Brevet FR2578119A1 — publié le 19860829

DISPOSITIF D'ALIMENTATION ASYNCHRONE ALTERNEE POUR APPAREILS ELECTRIQUES NECESSI TANT DES TENSIONS CONTINUES FIES ET VARIABLES ET MACHINE A COUDRE ELECTRIQUE EQUI PEE D'UN TEL DISPOSITIF D'ALIMENTATION." La présente invention se rapporte à un dispositif d'alimentation électrique destiné à engendrer au moins une première tension continua fixe et au moins une deuxième, tension continue variable, à partir d'une tension alternative unique. Dans de nombreux appareils électriques domestiques alimentés en courant continu à partir du réseau 220VA,il peut hêtre nécessaire de disposer à la fois d'une ou de plusieurs tensions fixes et d'une tension continue susceptible d'erre ajustée. Tel est le cas an particulier des machines à coudre électriques qu'on cherche de plus en plus à équiper de moteurs 12 V- pour des raisons d 'abaissement des coûts de fabrication et d'isolement du moteur vis-a-is des fluctuations ou perturbations de la tension du réseau. Dans de telles machines à coudre, on a an effet tout à la fois besoin d'une tension 12V fixe, notamment pour l'alimentation des lampes d'éclairage et d'une basse tension continue ajustable pour la régulation de la vitesse du moteur Pour parvenir à ce résultat, il n'existe pas à l'heure actuelle d'autre alternative que l'utilisation de deux circuits d'alimentation distincts alimen es panriun transformateur.Cette solution est bien évidemment peu satisfaisante du fait de l'utilisation du ou des deux transformateurs fort encombrants, lourds et par ailleurs coûteux. La présente invention se propose de remédier à cet inconvénient et, pour ce faire, elle a pour objet un dispositif d'alimentation électrique du type spéci fié en préambule, qui se caracterise en ce qu'il comprend un circuit de redressement de la tension alternative à la sortie duquel est connecté un premier décou- peur à semi-conducteur alimentant au moins un deuxième découpeur à semi-conducteur qui alimente lui-même la charge destinée à être excitée par la deuxième tension continue, chacun de ces découpeurs étant associé à un circuit de commande du découpage de son courant d'entrée, piloté par l'écart entre sa tension de sortie instantanée et une tension de référence respective pour stabiliser ladite tension de sortie à la valeur de cette dernière, la tension de référence du premier découpeur étant égale à la première tension continue et celle du deuxième déoou peur étant égale à la deuxième tension continue. De préférence, le circuit de redressement comprend un pont redresseur double alternance entre les bornes de sortie duquel est monté un condensateur de lissage. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le premier découpeur comprend, connectés successivement en série entre les bornes de sortie du circuit de redressement, un transistor de commutation, une self, une première résistance et un condensateur dont la tension constitue la tension de sortie du premier découpeur, une diode étant connectée en polarité inverse entre le transistor et la borne du condensateur reliée au circuit de redressement. Le circuit de commande de ce premier découpeur sera, selon l'invention, avantageusement constitué par un premier amplificateur-conformateur pilotant le transistor de commutation et activé, d'une part, par des impulsions d'horloge et, d'autre part, par le signal de sortie d'un premier comparateur dont l'entrée est connectée aux bornes du condensateur et dont la tension de référence est égale à ladite première tension continue, le premier amplificateur-conformateur étant conçu pour bloquer le transistor de commutation à l'arrivée de chaque impulsion d'horloge et pour le rendre conducteur au bout d'une période de temps inversement proportionnelle au niveau du signal de sortie du premier comparateur. Selon le même mode de réalisation préféré de la présente invention, le deuxième découpeur comprend, connectés successivement en série entre les bornes de sortie du premier découpeur, un transistor de puissance, la charge et une deuxième résistance, une diode étant connectée en polarité inverse entre le transistor de puissance et la borne de sortie du premier découpeur à laquelle est connectée la deuxième résistance. Dans ce cas, le circuit de commande du deuxième découpeur sera de préférence constitué par un deuxième amplificateur-conformateur pilotant le transistor de puissance et activé, d'une part, par des impulsions d'horloge et, d'autre part, par le signal de sortie d'un deuxième comparateur dont l'entrée est connectée aux bornes de la charge et dont la tension de référence est égale à ladite deuxième tension continue, le deuxième