Brevet FR2550027A1 — publié le 19850201

CIRCUIT DE COMMANDE EN ANGLE DE PHASE DE TRIAC SUR CHARGE INDUCTIVE. La présente invention concerne un circuit de commande de triac permettant de choisir la durée de conduction du triac pendant chaque alternance d'une tension alternative d'alimentation, c'est ce que l'on appelle couramment une commande en angle de phase. L'invention concerne le cas où la charge à alimenter est fortement inductive. Plus particulièrement, l'invention vise à perfectionner les circuits de commande en angle de phase de triac de type classique, ctest-à-dire ne comprenant pas de circuit intégré. En effet, si les circuits de commande à circuit integré présentent souvent des avantages car ils permettent de fournir des fonctions de commande extrêmement complexes, ils présentent l'inconvénient général de nécessiter une source d'alimentation à faible tension, par exemple 5 volts, ce qui est une source de complications et d'augmentation de cout. Avant de décrire la présente invention et pour mieux en faire ressortir les avantages, on va d'abord décrire deux types de montages de commande en angle de phase connus, l'invention consistant plus particulièrement en un perfectionnement du deuxième type de montagne. La figure 1 représente un premier type de montage classique de commande en angle de phase de triac particulièrement simple, couramment appelé montage dipode. Aux bornes 1 et 2 d'une source d'alimentation, est disposée une charge 3 en série avec un triac 4. Le circuit de commande du triac comprend un circuit à constante de temps disposé aux bornes principales du triac et comprenant un condensateur 5 en série avec une résistance potentiométrique 6 représentée dans la figure comme constituée du montage série d'une résistance fixe et d'une résistance variable. Le point de raccordement du condensateur 5 au potentiomètre 6 est relié à la borne de gâchette du triac 4 par l'intermédiaire d'un élément à seuil, tel qu'un diac 7. Ainsi, quand le triac 4 se trouve dans l'état non conducteur, le condensateur 5 se charge avec la constante de temps imposée par la valeur de ce condensateur et celle du potentiomètre et, des que la tension aux bornes de ce condensateur dépasse la tension de seuil du diac 7, une impulsion de gâchette est fournie au triac 4 pour le mettre en conduction. Un tel circuit, particulièrement simple, donne des résultats tout à fait satisfaisants sur charge résistive, mais, quand la charge est fortement inductive, comme cela est représenté sur la figure, il peut apparattre une dissymétrie entre les alternances de courant positive et négative, c'est-a-dire qu'une composante de courant continu circule dans la bobine. Ceci peut se voir en examinant les courbes de la figure 2. En figure 2A, la courbe Va indique la forme de la tension d'alimentation présente entre les bornes 1 et 2. Les figures 2B et 2D indiquent la tension VTl et VT2 aux bornes du triac pour deux réglages du potentiometre 6. En figures 2C et 2E, la courbe en pointillés Ia indique l'allure du courant dans le circuit si le triac était absent ou toujours conducteur et les courbes en trait plein indiquent le courant dans le circuit pour deux réglages particuliers du potentiometre 6. Dans le cas des figures 2B et 2C, le potentiomètre 6 est réglé pour que la tension aux bornes du condensateur 5 dépasse la tension de seuil du diac 7 au bout d'une durée TI. Cette durée Tl a volontairement été représentée comme breve devant le retard de phase voisin de 9 entre la tension et le courant dans le circuit. En ce cas, le courant dans le circuit principal existe sur une durée importante par rapport à la période (angle de phase élevé) et a une allure symétrique. Si maintenant, la valeur du potentiometre 6 est telle que la constante de temps T2, après laquelle le condensateur 5 se charge à une valeur supérieure à la tension de seuil du diac 7, approche ou dépasse la valeur du déphasage entre la tension et le courant, il peut se produire, comme le représente la figure 2E, une dissymétrie entre les alternances positive et négative du courant I2 circulant dans le circuit principal. Etant donné que ce sont les interruptions du courant elles-mêmes qui servent de sources de synchronisation, puisque les décalages T1 et T2 partent des interruptions de courant, ce déséquilibre constitue la source de synchrpnisation et se maintient au cours du temps.Il est donc clair que le circuit simple de la figure 1 ne peut convenir dans le cas où l'on veut commander en angle de phase une charge inductive, avec un angle de retard meme relativement peu important. La figure 3 représente un deuxième type de montage classique de commande de triac en angle de phase. Dans ce cas, le circuit à constante de temps comprenant le condensateur 5 et le potentiomètre 6 n'est pas disposé aux bornes du triac, mais aux bornes du circuit d'alimentation. La synchronisation ne s'effectue donc pas sur les passages à zero du courant dans le circuit, mais sur les passages à zéro de la tension du secteur aux bornes 1 et 2. Les figures 4B et 4D illustrent des variations de-tension aux bornes du triac et les figures 4C et 4E des variations de courant dans le circuit d'utilisation. Dans le cas, illustre en figures 4B et 4C, où