Brevet FR2579008A1 — publié le 19860919

Microcontact à commutation électronique. L'invention concerne un microcontact à commutation électronique, applicable notamment au contrôle de position. Les microcontacts ou commutateurs à rupture brusque sont bien connus. Ils assurent mécaniquement une commutation dans un circuit électrique. Du fait de cette commutation, les points de contact électrique se trouvent détériorée à la longue et en quelque sorte brûlés. Par ailleurs, il est difficile d'obtenir des microcontacts qui fonctionnent bien dans une large gamme de courants. Lorsque les courants prévus sont faibles, on peut améliorer la qualité des contacts par dorure. Mais si le courant passant dans le microcontact vient à augmenter temporairement, alors la dorure est brûlée et les contacts sont défectueux. En revanche, si le courant prévu est important, on garnit les points de contact d'alliages spéciaux pour améliorer leur tenue. Si le courant vient à diminuer, alors le contact devient peu sûr. En outre, les microcontacts sont toujours soumis à un rebond mécanique, qui entraîne des problèmes à la commutation. Pour assurer un contrôle de position en s'affranchissant des inconvénients inhérents aux microcontacts en raison de leur commutation mécanique, on a proposé de faire de la détection sans contact gràoe aux capteurs de proximité ne mettant en oeuvre que l'électronique. Ces capteurs ont en général un circuit de mesure à deux fils et une alimentation utilisant un troisième fil. Pour s'affranchir de ce troisième fil, on a mis au point des capteurs électroniques de proximité, à deux fils, mais dont la consommation change entre l'état de veille et l'état de détection. Dans ces capteurs, il y a un courant permanent de l'ordre de 0,5 à 3 mA, et à l'état de détection, le courant monte à une valeur de l'ordre de 30 à 100 mA. Ces capteurs sont cependant de type inductif et sont sensibles aux champs magnétiques parasites. En outre, le rapport des courants entre l'état de détection et l'état de veille n'est pas très important. On a également proposé d'associer une commande mécanique et un étage de commutation électronique. Mais dans les associations de ce type, le circuit électrique de commande est différent du circuit électrique de la charge, et par conséquent il y a deux circuits électriques différents. Si elle est utilisée dans un ensemble de détection, cette association a besoin de trois fils au moins, comme les capteurs de proximité. L'un des buts de l'invention est de proposer un microcontact très simple, évitant simultanément les inconvénients des microcontacts purement mécaniques, ceux des capteurs de proximité, et ceux des associations d'un transistor et d'un microcontact mécanique qui néoessitent trois fils et/ou une alimentation séparée du circuit de oea mande. Un autre but de l'invention est de réaliser un aicrocontact pouvant assurer la commutation tout en étant affranchi des rebonds. L'invention a pour objet un microcontact à commutation électronique pour la commande de l'alimentation d'une charge, constitué d'un microcontact mécanique à rupture brusque et d'un semi-conducteur commandé dont la conduction est contrôlée par le microcont ct mécanique, caractérisé en oe qu'il est alimenté, directement par le circuit de la charge. Selon d'autres caractéristique de l'invention: - le semi-conducteur est monté entre deux conducteurs d'alimentation, son électrode de commande est reliée à la borne commune du microcontact mécanique dont les deux pâles sont respectivement reliés aux deux conducteurs d'alimentation; - le semi-conducteur est un transistor bipolaire dont la base est reliée directement à la borne commune; - le semi-conducteur est un transistor de type MOS dont la grille est reliée à la borne commune par l'intermédiaire d'une résistance ; - pour le fonctionnement en commutateur, la borne commune du microcontact est reliée au conducteur commun ; chacun des pâles du microcontact est relié à l'électrode de commande d'un semi-conducteur monté entre le conducteur commun et l'un des conducteurs d'alimentation; - pour le fonctionnement en interrupteur en courant alternatif, il comprend deux semi-conducteurs de type MOS montés en série et en opposition l'un par rapport à l'autre ; le microcontact mécanique est monté en interrupteur, en série avec deux résistanoes disposées symétriquement par rapport au microcontact mécanique, l'ensemble du microcontact et des résistanoes étant monté en parallèle sur ressemble des deux transistors, les grilles desdits transistors étant reliées respectivement aux points communs au microcontact et à chacune des résistanoes; - le microcontact et le circuit électronique de traitement des signaux sont montés ensemble, en un tout de petites dimensions qui ne nécessite pas d'alimentation séparée. D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui suit faite avec référence tu dessin annexé sur lequel on peut voir: Figure 1 : un schéma d'un premier exemple de réalisation d'un microcontact à commutation électronique selon l'invention fonctionnant en interrupteur, utilisant un transistor bipolaire NPN; Figure 2 : un schéma d'un deuxième exemple de réalisation d'un microcontact à