Brevet FR2570562A1 — publié le 19860321

_I- COMMUTATEUR ELECTRONIQUE La présente invention concerne un commutateur électronique du type compor- tant une entree et une sortie pour un signal électrique, une première paire d'organes à courant unidirectionnel montés en opposition et en série entre l'entrée et la sortie, et une seconde paire d'organes à courant unidirectionnel montés en opposition et en série entre l'entrée et la sortie, en sens contraire par rapport à la première paire et en parallèle avec celle-ci. Là o on désire commuter un courant alternatif en utilisant un dispositif à semi-conducteurs, on le fait habituellement au moyen de dispositifs appe- lés "triacs". Cependant, les triacs présentent l'inconvénient de pouvoir être enclenchés par une pointe de tension à l'entrée lorsqu'ils sont censés être déclenchés. Cet effet d'autocommutation constitue un inconvénient notoire des triacs. Du fait qu'un triac, une fois enclenché, reste à l'état conducteur jusqu'à ce que le courant d'alimentation cesse, le phénomène susmentionné peut abou- tir à un passage indésirable de courant pendant une longue durée, pouvant pro- duire des dégâts dans le circuit connecté à la sortie du triac. En général, on cherche à éviter cet effet d'autocommutation en utilisant des filtres pour prévenir l'exposition du triac à des pointes ou des pics de tension. Toutefois, ce filtrage réduit la puissance utile que l'on peut faire passer à travers le triac. En outre, comme le filtre comporte des bobines d'induction et des condensateurs qui sont volumineux, la taille et le poids de l'équipe- ment s'en trouvent accrus. Par conséquent, la présente invention a pour but de fournir un commutateur électronique permettant de remédier aux inconvénients mentionnés cidessus. Dans ce but, l'invention concerne un commutateur du type mentionné en pré- ambule, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commutation à tran- sistor qui relie la jonction entre les organes à courant unidirectionnel de la première paire et la jonction entre les organes à courant unidirectionnel de -2 - la seconde paire de manière que, lorsque le dispositif de commutation à tran- sistor est conducteur, le courant du signal passe entre l'entrée et la sortie à travers l'un des organes à courant unidirectionnel de chacune desdites pai- res et à travers le dispositif de commutation à transistor, et de manière que, lorsque le dispositif de commutation à transistor est non conducteur, le cou- rant du signal soit bloqué entre l'entrée et la sortie. Grâce au fait qu'on utilise un dispositif de commutation à transistor, dont la commutation est insensible à de grandes variations de tension aux bornes du dispositif, on évite les problèmes d'autocommutation. De même, toute en- trée anormale sur la base du dispositif de commutation à transistor ne provo- quera en général la commutation du dispositif que pour la durée de cette en- trée anormale, ce qui réduit le risque de dommages causés par le passage du courant à travers le dispositif de commutation à transistor. Le dispositif de commutation à transistor est de préférence un transistor mé- tal-oxyde à effet de champ, désigné couramment par l'abréviation MOSFET, tandis que les organes à courant unidirectionnel sont de préférence des dio- des. Le commutateur peut comporter un bloc de commande qui commande la commutation du dispositif de commutation à transistor. Ce bloc de com- mande peut comporter un condensateur dont la charge commande la commu- tation dudit dispositif. Il peut aussi comporter une résistance qui estmontée en parallèle avec le condensateur et qui empêche un changement d'état du dis- positif de commutation à transistor quand le signal change de polarité à l'en- trée, lorsque le bloc de commande est en position de maintien du dispositif de commutation à transistor à l'état conducteur. Le bloc de commande com- porte de préférence un organe de commutation qui commande la charge du condensateur, cet organe de commutation pouvant comprendre un transistor qui est connecté en série avec le condensateur et avec une source de tension continue. On décrira ci-dessous à titre d'exemple de l'invention un