la constante de temps T1 du condensateur 5 est supérieure au déphasage entre la tension Va et le courant Ia dans le circuit (le courant Ia étant un courant fictif existant au cas où il n'y aurait pas d'interruption), une impulsion de commande P1 survient après un passage à zéro du courant fictif Ia et une conduction se produit pendant une durée T3. Le circuit fonctionne alors correctement comme le montre la figure 4C. Maintenant, si la durée T2 de la constante de temps du circuit de charge du condensateur 5 devient inférieure au déphasage tension/courant, on se trouve dans le cas illustré en figures 4D et 4E. Une alternance du courant I2 dans le circuit d'utilisation se met à avoir une durée supérieure à la durée normale d'une alternance du courant fictif Ia qui existerait en l'absence d'interruptions. Alors, si la première impulsion P2 a normalement produit une mise en conduction, l'impulsion suivante P'2, survient alors que le triac est encore conducteur et n'a aucun effet.Ainsi, entre l'instant t3 de fin de l'alternance positive et l'instant t4 de début de l'alternance positive suivante correspondant à l'impulsion de déclenchement P"2, aucune impulsion n'a permis de déclencher la conduction du triac dans une alternance négative et une dissymétrie importante du courant intervient. Ainsi, ee deuxième mode de realisation ne permet pas non plus un fonctionnement satisfaisant dans toutes les configurations dans le cas où un triac doit être commandé en angle de phase sur charge fortement inductive, avec un faible angle de retard. L'objet de la présente invention est de prévoir un circuit permettant une telle commande en angle de phase sur charge inductive sans recourir à des circuits extrêmement complexes nécessitant en fait, pour rester économiquement satisfaisant, l'emploi de circuits intégrés avec les inconvénients que cela entrain. Pour atteindre cet objet ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un circuit de commande en angle de phase de triac sur charge inductive dans lequel le triac est connecte à une première borne d'une source d'alimentation alternative et, par l'intermédiaire d'une charge inductive, - la deuxième borne de la source d'alimentation, la gâchette du triac étant connectée à un point de raccordement par l'intermédiaire d'un diac en série avec un moyen résistif, ce point étant relié, d'une part, à la première borne par l'intermédiaire d'un condensateur, d'autre part, à la deuxième borne par l'intermédiaire d'une chaîne de résistances réglable. Dans ce circuit, un triac auxiliaire est relié par ses bornes principales en parallèle sur une partie des résistances de ladite channe de résistances et par sa gâchette à la connexion du diac et du moyen résistif. La présente invention et diverses variantes seront exposées ci-après plus en détail en relation avec la description de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles - les figures 1 à 4 destinées à l'exposé de l'étant de la technique ont déjà été décrites précédemment, - la figure 5 représente un premier mode de réalisation de la présente invention, - la figure 6 représente diverses courbes utiles à l'exposé du fonctionnement d'un circuit selon la présente invention, - la figure 7 représente un deuxième mode de réalisation de la présente invention. Dans la figure 5, qui représente les éléments fondamentaux d'un circuit selon la présente invention, on retrouve un nombre important de références déjà définies en relation avec la figure 3, à savoir les bornes d'alimentation 1 et 2, la charge inductive 3, le triac 4, le circuit à constante de temps comprenant le condensateur 5 et le potentiomètre 6 disposés aux bornes de la tension d'alimentation et le diae 7. En outre, il est prévu un triac auxiliaire 10 disposé aux bornes a une partie au moins des résistances constituant le potentiomètre 6. Une résistance supplémentaire 11, ou autre moyen assurant une différence de potentiel quand il est traversé par un courant, est disposée entre le diac 7 et le point de raccordement 12 du condensateur 5 et du potentiomètre 6.La gâchette du triac 10 est connectée entre le diac 7 et ce moyen résistif 11. Quand le triac principal 4 est non conducteur, on se retrouve sensiblement dans la configuration decrite en relation avec la figure 3, ctest-à-dire que le condensateur 5 se charge avec une constante de temps liée à la valeur du potentiomètre 6. Par contre, dès quJune première impulsion de gâchette est fournie au triac 4, le triac 10 devient conducteur, une partie des résistances constituant le potentiomètre 6 est court-circuitée et le condensateur 5 se charge avec une constante de temps plus brève. Considérons le fonctionnement initial du circuit en relation avec la figure 6 dans laquelle la courbe A indique en trait plein la tension Va disponible aux bornes d'alimentation 1 et 2, la courbe B indique la tension V aux bornes du triac et la courbe C indique, d'une part, en pointillés, ce que serait le courant Ia dans le circuit d'utilisation s'il n'y avait pas d'interruptions et, d'autre part, en trait plein, le courant passant dans ce circuit d'utilisation avec le circuit de commande selon la présente invention.A l'origine, quand le circuit vient d'âtre branché, après le