Brevet FR2587945A1 — publié le 19870403

La présente invention se rapporte à un dispositif d'alimentation autostarter adapté pour prendre une tension continue à bas voltage sur la tension du caténaire pour assurer l'alimentation électrique et le déclenchement du fonctionnement d'appareils électriques ou électroniques de bord d'un véhicule ferroviaire, en particulier des circuits de commande du chargeur d'accumulateur. Sur la figure 1 des dessins annexés, on a,repré- senté schématiquement une partie de l'installation électrique d'un véhicule ferroviaire désigné dans son ensemble par 1. Cette installation comprend un accumulateur 2 (ou une batterie d'accumulateurs) pouvant être chargé au moyen d'un chargeur d'accumulateur 3 lequel peut etre connecté au caténaire C par l'intermédiaire d'un panthographe P. Le chargeur 3 comprend un circuit électronique de commande désigné par 4, qui reçoit son alimentation de l'accumulateur 2. A la sortie du chargeur d'accumulateur 3 peuvent être branchés d'autres appareils utilisateurs dési- gnés dans leur ensemble par 5. Pour le déclenchement du fonctionnement du chargeur d'accumulateur 3, par exemple, lorsqu'on fait monter le panthographe P, il est nécessaire que les circuits électroniques de commande 4 soient alimentés. Si l'accumulateur 2 n'est pas suffisamment charge, le chargeur d'accumulateur 3 ne peut pas se mettre en marche. Pour éviter cet inconvénient, il a déjà été proposé un autre accumulateur de réserve, par exemple du type sec, pour pouvoir assurer l'alimentation des circuits électroniques de commande 4 du chargeur au moment du déclenchement. Cette solution est malheureusement peu satisfaisante parce que l'accumulateur de réserve est lui aussi susceptible de se décharger. L'invention a donc pour objet un dispositif alitentateur autostarter qui, ainsi qu'on lia déjà indiqué plus haut, soit capable de tirer une tension continue à faible voltage de la tension du caténaire pour garantir l'alimentation électrique et le déclenchement du fonctionnement d'appareils électriques ou électroniques de bord d'un véhicule, en particulier des circuits électroniques de commande du chargeur d'accumulateur. Selon l'invention, ce but est atteint au moyen d'un dispositif alimentateur caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison - des premiers moyens redresseurs pouvant être connectés au caténaire - un condensateur connecté auxdits moyens redresseurs et destiné à se charger sous l'effet d'un courant débité par ces redresseurs - des moyens du type circuit à seuil connectés audit condensateur et adaptés pour engendrer un signal de commande lorsque la tension aux bornes dudit condensateur excède une première valeur pré-établie - un convertisseur courant continu/courant alternatif, connecté audit condensateur et auxdits moyens du type circuit à seuil, et adapté pour fournir à sa sortie un courant alternatif lorsque lesdits moyens du type circuit à seuil engendrent ledit signal de commande - des deuxièmes moyens redresseurs connectés à la sortie dudit convertisseur ; et - des moyens du type circuit de protection con bectés audit condensateur et adaptés pour limiter la charge de ce condensateur à une valeur pré-établie. Selon une autre caractéristique, un dispositif alimentateur selon l'invention destiné en particulier à assurer l'alimentation au moment de la mise en marche d'appareils qui exigent pour fonctionner correctement une tension d'alimentation supérieure à une valeur minimum pré-établie, comprend en outre - des moyens capteurs de la vitesse de décharge dudit condensateur ; - des moyens du type circuit de comparaison adaptés pour fournir audit convertisseur courant continu/courant alternatif un signal d'inhibition du fonctionnement lorsque la vitesse de décharge dudit condensateur excède une valeur pré-établie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels, la figure 1, déjà décrite, est un schéma bloc d'une partie de l'installation électrique d'un véhicule ferroviaire ; et la figure 2 est un schéma de circuit, partiellement à bloc, d'un dispositif alimentateur autostarter selon l'invention. Comme on peut le voir en se reportant à la figure 2, un alimentateur autostarter A selon l'invention comprend un circuit redresseur 10 connecté à l'entrée d'une résistance 11, qui peut être connectée à son tour au caténaire C par l'intermédiaire du panthographe P. Le circuit redresseur 10 est, par exemple, du type à pont de Graetz. Un condensateur 12 est connecté à la sortie du circuit redresseur 10 à travers une diode 13. Ce condensateur possède de préférence une capacité très élevée, par exemple d'environ-2 000 pF et il est'destiné à sé charger et, par conséquent, à accumuler de l'énergie, sous l'effet du courant qui lui est fourni par le circuit redresseur 10 à travers la diode 13. En parallèle avec le condensateur 12, est connectée une série de diodes de Zener 14 dont la fonction sera expliquée dans la suite. En parallèle avec ledit condensateur, est en outre connectée une branche de circuit dans laquelle sont disposés en série trois interrupteurs à seuil 15 constitués, par exemple, par des dispositifs dits SBS ("silicon bidirectional semiconductors", c'est-à-dire semicon ducteurs bidirectionnels au silicium), lesquels deviennent conducteurs lorsque la tension aux bornes de chacun est de l'ordre d'environ 10 V. En série avec ces dispositifs, il est prévu une diode