commutation électronique selon l'invention fonctionnant en interrupteur, utilisant un transistor MOS canal N; Figure 3 : un schéma d'un troisième exemple de réalisation d'un microcontact à commutation électronique selon l'invention fonctionnant en commutateur, utilisant des transistors MOS canal N; Figure 4 : un schéma d'un quatrième exemple de réalisation d'un microcontact à commutation électronique selon l'invention fonctionnant en interrupteur en courant alternatif, utilisant des transistors MOS canal N. Les polarités inverses sont évidemment aussi réalisables, avec des transistors bipolaires PNP ou des transistors MOS canal P. Sur le dessin, on peut voir un microcontact i avec sa borne commune 2 et ses deux pôles 3 et 4. S'agissant d'un microcontant à rupture brusque, Son contact 9 est toujours en appui sur l'un des deux pôles 3 ou 4 et va de l'un à l'autre de manière brusque sous l'action d'un poussoir non représenté, chargé de lui transmettre, directement ou indirectement par l'intermédiaire de leviers, le mouvement d'un organe extérieur dont on veut contrôler la position.Selon l'invention, en parallèle sur ce microcontact 1, est monté un semi-conducteur commandé 6, alimenté par les conducteurs 7 et 8 d'une ligne à deux conducteurs polarisés. Cette ligne assure l'alimentation du semi-conducteur 6 aussi bien à l'état de vell le qu'à l'état de détection, à travers la charge 38. Sur la figure 1, le semi-conducteur 6 est un transistor bipolaire de type classique, dont la base 9 est reliée à la borne commune 2 du microcontact 1, dont le collecteur 10 est relié, par l'intermédiaire d'une résistance éventuelle de sécurité 12, au pôle 3, et dont l'émetteur 1 1 est relié directement au pôle 4 du microcontact 1. On peut décrire le fonctionnement dans l'hypothèse d'un dispositif normalement ouvert. Dans ce cas, à l'état de veille, le contact 5 est en appui sur le pôle 4 et le transistor 6 est bloqué.Lorsque, sous l'action de l'organe extérieur de commande, le contact 5 bascule, le changement de polarisation de la base 9 rend le transistor 6 conducteur1 et un courant important peut le traverser, alors que le courant passant par le microcontact est très faible, en raison notamment du gain du transistor. Une résistance de sécurité 12 peut éventuellement être introduite dans le circuit, Ainsi, le mlcrocontact travaille toujours avec un très petit courant, oe qui protège ses contacts. Par ailleurs, le courant plus important (fonction du gain du transistor) qui traverse le transistor 6 est facilement détecté à l'autre bout de la ligne, elle-même constituée par les seuls deux conducteurs 7 et 8. On peut étendre la gamme des courants commutés par le dispositif, car oes courants passent par le transistor, tout en conservant au microcontact 1 une structure et une qualité de contacts (* dorure notamment) adaptées à la commutation de courants très faibles. il faut remarquer que la chute de tension dans le circuit de la figure 1 esten règle générale de tordre de 0,7 i IV seulement, alors que dans les capteurs de proximité avec changement de consommation, elle est de 5 à 8 V environ. Sur la figure 2, les mêmes liements portent les mêmes références que sur la figure 1, mais le semi-conducteur utilisé eilt un transistor 16 de type MOS, commandé en tension. Sa grille 19 est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance 14, i la borne commune 2 du microcontact 1. Le drain 20 est relié au conducteur 7 et la source 21 au conducteur 8. On considère. comme précédemment, le cas d'un dispositif normalement ouvert. Le contact 5 est alors sur le pôle 4, le transistor 16 est bloqué, et il conduit lorsque le conducteur 5est sur le pôle 3. Le microcontact I travaille pratiquement sans consommation, car il n'est traversé que par le courant prstiquement nul nécessaire pour charger la grille. En utilisant une résistance 14 de l'ordre de quelques dizaines de kilcohms et la capacité parasite 13 entre grille et source, on réalise un circuit RC de filtage qui permet de s'affranchir du rebond électrique même en cas de rebond mécanique au moment de la commutation.La chute de tension dans le transistor MOS est de l'ordre de 3 t SV, inférieure t la chute de tension dans les capteurs de proximité avec changement de consommation. Sur la figure 3, le microcontact 1 est inséré dans un commutateur et non plus dans un interrupteur comme dans le cas des figures 1 et 2. On i donc une ligne à trois conducteurs 22, 23, 24. Le conducteur 22, ou conducteur commun, est relié i la borne commune 2 du microcontact. Le pôle 3 est relié à la grille d'un premier transistor 25 de type MOS branché entre les conducteurs 22 et 23, le pôle 4 est relié à la grille d'un second transistor 26 de type MOS branché entre les conducteurs 22 et 24. En outre, une première résistance 27 est montée entre le pôle 3 et le conducteur 23, et une seconde résistance 28 est montée entre le pôle 4 et le conducteur 24. Les résistances 27,28 sont de valeur très élevée.De la sorte, quand le contact 5 est sur le pôle 3, le transistor 25 est bloqué, le transistor 26 est conducteur, et un très petit courant passe par la résistance 27 et le contact 5. Inversement, si le contact 5 est sur