Brevet FR2568080A1 — publié le 19860124

La présente invention concerne d'une façon générale les dispositifs de protection pour transducteurs de reproduction sonore, et en particulier un dispositif de protection destiné à evi- ter qu'une puissance électrique excessive soit fournie à des transducteurs de type haut-parleur. I1 est bien connu que les haut-parleurs peuvent être facilement endommagés, souvent de façon irrémédiable, lorsque la source électrique à basse fréquence qui les alimente délivre une puissance excessive. Pour pallier cet inconvénient, on contact déjà des dispositifs de protection de haut-parleurs agences pour interrompre la liaison entre ceux-ci et leur source d'alimentation dès qu'une valeur représentative de la puissance qu'ils absorbent, à savoir le courant qui les traverse ou la tension à leurs bornes, excède une veleur prédéterminée. En particulier, un premier dispositif consiste en un simple fusible monté en série avec le haut-parleur. Cependant, un inconvénient majeur d'une telle solution réside dans le fait que le courant de seuil, et donc la puissance limite, sont déterminés une fois pour toutes par la valeur du fusible. Ainsi, à chaque fois que l'on souhaite modifier la valeur de la puissance limite, il est nécessaire de remplacer le fusible par un autre fusible de valeur appropriée. En outre, à chaque fois-que le fusible fond, remplissant ainsi son rôle de protection, il est nécessaire de le remplacer. Ceci est long, coûteux et fastidieux, notamment lorsque le haut-parleur travaille à une puissance moyenne proche de la puissance maximale autorisée par le fusible, et que celui-ci fond en cons8quence relativement souvent. Dans un autre dispositif, le fusible est remplacé par un disjoncteur. 1es inconvénients sont sensiblement les memes que ci-dessus, à ceci près qu'au remplacement d'un-fusible fondu est substitué le réenclenchement du disjoncteur lorsqu'il a disjoncté. On connaît encore un dispositif de protection dans lequel la tension aux bornes du haut-parleur, qui est elle aussi représentative de la puissance qu'il absorbe, est comparée à une tension de référence ou de seuil ajustable. L'alimentation du haut-parleur est interrompue dès que la tension de seuil a été dépassée. Cependant, un tel dispositif, du fait qu'il comporte nécessairement un composant électronique actif pour effectuer la comparaison entre les deux tensions précitées, ainsi que pour la commande de l'interruption de l'alimentation du haut-parleur, exige une source d'alimentation électrique séparée, soit par un accumulateur électrique, soit à partir de la tension du secteur. Ceci est bien entendu désavantageux, soit du fait qu'un remplacement - ou un rechargement - régulier de l'accumulateur est nécessaire, soit dans le second cas du fait qu'une prise électrique doit être présente dans le voisinnage du dispositif de protection. La présente invention vise à pallier ces inconvénients et à proposer un dispositif de protection pour haut-parleurs ou analogues qui soit entièrement autonome, dont la puissance maximale autorisée soit réglable, ét qui se réarme automatiquement dès que l'excès de puissance susceptible de détériorer le haut-parleur a disparu. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif pour protéger un ou plusieurs transducteurs sonores de type haut-parleur contre les surpuissances, du type comportant des moyens pour comparer une valeur représentative de la puissance absorbée par le transducteur à partir d'une source d'alimentation avec une valeur de seuil, et des moyens interrupteurs commandés par lesdits moyens comparateurs et aptes a interrompre une liaison électrique entre ladite source et le transducteur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens agencés pour convertir une partie de 1' énergie électrique fournie par ladite source en une tension destinée à alimenter les moyens comparateurs et les moyens interrupteurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée a titre d'exemple et faite en référence au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est un schéma de principe du dispositif de protection selon l'invention, et - la figure 2 est un schéma de circuit détaillé du dispositif de la figure 1. En référence à la figure 1, le dispositif de protection selon l'invention comprend, schématiquement, deux bornes d'entrée lOa, lOb destinées à être reliées aux deux bornes de sortie d'une source amplificatrice (non représentée) pour l'alimentation d'un ou de plusieurs transducteurs de type haut-parleur à des fins de diffusion sonore. Les bornes d'entrée alimentent un premier pont redresseur à diodes conventionnel 20 pourvu à sa sortie d'un condensateur de filtrage et de lissage, comme on le verra plus loin. La sortie du pont redresseur 20 est reliée à une première entrée d'un comparateur, globalement indiqué en 40. Le dispositif comprend en outre un second pont redresseur à