commutateur élec- tronique pour courant alternatif, en référence aux dessins annexés, dans les- quels La figure I est une schéma du commutateur, et - 3 - La figure 2 représente une variante du commutateur de la fig. 1. Le commutateur représenté sur les figures comporte un bloc de commutation I monté en série entre une entrée 2 et une sortie 3 d'un signal électrique. Le fonctionnement du bloc 1 est commandé par un bloc de commande 4 qui reçoit des signaux de commande par une ligne 5. Le bloc de commande I comporte une première paire de diodes 11 et 12 ou de dispositifs similaires à courant unidirectionnel, ces diodes étant montées en opposition et en série entre l'entrée 2 et la sortie 3. Les cathodes des deux diodes sont connectées à une jonction commune 13. Le bloc de commu- tation I comporte également une seconde paire de diodes 21 et 22 montées en opposition et en série entre l'entrée 2 et la sortie 3, en parallèle avec la première paire de diodes 11 et 12. Les diodes 21 et 22 de la seconde paire sont montées en sens contraire par rapport à celles de la première paire, leurs anodes étant connectées à une jonction commune 23. Le bloc de commutation 1 est complété par un transistor 30 du type MOSFET à N canaux, dont l'émet- teur et le collecteur sont connectés entre les jonctions 13 et 23. Le transistor 30 peut être enclenché ou déclenché, c'est-à-dire permettre ou non le passage du courant entre les jonctions 13 et 23 à travers le transistor. Quant le transistor 30 est enclenché, le bloc de commutation I est à l'état conducteur et permet le passage du courant entre l'entrée 2 et la sortie 3. Le courant du signal alternatif d'entrée appliqué à l'entrée 2 traverse la diode 11, le transistor 30 et la diode 22, jusqu'à la sortie 3, pendant les parties po- sitives du cycle. Pendant les parties négatives du cycle, le courant passe de la sortie 3 à l'entrée 2 à travers la diode 12, le transistor 30 et la diode 21. Le passage du courant à travers le transistor 30 se fait donc toujours dans le même sens. Quand le transistor 30 est déclenché, le bloc de commutation 1 est à l'état non conducteur, de sorte que le passage du courant est bloqué entre l'entrée 2 et la sortie 3. Un signal alternatif appliqué à l'entrée 1 est alors bloqué par les diodes 21 et 12 pendant les parties positives du cycle, et par les dio- des 22 et 11 pendant les parties négatives du cycle. - 4 - La commutation du transistor 30, donc aussi du bloc de commutation 1, est effectuée par un bloc de commande, dont un exemple est décrit cidessous en référence à la fig. 1. La sortie du bloc de commande 4 est connectée en parallèle sur la base et l'émetteur du transistor 30, le transistor étant enclenché quand la tension à la base est positive. Le bloc de commande 4 comporte un condensateur 41 monté en parallèle avec la sortie et avec une diode Zener 42 et une résistan- ce 43, la cathode de la diode Zener étant connectée à la base du transistor 30. Un transistor 44 est monté en série entre une ligne 45 à tension positive et le montage parallèle comprenant la résistance 43, la diode Zener 42 et le condensateur 41, par l'intermédiaire d'une résistance 46 et d'une diode 47. La base du transistor 44 est raccordée à la ligne d'entrée 5 du bloc de com- mande 4. Pendant le fonctionnement, une faible tension sur la ligne d'entrée 5 rend le transistor 44 conducteur. Dans la position de commutation illustrée sur la fig. 1, quand le signal appliqué à l'entrée 2 est négatif, un courant traverse le transistor 44 pour charger le condensateur 41. Cette charge enclenche le tran- sistor 30 du bloc de commutation 1. Quand le signal appliqué à l'entrée 2 de- vient positif, il empêche le passage du courant à travers le transistor 44, mais la constante de temps du condensateur 41 associé à la résistance 43 est telle qu'elle permet le maintien du transistor 30 à l'état conducteur. Lorsqu'on désire rendre le bloc de commutation I non conducteur, on appli- que un signal d'entrée positif sur la ligne 5 du bloc de commande 4, ce qui rend le transistor 44 non conducteur. Toute charge résiduelle du condensateur 41 se -dissipe à travers la résistance 43, si bien que