premier passage à zéro de la tension sectueur, une première impulsion de gâchette P11 apparaît avec un retard T1 lié à la constante de temps du condensateur 5 et du potentionetre 6. Cette première impulsion déclenche la conduction du triac et un courant Ial d'alternance positive apparait comme dans le cas décrit en figure 4E. Après cela, du fait du courtcircuit d'une partie de la résistance 6 dû à la mise en conduction du triac auxiliaire 10, une succession d'impulsions apparait à des intervalles de temps bref T2.A la fin de la premiere alternance Ial, dans le cas de la figure 4E, aucune alternance négative n'apparaissait puisqu'il n'existait plus d'impulsion de gâchette négative susceptible de déclencher le triac. Mais, ici, lors de la première alternance négative, une impulsion P21 apparaît après l'instant T1 de passage à zéro de la tension secteur suivie d'une succession d'impulsions P22, P23, P24, etc... qui sont susceptibles de redéclencher le triac peu après que la conduction de l'alternance de courant positif Ial se soit arrêtée et ainsi, on obtient une alternance de courant négatif Ia2, bien entendu plus courte que la première alternance positive Ial. Ceci constitue déjà une première amélioration par rapport au cas de la figure 4E, mais en plus, si l'on considère la deuxième alternance positive, lors de l'apparition de la première impulsion de gâchette P31, on est encore dans 11 alternance négative Ia2 et la présence de cette première impulsion ne peut entraîner la conduction d'une alternance positive du triac et, dans le cas de la figure, ce n'est que la deuxième impulsion de gâchette qui arrive après la fin de la conduction négative et qui peut provoquer une alternance positive de courant Ia3. On conçoit, et I'expérience le montre, qu'au bout de quelques alternances, il se produit un équilibrage entre les durées de conduction des alternances positives et négatives. On a donc remédié de façon extrêmement simple aux inconvénients du circuit classique précédemment décrit en relation avec la figure 3. Le circuit selon la présente invention qui a été décrit d'une façon assez schématique en relation avec la figure 5, est susceptible de nombreuses variantes et modifications pour en améliorer divers détails de fonctionnement. Certaines des modifi cations possibles sont représentées en figure 7. On retrouve dans cette figure les éléments analogues à ceux de la figure 5 désignés sous les références l à 7 et 10 à 12. Les modifications principales sont les suivantes - la résistance 11 est remplacée par deux diodes 20 et 21 en antiparallèle qui permettent d'atteindre le meme resultat, ctest-à-dire d'obtenir une certaine différence de potentiel entre les bornes de cathode et de gâchette du triac auxiliaire 10 quand un courant passe dans le diac 7. - le potentiomètre 6 est constitué d'une résistance talon 60 en série avec le montage en parallèle d'un premier potentiomètre 61 et d'un second potentiomètre 62 en série avec une résistance 63. Ce montage parallèle permet d'étalonner le potentiomètre 61 afin que sa plage de réglage corresponde parfaitement à la variation de l'angle de conduction, et ce pour différentes valeurs du potentiomètre 61 - une double diode Zener 30 est disposée entre la borne 1 et la deuxième borne ou anode du triac 10. Son but est de limiter la tension aux bornes des potentiomètres 61 et 62 ce qui a pour effet de pouvoir diminuer leur puissance, de permettre~à l'utilisateur de travailler en basse tension en meilleure sécurité, et de limiter la tension aux bornes du triac 10 à une valeur par exemple de l'ordre de 50 à 100 volts. Ceci permet d'utiliser comme triac 10 un triac supportant seulement une faible tension, ctest-à-dire un triac déclassé de faible cout - un pont de diodes 40 et des résistances 41 et 42 sont disposés de la façon représentée par rapport au condensateur 5 de façon à déchargeur convenablement ce condensateur et éviter tout effet d'hystérésis. REVENDICATIONS. 1. Circuit de commande en angle de phase de triac sur charge inductive dans lequel le triac (4) est connecte à une première borne (1) d'une source d'alimentation alternative et, par l'intermediaire d'une charge inductive (3) à la deuxième borne (2) de la source d'alimentation, la gâchette du triac étant connectée à un point de raccordement (12) par l'intermédiaire d'un diac (7) en série avec un moyen résistif (11), ce point (12) étant relié, d'une part, à la premiere borne (1) par ltintermediaire d > un condensateur (5), d'autre part, à la deuxième borne (2) par l'intermédiaire d'une chaîne de résistances réglable (6), caractérisé en ce qu'un triac auxiliaire (10) est relié par ses bornes principales en parallèle sur une partie des résistances de ladite chaîne et par sa gâchette au point de connexion du diac et du moyen résistif. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen résistif est constitué de deux diodes en antiparallèle. 3. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une double diode Zener (30) est disposée aux bornes de la connexion en série du triac auxiliaire et du condensateur. 4. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un pont de diodes est disposé aux bornes du condensateur pour éviter tout effet d'hystérésis.