diodes 60 dont la sortie est reliée à un circuit régulateur de tension 70 délivrant une tension continue de valeur sensiblement constante. Un circuit de réglage de la tension de seuil, est alimenté par ladite tension continue et est agencé pour délivrer sur la seconde entrée du comparateur 40 une tension de seuil ou tension limite, pouvant être réglée à souhait par l'utilisateur et représentative de la puissance maximale absorbée par le transducteur au delà de laquelle le présent dispositif réalise la protection, comme on le verra plus loin. La sortie du comparateur 40 commande un dispositif de coupure, indiqué globalement en 50, disposé sur le trajet du signal électrique destiné à alimenter un haut-parleur 80 à partir des deux bornes d'entrée lOa, lOb. En référence à la figure 2 est décrit un circuit détaillé pour la mise en oeuvre du schéma de principe de la figure 1. Comme mentionné plus-haut, les bornes d'entrée lOa, lOb sont destinées à recevoir un signal électrique alternatif à basse fréquence (de l'ordre de 20 Hz à 20000 Hz) pour l'alimentation d'un haut-parleur 80 à des fins de diffusion sonore. L'entrée d'un premier pont redresseur, constitué des quatre diodes D60 à D63, est reliée aux bornes d'entrée 10a, lOb et sa sortie est reliée à un circuit régulateur de tension comprenant un transistor T70 monté en base commune, de type NPN, dont la base est reliée à la masse via une diode Zener D70 appropriée. Une résistance R70 est montée entre la base et le collecteur du transistor 70. Deux condensateurs de filtrage C6O et C7O sont montés en parallèle respectivement en amont et en aval du transistor de régulation T70. La sortie du circuit régulateur, disponible au point commun entre le condensateur C7O et l'émetteur du transistor T70, est reliée au point commun d'un inverseur simple S70. Dans une première position de l'inverseur S70, indiquée en traits pleins sur la figure 2, la tension continue régulée disponible à la sortie du régulateur alimente une diode électroluminescente D71 via une résis tance appropriée R71 de limitation de courant. Cette première position de l'inverseur permet à l'utilisateur, par un contrôle visuel sur la diode électroluminescente D71, de vérifier que la tension continue est bien présente. Cette tension tient lieu en effet, comme on le verra plus loin, de tension d'alimentation pour d'autres organes du dispos i- tif. Dans l'autre position de l'inverseur S70, indiquée en traits pontillés, la tension continue est délivrée auxdits autres organes du dispositif (via le point X). Ainsi, dans la première partie du circuit décrite ci-dessus, une faible partie de l'énergie électrique disponible sur les bornes d'entrée lOa, lOb est utilisée pour créer ladite tension continue d'alimentation du dispositif. I1 n'est donc pas nécessaire à cet égard de faire appel à une source électrique autre que la source amplificatrice sus-mentionnée, et le dispositif est tout à fait autonome. Le circuit de la figure 2 comprend en outre un second pont redresseur, recevant également le signal de source présent sur les bornes d'entrée lOa, lOb, et dont la sortie est reliée à une borne d'un condensateur de filtrage C20, dont l'autre borne est reliée à la masse. Tout comme le premier pont, ce second pont redresseur est constitué de quatre diodes 1)20 à D23. La sortie du redresseur est également reliée à deux résistances série R20, R21 montées en diviseur de tension, agencées pour donner au signal une valeur compatible avec les caractéristiques d'entrée du comparateur décrit plus loin. Le point milieu du diviseur de tension R20, R21 est relié à l'entrée non-inverseuse d'un comparateur IC40 via une résistance série R40. L'autre entrée, inverseuse, du comparateur IC40 est reliée à la sortie d'un circuit de réglage de la tension de seuil, qui comprend un diviseur de tension constitué de trois résistances R30, R31, R32 montées en série entre la source d'alimentation continue X sus-mentionnée et la masse. Un inverseur de sélection de gamme S30 permet de dériver la tension continue fixe provenant soit du point commun entre R30 et R31, soit du point commun entre R31 et R32, selon sa position, vers une borne d'extrémité d'un potentiomètre P30, dont l'autre borne d'extrémité est reliée à la masse via une résistance de calibrage R33.Sur le curseur du potentiomètre P30 est ainsi prélevée une tension continue, réglable à souhait dans de vastes gammes par le biais de l'inverseur S30 et d'une manoeuvre appropriée du curseur du potentiomètre P30. Corne on l'a dit, cette tension, dite tension de seuil, est appliquée sur entrée inverseur du comparateur IC40. Une résistance R41 est montée en contre-réaction entre la sortie du comparateur et son entrée non-inverseuse et assure un fonctionnement en boucle fermé du comparateur. La sortie du comparateur IC40 attaque, via deux résistances R43, R44 montées en diviseur de tension, la base d'un