Brevet FR2549667A1 — publié le 19850125

CIRCUIT D'ALIMENTATION RÉGULÉE NOTAM 4 ENT POUR POSTE Tf LÉPHONIQUE. La présente invention concerne les circuits d'alimentation en tension continue qui reçoivent leur énergie d'une ligne parcourue par des signaux de tension alternatifs et qui présentent une impédance constante. Elle s'applique plus particulierement aux postes téléphoniques d'abonnés, qui reçoivent de la ligne téléphonique à laquelle ils sont raccordés, des signaux alternatifs (signal de sonnerie, ou signal de conversation) dont ils tirent parfois leur énergie (en sonnerie), cette énergie étant aussi dans certaines 10 configurations (en conversation) fournie par un signal continu. A titre d'exemple, le poste d'abonné peut comprendre un circuit d'alimentation en tension continue pour la sonnerie du téléphone Ce circuit, sous sa forme la plus simple, est représenté à la figure 1: il est raccordé par deux bornes 15 d'entrée A et B à la ligne téléphonique non représentée; il comprend un condensateur de découplage 10, un pont redresseur 12, une impédance en série 14 et un organe régulateur de tension constitue par un montage en parallèle d'une diode Zener 16 et d'un condensateur de lissage 18; la tension de sortie Vs de cette ali20 mentation est prise sur deux bornes de sortie C et D entre lesquelles sont placées en parallele le condensateur 18 et la diode Zener 16. Dans cet exemple de la figure 1, l'impédance 14 a un r 8 ôle d'adaptation à l'impédance de la ligne téléphonique. Les spécifications du réseau téléphonique peuvent imposer notamment que l'impédance du poste d'abonné, vue de la ligne, soit constante et n'introduise pas de distorsion de signal. Or, lorsqu'on est en phase de sonnerie, un signal alternatif de grande amplitude est appliqué à l'entrée du pont redresseur Tout 30 va bien pendant les instants o la tension d'entrée est, en valeur absolue, supérieure à la tension continue de sortie Vs (définie par la diode Zener) : l'impédance vue des entrées A et B est sen- 254966 ? siblement égale à la valeur de l'impédance 14 et du condensateur 10; mais, lorsque la tension d'entrée descend, en valeur absolue, au-dessous de Vs, le pont redresseur se polarise à l'envers (les diodes du pont se présentent toutes en polarisation inverse) et 5 l'impédance vue de l'entrée devient-brutalement très élevée A chaque demi-alternance de la tension d'entrée se produit donc une discontinuite brutaie d'impédance, qui n'est pas admissible d'après les spécifications du réseau téléphonique (cette discontinuite d'impédance se traduit par une discontinuité du 10 courant débita par la ligne et par des fréquences harmoniques élevées et audibles créant de la diaphonie dans l'ensemble du réseau). Dans un autre exemple, certains postes téléphoniques d'abonna peuvent comprendre un microprocesseur, qui doit être 15 alimenté par une tension continue de quelques volts, issue ici aussi de la ligne téléphonique, mais cette fois en phase de conversation et non en phase de sonnerie Cette tension peut être obtenue par un circuit d'alimentation dont un schéma simplifiéEest représenté à la figure 2 Ce circuit comprend des bornes d'entrée 20 E et F raccordées via un pont de diodes à la ligne téléphonique non représentée, une diode 20 en série avec une source de courant 22 entre les bornes E et F, un transistor PNP 24 dont l'émetteur et la base sont raccordés respectivement à l'anode et à la cathode de la diode 20, et dont le collecteur est en série avec une diode 25 Zener 26 reliee par ailleurs a la masse; un condensateur 28 de filtrage est en parallele sur la diode Zener 26 et sur deux bornes de sortie G et H qui servent a fournir une tension continue Vs pour l'alimentation du microprocesseur Les spécifications imposent que le courant consommé par cette alimentation soit constant 30 et c'est le r 8 ôle de la source de courant 22 et du miroir de courant 20, 24 d'imposer cette constance L encore, lorsque le signal alternatif de conversation, présent sur la ligne et superpose a une composante continue présente sur la ligne, passe au-dessous