le pôle 4, le le transistor 26 est bloqué, le tr~r 25 conduit, mais un très petit courant passe par la résistance 28 et le contact 5. C'est ce petit courant que doit commuter le microcontact 1, alors que le courant principal passe par les transistors 25 et 26 respectivement. Ce dispositif peut également être réalisé avec des transistors bipolaires. Sur 1s figure 4, deux transistors 32 et 33 de même type M06 sont montée en série mais en opposition, entre les deux conducteurs 30 et 31 d'une ligne alimentée en courant alternatif. En parallèle sur l'ensemble de ces deux transistors 32 et 33 sont montées deux résistances 34 et 35 en série avec le microcontact 1 et de part et d'autre de ce microcontact qui est utüisé en interrupteur. La grille du transistor 32 est reliée au point commun à la résistance 34 et à la borne commune 2 du microcontact. La grille du transistor 33 est reliée au point commun à la résistance 35 et au pôle 4 du microcontact. Les transistors 32 et 33 ont, par construction, une diode parasite en antiparallèle, respectivement symbolisée en 36 et 37. Dans le montage de la figure 4, lorsque le microcontact I est ouvert, les transistors 32 et 33 ne sont pas bloqués et sont donc susceptibles de conduire chacun pendant une alternance du courant alternatif. Au niveau du transistor qui ne conduit pas pendant cette alternance, la diode parasite assure le passage du courant. Lorsque le contact 5 est sur le pôle 4, le microcontact 1 est fermé, et les transistors ne peuvent pas conduire. Selon l'invention, on utilise les qualités du microcontact mécanique 1 et les avantages de la commutation statique de puissance par le semi-conducteur commandé. Comme applications de l'invention, on peut mentionner toutes celles des microcontacts mécaniques dans lesquelles une chute de tension de un à quelques volts sur l'ensemble du circuit n'a pas d'importance. Dans le cas des figures 2 à 4, la chute de tension sur le dispositif en conduction est de 3 à 5V, donc plus faible que pour les capteurs inductifs à deux fils. En outre, la variation du courant entre l'état "ouvert" et l'état 'Termé" est beaucoup plus importante que dans le cas des capteurs inductifs : quelques micro-ampères à l'état "ouvert", et plusieurs ampères à l'état "fermé". Selon l'invention, le microcontact à commutation électronique est utilisable notamment pour contrôler la position d'un organe mécanique. Dans ce cas, le dispositif correspondant à l'une des figures 1 à 4 et contenant le microcontact et le circuit électronique de traitement des signaux est disposé auprès de l'organe à contrôler en remplaçant directement un microcontact mécanique standard, sans modification du schéma électrique d'utilisation. REVENDICATIONS 1. Microcontact à commutation électronique, pour la commande de l'alimentation d'une charge, constitué d'un mioeocontact mécanique à rupture brusque (1) et d'un semi-conducteur commandé (6, 16) dont la conduction est contrôlée par le microcontact mécanique, caractérisé en ce qu'il est alimenté directement par le circuit de la charge (38) . 2. Microcontact selon la revendication 1, caractérisé en ce que le semi-conducteur (6, 16) est monté entre deux conducteurs (7, 8) d'alimentation et en ce que son électrode de commande (9, 19) est reliée à la borne commune (2) du microcontact mécanique (1) dont les deux pâles (3, 4) sont respectivement reliés aux deux conducteurs (7, 8) d'alimentation. 3. Microcontact selon la revendication 2, caractérisé en ce que le semi-conducteur est un transistor (6) bipolaire dont la base (9) est reliée directement à la borne commune (2). 4. Microcontact selon la revendication 2, caractérisé en ce que le semi-conducteur est un transistor de type MOS (16) dont la grille (19) est reliée à la borne commune (2) éventuellement par l'intermédiaire d'une résistance (14). 5. Microconctact selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour le fonctionnement en commutateur, la borne commune (2) du microcontact (1) est reliée au conducteur commun (22); chacun des pâles (3, 4) du microcontact (1) est relié à l'électrode de commande d'un semi-conducteur (25, 26) monté entre le conducteur commun (22) et l'un des conducteurs (23,24) d'alimentation. 6. Microcontact selon la revendication 1, caractérisé en oe que pour le fonctionnement en interrupteur en courant alternatif, il comprend deux semi-conducteurs de type MOS (32, 33) montée en série et en opposition l'un par rapport à l'autre, et en ce que le microoont ct mécanique (1) est monté en interrupteur, en série avec deux résistances (34, 35) disposées symétriquement par rapport au microcontact mécanique (1), l'ensemble du microcontact (1) et des résistances (34, 35) étant monté en parallèle sur l'ensemble des deux transistors (32, 33), les grilles desdits transistors étant reliées respectivement aux points communs au microcontact (1) et à chacune des résistances (34,35). 7. Microcontact selon l'une des revendications 1 à 6 applicable au contrôle de la position d'un organe , caractérisé en ce que le microcontact et le circuit électronique de traitement des signaux sont monts ensemble, en un tout de petites dimensions qui ne nécessite pas d'alimentation séparée.