AMP2, AMP3) en cascade, les entrées du premier (AMP2) étant respectivement reliées aux sorties du circuit de calcul (1) et du générateur de tension en dents de scie (3) et dont une entrée du second (AMP3) est reliée à la sortie du premier (AMP2) et à la sortie du circuit limiteur de température (5). 7) Circuit suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce-que le circuit limiteur de température (5) est consitué par un amplificateur différentiel (AMP4) à une entrée duquel est appliquée une tension proportionnelle à la température de la dalle et à l'autre entrée duquel est appliquée une tension proportionnelle à la température de consigne.