de la tension continue Vs, une saturation du transistor 35 24 se produit et par conséquent le courant dans la ligne subit une discontinuité brutale de même que l'impédance en alternatif vue de l'entrée du circuit d'alimentation. Ces discontinuités se traduisent par une distorsion importante et inacceptable des signaux émisset reçus sur la ligne téléphonique. Les solutions qui ont été proposées jusqu'à maintenant consistent à prévoir une commutation d'impédance ou de source de courant, pour mettre en service une impédance ou une source de courant supplémentaire à partir du moment ou la tension d'entrée descend au-dessous d'une valeur de référence Vréf que l'on 10 choisira légèrement supérieure à la tension de sortie Vs; ces solutions sont représentées aux figures 3 et 4: la figure 3 correspond à une amélioration du schéma de la figure 1 et la figure 4 à une am Ulioration du schéema de la figure 2. Sur la figure 3, on a rajouté, par rapport à la figure 15 1, deux interrupteurs 30 et 32, une impédance 34 et un comparateur (amplificateur différentiel) 36 qui commande en opposition de phase les deux interrupteurs. Tant que la tension de sortie Va du pont redresseur est supérieure à la tension de référence Vréf (choisie légèrement 20 supérieure à la tension de sortie Vs du circuit), l'interrupteur est fermé et l'interrupteur 32 ouvert, de sorte que le circuit est le même qu'a la figure 1; lorsque la tension Va passe audessous de Vréf, et a fortiori lorsqu'elle passe audessous de Vs, le comparateur 36 ferme l'interrupteur 32 et ouvre i'interripteur 25 30, de sorte que l'impédance vue de l'entree du circuit reste constante (la valeur de l'impédance 34 étant choisie égale a celle de l'impédance 14). De la même maniere, on peut prévoir, comme on le voit sur la figure 4, une commutationde sources de courant lorsque la 30 tension d'entrée Ve descend au-dessous d'une valeur de référence Vréf légèrement supérieure à la tension de sortie Vs, de sorte que, vu de l'entrée du circuit, le courant consommé peut rester constant sans discontinuité lorsque Ve descend au-dessous de Vs. En réalité, ces circuits des figures 3 et 4 présentent 35 deux types d'inconvénients: d'une part, le rendement de l'alimentation et affaibli, car la mise en service de l'impédance supplémentaire ou de la source de courant supplémentaire constitue une dérivation de courant vers la masse, donc une énergie perdue Le rendement est d'autant plus faible que Vréf est carté de Vs car la commutation 5 sera d'autant plus fréquente; or il faut garder un certain écart entre Vréf et Vs pour que le fonctionnement du circuit soit sr; d'autre part, au moment de la commutation, une certaine distorsion subsiste, notamment à cause du recouvrement des instants de fermeture et d'ouverture des interrupteurs, et de l'appariement imparfait des impédances et sources de courant commutees. Pour éliminer cet inconvénient, la présente invention propose, dans un circuit d'alimentation comprenant un montage régulateur de tension en série avec un transistor commandé par un 15 montage régulateur de courant, de détecter l'instant réel ou va se produire une saturation du montage régulateur de courant, saturation qui se produit lorsque la tension sur la ligne d'amenée d'anergie se rapproche trop de la tension de sortie du montage régulateur de tension, et de commander, en fonction de cette 20 détection, la mise en service progressive d'une dérivation de courant en parallèle sur l'ensemble en série du transistor et du montage régulateur de tension. Plus précisément, le circuit selon l'invention comprend un ensemble de deux transistors supplémentaires (deuxième et 25 troisfeme transistors) en série, en parallèle sur l'ensemble du premier transistor et du montage régulateur de tension, le deuxième transistor étant commandéacomme lepremier par le montage régulateur de courant, et le troisième étant commandé par un moyen de détection de la saturation du montage régulateur de courant. Ainsi, un courant est dérivé hors du montage régulateur de tension lorsque la tension d'entrée du circuit