le potentiel à la base du transistor 30 tombe en dessous d'un niveau suffisant à le maintenir enclenché et que le bloc de commutation I devient donc non conducteur. Le transistor 30 est insensible à de grandes pointes de tension appliquées à la borne d'entrée 2, si bien qu'il ne peut pas être enclenché par de telles pointes comme cela se produit avec les triacs. Il se peut que, par exemple, une interférence électrique provoque une sortie anormale du bloc de comman- de 4, faisant monter suffisamment le potentiel à la base du transistor 30 pour -5- enclencher le bloc de commutation. Toutefois, comme le maintien du transis- tor 30 à l'état conducteur dépend du maintien d'un potentiel suffisamment élevé à la base, le transistor redevient non conducteur dès que ce potentiel retombe. Il est possible d'éviter l'utilisation de la barre d'alimentation continue posi- tive 45, par exemple grâce au circuit représenté sur la fig. 2, dans lequel l'é- metteur du transistor 44 est connecté à l'entrée 2. Aucun des deux circuits décrits ne nécessite une source de haute tension pour polariser les diodes 11, 12, 21 ou 22 et les rendre conductrices, ce qui permet de se passer d'un circuit haute tension, qui est encombrant. Comme le signal d'entrée passe entre l'entrée 2 et la sortie 3 à travers des diodes naturellement conductrices, il n'y a pas de limitation à la tension d'entrée. -6 - Revendications 1. Commutateur électronique comportant une entrée et une sortie pour un signal électrique, une première paire d'organes à courant unidirectionnel mon- tés en opposition et en série entre l'entrée et la sortie, une seconde paire d'organes à courant unidirectionnel montés en opposition et en série entre l'entrée et la sortie, en sens contraire par rapport à la première paire et en parallèle avec celle-ci, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de com- mutation à transistor (30) qui relie la jonction (13) entre les organes à cou- rant unidirectionnel de la première paire (11 et 12) et la jonction (23) entre les organes à courant unidirectionnel de la seconde paire (21 et 22) de maniè- re que, lorsque le dispositif de commutation à transistor (30) est conducteur, le courant du signal passe entre l'entrée (2) et la sortie (3) à travers l'un des organes à courant unidirectionnel (11 et 22 ou 21 et 12) de chacune desdites paires et à travers le dispositif de commutation à transistor (30), et de ma- nière que, lorsque le dispositif de commutation à transistor (30) est non con- ducteur, le courant du signal soit bloqué entre l'entrée (2) et la sortie (3). 2. Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de commutation à transistor est un transistor métal-oxyde à effet de champ (30). 3. Commutateur selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que les or- ganes à courant unidirectionnel sont des diodes (11, 12, 21 et 22). 4. Commutateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisé en ce qu'il comporte un bloc de commande (4) qui commande la commu- tation du dispositif de commutation à transistor (30). 5. Commutateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bloc de commande (4) comporte un condensateur (41) dont la charge commande la cornm- mutation du dispositif de commutation à transistor (30). 6. Commutateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bloc de commande (4) comporte une résistance (43) qui est montée en parallèle avec ledit condensateur (41) et qui empêche un changement d'état du dispositif de -7 - commutation à transistor (30) quand le signal change de polarité à l'entrée (2), lorsque le bloc de commande (4) est en position de maintien du dispositif de commutation à transistor (30) à l'état conducteur. 7. Commutateur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le bloc de commande (4) comporte un organe de commutation (44) qui commande la charge du condensateur (41). 8. Commutateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit organe de commutation comprend un transistor (44). 9. Commutateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit transis- tor (44) est monté en série avec le condensateur(41)et avec une sourcede ten- sion continue.