transistor NPN T50 monté en émetteur commun. La sortie du comparateur est également appliquée, via une résistance de limitation de courant appropriée R42, une diode électroluminescente de contrôle D40. Le collecteur du transistor T50 est relié à une première borne d'un relais électromagnétique RL50, dont l'autre borne est alimentée en X par la tension continue délivrée par le circuit régulateur mentionné plus haut. Une diode de protection D50 est connectée en parallèle sur le relais RI50. L'émetteur du transistor T50 est directement reliée à la masse. Le relais RL50 comporte un contact unique S50 agencé pour sélectivement fermer et ouvrir une liaison conductrice s'étendant entre la première borne d'entrée lOa du dispositif et une première borne de sortie vers le haut-parleur 80 qui est à protéger. L'autre borne de sortie vers le haut-parleur 80 est quant à elle directement reliée à la seconde borne d'entrée lob. Notons ici que l'on pourra prévoir, en série avec le contact de protection S50 du relais RL50, un fusible annexe de sécurité apte à réaliser une protection auxiliaire dans le cas d'une défaillance du dispositif de protection tel que décrit ci-dessus. Sa valeur sera bien entendu choisie de manière à ce que, en fonctionnement normal, le relais agisse avant lui. A titre d'exemple sont données ci-dessous des valeurs possibles pour les principaux composants du circuit ci-dessus. R20 = 33k# R32 = 3,3k# R42 = 6,8kR R71 = 820Q R21 = 4,7k# R33 = 27k# n R43 = 6,8k# D70 = Zener 15 V. R30 = l,5k1 R40 = 47k# R44 = 820# R31 = 820.n R41 = 470k R70 - 3,3#k(3W) Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le suivant. Lorsqu'un signal alternatif à basse fréquence est présent sur les bornes d'entrée lOa, lOb, il alimente simultanément le haut-parleur 80, le contact S50 du relais RL50 étant normalement fermé, ainsi que les deux ponts redresseurs. La tension est redressée par le pont 60, filtrée par le condensateur C60 et régulée par le circuit régulateur 70 qui délivre à sa sortie X une tension continue d'une valeur par exemple de l'ordre de 10 à 30 volts, selon la valeur choisie pour la diode Zener D70.Cette tension alimente en permanence, dans la mesure où un signal suffisant est présent sur les bornes d'entrée 10a, lOb, le circuit de réglage de la tension de seuil 30, le circuit comparateur 40 et le relais 50 (sur l'une de ses bornes). Comme on l'a dit, seule une très faible partie du signal d'entrée est utilisée pour l'obtention de cette tension d'alimentation continue. A cet egard, des expériences sur prototypes ont démontré que, selon la gamme de travail , qui peut aller de quelques Watts à plusieurs centaines de Watts, une proportion du signal d'entrée allant de 0,15 à 0,30 ffi était utilisée pour ladite alimentation. Le signal est également redressé par le pont 20, lissé par le condensateur C20 et atténué par les résistances R20, R21. Est donc appliquée sur l'entrée non-inverseuse du comparateur IC40 une tension continue U à variations plus ou moins rapides, selon la valeur du condensateur C20, dont le carré est proportionnel à la puissance absorbée par le haut-parleur 80, selon la loi où P = puissance absorbée dans le haut-parleur; U = tension à l'entrée du comparateur, proportionnelle à la tension efficace aux bornes du haut-parleur; R = impédance du haut-parleur, typiquement de 4 ou de 8 k 2 constante de proportionalité. Le circuit de réglage de la tension de seuil 30 applique quant à lui une tension UL dite tension limite sur l'autre entrée du comparateur, qui est de la meme manière représentative d'une puissance limite PT dans le haut-parleur, avec Notons à cet égard qu'une sélection manuelle de la puissance limite, au delà de laquelle a lieu la protection, sera facilitée par la présence d'une graduation en Watts sur le bouton de commande du potentiomètre P30. Lorsque U est inférieure à U1, qui a été préala blement choisie en fonction de la puissance admissible du haut-parleur 80, ou encore en fonction d'un niveau sonore à ne pas dépasser, alors la sortie du comparateur IC40 délivre une tension nulle. Le transistor T50 est donc bloqué, le relais RL50 ntest pas actionné et le contact S50 de celui-ci reste fermé. le haut-parleur 80 est donc alimenté normalement à partir de la source amplificatrice mentionnée plus haut pour diffuser un programme sonore. Cependant, dès que U devient supérieure à UL, c' est à dire que la puissance absorbée par le haut-parleur 80 devient supérieure à la puissance limite sus-mentionnée, alors la sortie du comparateur IC40 délivre une tension positive no nulle sur la base du transistor T50, qui devient donc passant; un courant circule donc dans le relais RL50 et le contact de celui-ci s'ouvre. Le haut-parleur 80 n'est donc plus alimenté, et ne risque pas d'être endommagé par la puissance excessive présente sur les bornes 10a, 10b en sortie de la source amplificatrice. Notons à cet égard