descend à une valeur qui est trop basse, par rapport à la tension de sortie du montage régulateur de tension, pour que le montage régulateur de courant puisse continuer à alimenter sans discontinuité de courant 35 le montage régulateur de tension. Le montage régulateur de courant comprend de préférence 2549667 ' un étage de sortie constitué par un quatrième transistor dont le collecteur est relié à la base du premier transistor pour le commander, et le moyen de détection de la saturation est un anneau d'antisaturation entourant le collecteur de ce quatrième tran5 sistor, cet anneau fournissant un courant de commande du troisieme transistor d'autant plus important que la saturation du quatrieme transistor est plus grande. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et 10 qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: les figures 1 à 4 déjà décrites représentent l'art antérieur, la figure 5 représente un schéma-bloc d'un circuit d'alimentation conforme à l'invention, la figure 6 représente un exemple de réalisation concrete détaillée d'un circuit selon l'invention, la figure 7 représente un autre exemple de réalisation détaillée. Sur la figure 5, le schéma du circuit d'alimentation 20 comprend des bornes d'entrée L et M (qui peuvent correspondre à la sortie du pont redresseur des figures 1 et 3 lorsqu'il s'agit de l'alimentation d'une sonnerie de téléphone, ou aux bornes E et des figures 2 et 4, raccordées à la ligne téléphonique par l'intermediaire d'un pont de diodes, lorsqu'il s'agit du circuit 25 d'alimentation d'un microprocesseur par exemple) La tension aces bornes est appelee ici Va; c'est une tension qui est la combinaison d'un signal alternatif (signal de sonnerie ou signal de parole) et éventuellement d'une composante continue (en mode parole); les bornes de sortie sont désignées par P et M, M étant 30 une borne de masse commune à l'entrée et à la sortie La tension de sortie Vs entre ces bornes P et M est -la tension régulée et filtrée aux bornes d'un montage régulateur de tension qui peut comprendre un ensemble en parallèle d'une diode Zener 50 et d'un condensateur de lissage 52, comme aux figures 1 à 4 Entre la borne L et cet ensemble en parallele est prévu un ensemble en série d'une résistance R 1 et d'un transistor NPN T 1. La base du transistor T 1 est commandée par la sortie d'un amplificateur différentiel AD dont une entrée est reliée au point de jonction de la résistance RI et du collecteur du tran5 sistor Tl, et dont l'autre entrée est reliée à une résistance R 2 reliée par ailleurs à la borne L Cette deuxième entrée de l'amplificateur différentiel est par ailleurs reliée à la masse M par l'intermédiaire soit d'une impédance Z soit d'une source de courant 54; l'impédance Z et la source 54 ont ét figurées en 10 pointilles pour signifier que c'est l'une ou l'autre qui est utilisée selon l'utilisation du circuit d'alimentation; pour l'alimentation de la sonnerie du téléphone, on pourra prévoir une impédance, tandis que pour l'alimentation d'un microprocesseur on pourra prévoir une source de courant. L'amplificateur differentiel AD, le pont d'impédances R 2, Z ou l'ensemble R 2, 54, et la résistance RI constituent un montage de régulation de courant qui commande le transistor T 1 de manière à maintenir dans la résistance Rl, donc dans le transistor T 1 et dans le montage régulateur de tension ( 50, 52) un courant 20 bien déterminé, qui est tel que la chute de tension dans la résistance RL soit égale à la chute de tension dans la résistance R 2 En réalité, il s'agit véritablement d'un montage régulateur de courant lorsqu'une source de courant 54 est connectée à la résistance Rl; si c'est une impédance Z qui est connectee, le 25 montage régulateur de courant agira aussi comme régulateur du courant dans le transistor Tl, non pas cette fois pour le maintenir constant, mais plutôt pour l'ajuster à chaque instant de telle sorte que, vue de l'entrée du circuit d'alimentation, l'impédance de ce circuit paraisse constante. Cependant, avec les seuls éléments qui viennent d'être décrits, le