amplificateur-conformateur étant conçu pour bloquer le transistor de puissance à l'arrivée de chaque impulsion d'horloge et pour le rendre conducteur au bout d'une période de temps inversement proportionnelle au niveau du signal de sortie du deuxième comparateur. On dispose ainsi grâce à l'invention, d'un dispositif dit d'alimentation asynchrone alternée, capable à lui seul d'engendrer tout à la fois une tension continue fixe disponible à la sortie du premier découpeur et une tension continue variable disponible à la sortie du deuxième découpeur. Plus précisément, la tension de sortie du premier découpeur est stabilisée à la valeur de la première tension continue par les blocages cycliques du transistor de ce dernier, déclenchés par le circuit de commande associé, en synchronisme avec les impulsions d'horloge qu'il reçoit, et entrecoupés de mises en conduction du transistor de durées proportionnelles au niveau du signal de sortie du comparateur, ce niveau étant représentatif de i'écart entre la valeur de la tensiaa instantanée de sortie du premier découpeur et celle de la première tension continue. Lorsque le transistor du premier découpeur est conducteur, le condensateur se charge pour alimenter en permanence le deuxième découpeur dont la tension de sortie est, de la même façon que celle du premier, stabilisée à la valeur de la deuxième tension continue. On voit donc que l'invention procure un dispositif d'alimentation d'appareils électriques à courant continu, qui, par rapport aux dispositifs classiques d'alimentation, est d'une structure grandement simplifiée et donc d'un coût réduit, notamment de par la suppression des transformateurs. Selon une caractéristique importante de l'invention, les circuits de commande des deux découpeurs sont activés par un seul et même générateur d'impulsions d'horloge, qui assure un blocage simultané des transistors des deux découpeurs et évite ainsi toute perturbation ou interaction de commande entre ces derniers. Enfin, le premier comparateur est en outre activé par la tension aux bornes de la première résistance pour déclencher un blocage du transistor en cas de surintensité dangereuse dans le premier découpeur. De la même façon, le deuxième comparateur est activé par la tension aux bornes de la deuxième résistance pour déclencher un blocage du transistor de puissance en cas de surintensité dangereuse dans le deuxième découpeur. La présente invention a trait également à une machine à coudre électrique équipée d'un moteur à courant continu et alimenté par la tension secteur, au travers du dispositif qui vient d'entre décrit, la tension de sortie du deuxieme découpeur servant dans ce cas à l'excitation de l'inducteur du moteur en vue de la régulation de la vitesse de rotation de ce dernier. Un mode de réalisation de la présente invention va maintenant être décrit plus en détails, mais uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dont la figure unqiue représente le schéma électrique, partiel lement sous forme synoptique, du dispositif d'alimentation conforme à ce mode de réalisation de l'invention. Ce dispositif d'alimentation est conçu pour, à partir d'une tension alternative élevée, engendrer tout à la fois une basse tension continue fixe et une basse tension continue variable. Dans l'exemple représenté, il est plus précisément utilisé pour, à partir de la tension secteur (220 V+0), alimenter une machine à coudre ménagère fonctionnant en 12 V continu. Mais, bien évidemment, cette application n'a aucun caractère limitatif. Comme on peut le voir, ce dispositif d'alimentation comprend tout d'abord un pont redresseur double alternance 1 par lequel il est connecté au réseau 220 V4 2 et un condensateur de lissage 3 monté entre les deux bornes de sortie 4, 5 du pont redresseur 1. Selon la caractéristique première de l'invention, deux découpeurs à semiconducteurs 6 et 6a sont connectés en série à la sortie du pont redresseur 1. Plus précisément, le premier découpeur 6 est un découpeur haute tensionbasse tension dont l'élément de découpage est constitué par un transistor de commutation n-p-n 8 relié par son émetteur à l'une des bornes de sortie 4 du pont redresseur 1. Le découpeur 6 comprend encore, connectés en série au collecteur du transistor 8, une self 9, une résistance 10 et un condensateur 11 qui referme le circuit du découpeur 6 sur la deuxième borne de sortie 5 du pont redresseur 1. Une diode 12 est en outre branchée, en polarité inverse, entre le collecteur du transistor 8 et cette même borne de sortie 5 du pont redresseur 1. Quant au second découpeur 6a, il se compose d'un transistor de puissance 13 dont l'émetteur est connecté au