que la diode électroluminescente D40 située en sortie du comparateur fournit une indication visuelle de cette coupure, ce qui permet de localiser immédiatement l'origine de celle-ci.On pourrait en effet concevoir qu'elle soit due à une défaillance d'un autre maillon du système de reproduction sonore auquel est intégré le présent dispositif. Lorsque U devient à nouveau inférieure à UL, alors le transistor T50 est à nouveau bloqué et l'absence de courant dans le relais RL50 ramène son contact S50 en position fermée. Notons que le condensateur C20 mentionné plus haut a pour role non seulement de lisser la tension redressée par le pont 20, mais également de supprimer toute crête brusque de la tension U correspondant à la présence de transitoires dans le signal fourni en 10a, 10b par la source amplificatrice. En effet ces transitoires, même si leur puissance instantanée dépasse la valeur de la puissance limite, sont trop brèves pour endommager celui-ci. En outre, le dispositif de réglage de la tension de seuil ou limite UL permet avantageusement d'adapter la gamme de réglage, par un simple basculement de l'inverseur 530, à des conditions d'emploi très diverses, allant de la simple channe haute-fidélité de particulier aux systèmes de sonorisation les plus puissants. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite, et inclut dans sa portée toute variante ou modification que pourra y apporter l'homme de l'art à l'aide de ses connaissances normales. En particulier, bien que, dans la présente forme de réalisation, le dispositif de protection devienne inopérant dès que la source amplificatrice ne délivre plus de signal, il est possible de prévoir un accumulateur rechargeable permettant au dispositif de fonctionner même en cas d'absence de signal (on peut en effet envisager que, lorsque le signal de source est brusquement coupé après une surpuissance, le relais n'ait pas le temps de se refermer avant la disparition associée de la tension d'alimentation en X). L'accumulateur pourra alors être rechargé à l'aide de ladite tension continue de sortie du régulateur. Enfin il faut noter que le terme "haut-parleur" utilisé tout au long de la description recouvre bien entendu les groupes de haut-parleurs, en série ou en parallèle, les enceintes acoustiques à une ou plusieurs voies, etc. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Dispositif de protection d'un ou de plusieurs transducteurs sonores de type haut-parleur (80) contre les surpuissances, du type comprenant des moyens (40) pour comparer une valeur représentative de la puissance absorbée par le transducteur à partir d'une source d'alimentation avec une valeur de seuil, et des moyens interrupteurs (50) commandés par lesdits moyens comparateurs (40) et aptes à interrompre une liaison électrique entre ladite source et le transducteur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (60, 70) agencés pour convertir une partie de l'énergie électrique fournie par ladite source en une tension destinée à alimenter les moyens comparateurs (40) et les moyens interrupteurs (50). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de réglage (30) de ladite valeur de seuil également alimentés par les moyens convertisseurs (60,70). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite valeur représentative de la puissance absorbée par le transducteur (80) consiste en une tension (U) obtenue à l'aide de moyens redresseurs (20) et de moyens de lissage (C20) également prévus dans le dispositif. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens comparateurs (40) comprennent un circuit comparateur de tensions (IC40) à électronique active. 5- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1. à 4, caractérisé en ce que les moyens interrupteurs comprennent un relais électromagnétique (RL50) monté en série avec la liaison collecteur émetteur d'un transistor (T50), la base dudit transistor étant reliée à la sortie desdits moyens comparateurs (40). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens convertisseurs comprennent des moyens redresseurs (60), des moyens de filtrage (C60, C70) et des moyens régulateurs (70). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens redresseurs comprennent un pont redresseur à diodes (D60, D61, D62, D63), et les moyens régulateurs comprennent un transistor de régulation (T70) monté en base commune, une diode Zener (D70) étant reliée à la base dudit transistor. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, entre les moyens convertisseurs délivrant une tension d'alimentation et les moyens comparateurs (40) et interrupteurs (50), un accumulateur re chargeabl e 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens alimentés par ladite tension délivrée par les moyens convertisseurs (60, 70) sont choisis de manière à consommer une énergie électrique faible par rapport à l'énergie électrique absorbée dans le transducteur (80).