montage régulateur de courant ne remplit correctement son rôle que si la tension Va sur la ligne d'amenée d'énergie est supérieure à la somme de- la tension de sortie Vs, de la chute de tension normale dans la résistance RI, et de la tension nécessaire 35 à faire conduire le transistor Tl, faute de quoi le transistor T 1 ou le transistor qui le pilote dans l'amplificateur différentiel AD se sature et le courant dans la resistance R 1 chute à une valeur qui est insuffisante et qui n'est plus contrôlée par le montage régulateur de courant. C'est pourquoi on prévoit ici un deuxième transistor NPN 5 T 2 et un troisième transistor NPN T 3, en série, l'ensemble étant en parallèle sur l'ensemble en série du montage régulateur de ten sion et du transistor T 1: les collecteurs des transistors Tl et T 2 sont réunis et l'émetteur du transistor T 3 est à la masse. La base du transistor T 2 est commandée par la sortie de 10 l'amplificateur différentiel. La base du transistor T 3 est commandée par un élément de détection de saturation 56 qui a pour fonction de fournir un courant de commande augmentant avec l'état de saturation du montage régulateur de courant, donc avec l'état de saturation du 15 transistor T 1, ou du transistor qui le commande dans l'amplificateur AD. Cet élément 56 a été représenté comme étant raccordé à l'amplificateur différentiel; en effet, la détection du passage en état de saturation se fait de préference au niveau de l'étage 20 de sortie de l'amplificateur différentiel AD qui commande ce transistor T 1. Lorsqu'une tendance à la saturation se produits le transistor T 3 devient progressivement conducteur et, comme le transistor T 2 est commandé par la même sortie que le transistor T 1, il 25 prend progressivement le relais de ce dernier en dirigeant vers la masse le courant qui doit circuler dans Rl pour que la chute de tension dans RI 1 reste en permanence égale à la chute de tension dans R 2 malgré le passage de Va au-dessous de Vs Ce transfert progressif évite toute discontinuité de 30 courant ou d'impédance et réduit donc au minimum le distorsions que l'on avait précédemment Un exemple de réalisation détaillée de circuit est représenté à la figure 6 Sur cette figure, les éléments L, M, P, RI, R 2, 50, 52, 54, Z, Tl, -T 2, T 3 sont les mêmes qu'à la figure 5 35 et sont connectés exactement de la même manière. L'amplificateur différentiel AD comprend un étage différentiel classique représenté dans un cadre pointillé et un étage de sortie constitué par un transistor PNP T 4 dont la base est commandée par la sortie SI de l'étage différentiel, dont l'émetteur est relié à la borne L et dont le collecteur constitue 5 la sortie S'l de l'amplificateur -AD, sortie qui commande directement les bases des transistors T 1 et T 2 C'est ce transistor T 4 qui tend à se saturer en premier (avant le transistor T 1) Le -détecteur de saturation 56 de la figure 5 est 10 constitué par un anneau d'antisaturation formé-autour du collecteur du transistor PNP de sortie T 4, et par un transistor NPN T 5 dont la base est reliée à cet anneau de saturation et dont l'émetteur est relié à la base du transistor T 3 pour commander la conduction de ce dernier en fonction de la saturation du tran15 sistor T 4 Le collecteur du transistor T 5 est - relié au point de jonction de la résistance RI et du transistor T 1 ' L'anneau d'antisaturation est, concrètement, un anneau semiconducteur de même type de conductivité que le collecteur et entourant completement celui-ci, mais séparé de lui par une région 20 semiconductrice troite de type de conductivité opposé, de sorte qu'il se crée un transistor parasite entre collecteur et anneau d'antisaturation, transistor qui sepolarise en direct lorsque le transistor principal se sature, et qui délivre sur son collecteur un courant d'autant plus grand _que la- saturation est plus grande; 25 l'anneau d'antisaturation permet donc de détecter facilement la saturation du transistor T 4 A la partie- inférieure de la figure 6 est indiqué un 'montage en transistors discrets qui pourrait remplacer le