point de jonction de la résistance 10 et du condensateur 11 et le collecteur est relié à la deuxième borne de sortie 5 du pont redresseur 1 par un circuit série composé de l'inducteur 14 du moteur 15 de la machine à coudre et d'une seconde résistance 16. En outre, une diode 17 est branchée, en polarité inverse, entre le collecteur du transistor 13 et la deuxième borne de sortie 5 du pont redresseur 1. L'état du transistor de commutation 8 est déterminé par un circuit de commande 18 dont la sortie est connectée à sa-base. Sur une entrée de commande , le circuit de commande 18, qui est constitué par un amplificateurconformateur, reçoit des impulsions d'horloge engendrées par un générateur 19, tandis que sa seconde entrée de commande est reliée à la sortie d'un comparateur 20. Les entrées de celui-ci sont connectées aux bornes de la résistance 10 et sa tension de référence est constituée par une tension stabilisée VREF 1' qui est ici de 12 51. Le générateur d'impulsions d'horloge 19 est également connecté à une première entrée de commande du circuit de commande 21 du transistor de puissance 13 du deuxième découpeur 6a. La seconde entrée de oerde du circuit 21, qui est égalen~r.t un amplificateur-conformateur, est reliée à la sortie d'un second comparateur 22, lequel est connecté par ses entrées aux bornes de inducteur 14 du moteur 15, la tension de référence de ce second comparateur 22 étant une tension continue VREF 2 ajustable par un potentiomètre 23. Le dispositif d'alimentation qui vient d'entre décrit fonctionne de la manière suivante. La haute tension continue disponible aux bornes du condensateur de lissage 3 est appliquée à 1 'entrée du premier découpeur 6. Quand le transistor 8 est dans son état de conduction, le condensateur 11 se charge à travers la self 9 et la résistance 10. La tension Vf prélevée aux bornes du condensateur 11 est alors appliquée à l'entrée du comparateur 20 qui la compare à la tension de référence VREF 1 de 12 V et amplifie l'écart VREF 1 Vf. Le signal de sortie S du comparateur 20, représentatif de cet écart, est alors applique à l'entrée du circuit de commande 18.Celui-ci est conçu pour bloquer le transistor 8 à chaque fois qu'il est activé par une impulsion d'horloge et pour le rendre de nouveau conducteur au bout d'un temps T1 inversement proportionnel au niveau du signal S. Ainsi, plus la valeur de Vf sera éloignée de VREF 1 7 plus la durée de conduction du transistor 8 sera longue et, de cette façon, la tension de sortie Vf du premier découpeur 6 est stabilisée à la valeur de VREF 1 c'est-à-dire à 12 V. Il est à noter ici que la diode 12 récupère l'énergie de la self 9 pour la transférer dans le condensateur 11 après chaque blocage du transistor 8. Dans l'application du dispositif de l'invention à une machine à coudre, la tension Vf de 12 V sert à alimenter d'une part les lampes d'éclairage et éventuellement les circuits de programmation, et, d'autre part, l'inducteur 14 du moteur 15, à travers le deuxième découpeur 6a qui a pour fonction de maintenir la vitesse de rotation du moteur à une valeur de consigne constante correspondant à la tension de référence VREF 2 ajustable au moyen du potentiomètre 23. Plus précisément, la vitesse instantanée du moteur est déterminée par sa force contre-électromotrice mesurée aux bornes de l'inducteur 14 par le comparateur 22 et, en fonction de l'écart entre cette force contre-électromotrice et la tension de référence affichée VREF 2' le deuxième découpeur 6a agit de la même façon que le premier pour réguler la tension d'excitation de l'inducteur 14 du moteur de telle façon que la vitesse de rotation de celui-ci soit stabilisée à la vitesse de consigne susmentionnée. Il est à noter ici que, par le fait que les circuits de commande 18 et 21 des deux découpeurs sont activés par le même générateur d'impulsions d > hor- loge 19, les transistors 8 et 13 sont bloqués simultanément ce qui élimine tout risque de perturbations dans les fonctionnements des deux découpeurs. Enfin, dans le dispositif de l'invention, les comparateurs 20 et 22 mesurent l'intensité du courant traversant les résistances 10 et 16 pour provoquer un blocage des transistors 8 et 13 en cas de surintensité dangereuse. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation électrique destiné à engendrer une première tension continue fixe et au moins une deuxième tension continue variable, à partir d'une tension alternative unique, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de redressement (1, 3) de la tension alternative à la sortie duquel est connecté un premier découpeur à semi-conducteur (6) alimentant au moins un deuxième découpeur à semi-conducteur (6a) qui alimente lui-même la charge (14) destinée à être excitée par la deuxième tension continue, chacun de ces decoupeurs étant associé à un circuit de commande (18, 21) du découpage de son courant d'entrée, piloté par l'écart entre sa tension de sortie instantanée et une tension de référence respective (VREF 1 > REF V REF 1' REF 2 pour stabiliser ladite tension de sortie à la valeur de cette dernière, la tension de référence (VREF 1) du premier découpeur étant égale à la première tension continue et celle (VREF 2) du deuxième découpeur étant égale à la deuxième tension continue. 2. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de redressement comprend un pont redresseur double alternance (1) entre les bornes de sortie (4, 5) duquel est monté uncondensateur de lissage (3). 3. Dispositif d' alimentation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier découpeur (6) comprend, connectés successivement en série entre les bornes de sortie (4, 5) du circuit de redressement, un transistor de commutation (8), une self (9), une première résistance (10) et un condensateur (11) dont la tension (Vf) constitue la tension de sortie du premier découpeur, une diode (12) étant connectée en polarité inverse entre le transistor (8) et la borne du condensateur (11) reliée au circuit de redressement. 4. Dispositif d'alimentation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de commande du premier découpeur (6) est constitué par un premier amplificateur-conformateur (18) pilotant le transistor de commutation (8) et activé, d'une part, par des impulsions d'horloge et? d'autre part, par le signal de sortie d'un premier comparateur (20) dont l'entrée est connectée aux bornes du condensateur (11) et dont la tension de référence (VREF 1) est égale à ladite première tension continue, le premier amplificateur-conformateur (18) étant conçu pour bloquer le transistor de commutation (8) à l'arrivée de chaque impulsion d'horloge et pour le rendre conducteur au bout d'unepériode de temps inversement proportionnelle au niveau du signal de sortie du premier comparateur (20). 5. Dispositif d'alimentaticn selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier comparateur (20) mesure en outre la tension aux bornes de la première résistance (10) pour déclencher un blocage du transistor (8) en cas de surintensité dangereuse dans le premier découpeur (6). 6. Dispositif d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le deuxième découpeur (6a) comprend, connectés successivement en série entre les bornes de sortie du premier découpeur (6), un transistor de puissance (13), la charge (14) et une deuxième résistance (16), une diode (17) étant connectée en polarité inverse entre le transistor de puissance (13) et la borne de sortie du premier découpeur (6) à laquelle est connectée la deuxième résistance (16). 7. Dispositif d'alimentation selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de commande du deuxième découpeur (6a) est constitué par un deuxième amplificateur-conformateur (21) pilotant le transistor de puissance (13) et activé, d'une part, par des impulsions d'horloge et, d'autre part, par le signal de sortie d'un deuxième comparateur (22) dont l'entrée est connectée aux bornes de la charge (14) et dont la tension de référence (VREF 2) est égale REF 2 à ladite deuxième tension continue, le deuxième amplificateur -conformateur (21) étant conçu pour bloquer le transistor de puissance (13) à l'arrivée de chaque impulsion d'horloge et pour le rendre conducteur au bout d'une période de temps inversement proportionnelle au niveau du signal de sortie du deuxième amplificateur (22). 8. Dispositif d'alimentation selon la revendication 7, caractérisé en ce que le deuxième comparateur (22) mesure en outre la tension aux bornes de la deuxième résistance (16) pour déclencher un blocage du transistor de puissance (13) en cas de surintensité dangereuse dans le deuxième découpeur (6a). 9. Dispositif d'alimentation selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les circuits de commande (18, 21) des deux découpeurs (6, 6a) sont activés par un seul et même générateur d'impulsions d'horloge (19). 10. Machine à coudre électrique à moteur à courant continu, caractérisé en ce qu'elle est équipée d'un dispositif d'alimentation conforme à lune quelconque des revendications 1 à 9, alimenté par la tension secteur et dans lequel les tensions de référence (VREF 1 VREF 2) des premier et deuxième découpeurs (6, 6a) sont respectivement une basse tension continue fixe et une basse tension continue ajustable, la charge (14) étant en outre constituée par l'inducteur du moteur (15).