transistor T 4. Le transistor T 5 amplifie ce courant de détection de 30 saturation et l'utilise pour commander la base du transistor T 3. La figure 7 représente une variante de réalisation dans laquelle les éléments suivants sont inchangés par rapport à la figure 6 dans leur nature et leurs liaisons: montage régulateur de tension 50, 52, 35 transistor de commande Tl, résistance Rl définissant une chute de tension déterminée afin de mesurer le courant fixe dans le transistor Tl, transistor supplémentaire T 2 commandé en même temps que T 1, transistor T 3 établissant avec T 2 une dérivation de courant vers la masse, transistor T 4, PNP, constituant l'étage de sortie du montage régulateur de courant avec, comme moyen de détection de saturation de ce montage, un anneau d'antisaturation autour du collecteur de T 4 et un transistor amplificateur T 5 qui commande la 10 base du transistor T 3. Seul le montage régulateur de courant est modifié (à l'exception de son étage de sortie T 4 inchangé): il comprend un ensemble en série d'une résistance R 2, d'un transistor PNP T 6 et d'une source de courant 54, entre la borne L et la borne M. La base du transistor T 4 de l'étage de sortie est reliée au point de jonction du collecteur du transistor T 6 et de la source de courant 54 Par ailleurs, le point de jonction de -la résistance RI et du transistor T 1 est relié par une diode 60 à la base du transistor T 6 et cette base est reliée à la masse par une 20 source de courant 62. Les sources de courant 54 et 62 sont de préférence identiques et engendrent des chutes de tension identiques dans la diode 60 et dans la jonction émetteur-base du transistor T 6, également réalisés à partir de transistors identiques. Il en résulte que les chutes de tension dans R 1 et R 2 doivent être identiques, le montage régulateur de courant agissant par l'intermédiaire du transistor T 4 sur le transistor T 1 pour tirer un courant tel que ces chutes de tension restent identiques. Le courant tiré est fixe et dépend du rapport entre les 30 résistances R 1 et R 2 Lorsqu'il y a saturation du transistor T 4, c'est le transistor T 2 qui se met à dériver le courant nécessaire pour maintenir la chute de tension imposée-dans Rl sans faire chuter la tension de sortie Vs Cette dérivation est possible grâce au tran35 sistor T 3 qui est rendu conducteur par l'anneau d'antisaturation. REVENDICATIONS. 1 Circuit d'alimentation en tension continue prélevant son énergie sur une ligne recevant un signal alternatif, comprenant un montage régulateur de tension ( 50, 52) en série avec un transistor (T 1) commandé par un montage régulateur de courant (AD, 5 Ri, R 2, 54), caractérise en ce qu'il est prévu en outre un ensemble de deux transitors supplémentaires en série (T 2, T 3), en parallle sur l'ensemble en série du premier transistor (T 1) et du montage régulateur de tension ( 50, 52), le deuxième transistor ayant sa base commandée comme le premier par le montage régulateur 10 de courant et le troisième ayant sa base commandée par un moyen ( 56) de détection de la saturation du montage régulateur de courant, de manière qu'un courant soit dérivé hors du montage régulateur de tension Iorsque la tension d'entrée du circuit descend à une valeur trop basse, par rapport à la tension de sor15 tie du montage régulateur de tension, pour que le montage régulateur de courant puisse continuer à alimenter sans discontinuité de courant le montage régulateur de tension. 2 Circuit selon la revendication 1, caractérise en ce que le montage régulateur de courant comprend un étage de sortie 20 constitue par un quatrieme transistor (T 4) dont le collecteur est relie à la base du premier transistor et en ce que le dtecteur de saturation comprend un anneau d'antisaturation entourant le collecteur du quatrième transistor. 3 Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce 25 que l'anneau d'antisaturation est relié à la base d'un cinquième transistor (T 5) dont l'émetteur commande la base du quatrième et dont le collecteur est relié aux collecteurs du premier et du second transistors.