de Zener 16 possédant, par exemple une tension de Zener égale à environ 200 v. En série avec cette diode, sont finalement connectés une résistance 17 et un condensateur 18. En 19, on a indiqué dans son ensemble un oscillateur à onde carrée dont la sortie est connectée à la base d'un transistor 20 de type npn. En 21, on a indiqué dans son ensemble un transformateur comprenant un enroulement primaire 21a connecté, d'une part, au condensateur 12 et, d'autre part, au collecteur du transistor 20. L'enroulement secondaire 21b est connecté en parallèle avec l'entrée d'un circuit redresseur à double demi-onde 22, lui aussi, par exemple, du type à pont de Graetz. Un condensateur 23 est connecté en parallèle avec la sortie du redresseur 22. En parallèle avec la sortie de ce redresseur est en outre connecté un dispositif émetteur 24 accouplé à un dispositif récepteur 25 au moyen d'un guide d'onde, indiqué schématiquement en 26. Le dispositif récepteur 25 est connecté à une entrée l9a de commande du cycle de commande du coefficient d'utilisation du circuit oscillateur 19. Par exemple, les dispositifs émetteur et récepteur peuvent comprendre, l'un une photo-diode et l'autre, un photo-transistor. En variante, les dispositifs émetteur et récepteur peuvent comprendre, respectivement, un émetteur et un détecteur d'ondes de pression (ultrasons). Outre le fait qu'il assure l'accouplement entre les dispositifs émetteur et récepteur 24, 25, le guide d'onde 26 garantit en outre un isolement galvanique ex trdmement élevé entre ces dispositifs et, par conséquent, entre le côté d'entrée et le côté de sortie du dispositif alimentateur A dans son ensemble. Au circuit oscillateur 19 sont en outre connectés un autre enroulement 21c et un condensateur 27. Un autre enroulement 21d est connecté à travers une diode redresseuse 28 et un condensateur de filtrage 29, à un diviseur formé de deux résistances 30 et 31. La borne commune à ces résistances est connectée à une première entrée d'un circuit de comparaison 32. L'autre entrée de ce circuit est connectée à un condensateur de référence 33. Une résistance 34 connecte ce condensateur à la cathode de la diode 28. La sortie du circuit de comparaison 32 est connectée à une entrée d'extinction 19b du circuit oscillateur 19. L'alimentateur autostarter décrit ci-dessus peut être connecté, par exemple, aux circuits. de commande 4 du chargeur d'accumulateur de la façon illustrée sur les dessins. Le dispositif alimentateur fonctionne de la fa çon suivante. Le courant circulant dans la résistance 11 est (éventuellement) redressé par le circuit redresseur 10 et il charge le condensateur 12 à travers la diode 13. Lorsque la tension aux bornes du condensateur 12 atteint une valeur pré-établie, par exemple 220-230 V, les dispositifs SBS 15 deviennent conducteurs et, par conséquent, un signal de commande est appliqué à l'entrée 19c dtamorçage du circuit oscillateur à onde carrée 19. Chaque fois que la tension fournie par cet oscillateur 19 se trouve au niveau "haut", le transistor 20 est rendu conducteur et un courant circule à travers l'enrou lement primaire 21a du transformateur 21 et le circuit collecteur-émetteur dudit transistor.Il en résulte qu'aux bornes de l'enroulement secondaire 21b, il appa- rait une tension (elle.aussi sensiblement à onde carrée) qui est redresse par le circuit 22, nivelée par le con densateur 23, et transmise aux appareils utilisateurs, par exemple, aux circuits de commande 4 du chargeur d'accumulateur 3. Le dispositif émetteur 24 et le dispositif récepteur 25 réalisent une action de rétro-action ("feedback", c'est-à-dire réaction) destinée à stabiliser la valeur de la tension continue fournie par les appareils utilisateurs. En effet, les variations de cette tension sont traduites, par l'intermédiaire desdits dispositifs émetteur et récepteur, en variations du coefficient d'utilisation de la tension à onde carrée engendrée par le circuit oscillateur 19. Pendant toute la durée du fonctionnement, le circuit oscillateur 19 et le transistor 20 sont alimentés par l'énergie emmagasinée dans le condensateur 5. Ce condensateur est donc -de préférence réalisé avec une capacité très élevée. Après le déclenchement du fonctionnement des appareils utilisateurs, par exemple des circuits de commande 4 du chargeur d'accumulateur 3, l'accumulateur lui-même entre en jeu pour alimenter ces appareils. Au moyen de circuits de type connu en soi et non représentés, réalisés par exemple par des combinaisons appropriées de diodes, la sortie de l'alimentateur 3 est découplée desdits appareils utilisateurs dans ces conditions. L'oscillateur 19 se bloque et le transistor 20 est inhibé. Dans ces conditions, le condensateur 12 tendrait à continuer à se charger, bien que très len t ment, en tendant à atteindre la tension du caténaire. Les diodes de Zener 14 interviennent alors pour éviter cet évé- nement et assurer la protection du condensateur 12, de sorte que ce condensateur peut se charger au maximum à une tension sensiblement égale à la somme des tensions de Zener desdites diodes. Ainsi qu'on l'a déjà indiqué plus haut, l'alimentateur autostarter A peut être appelé à garantir l'alimentation et la mise en marche d'appareils électroniques qui exigent pour fonctionner correctement une tension d'alimentation supérieure à une valeur minimum préétablie. Ceci est le cas desappareils qui comprennent des circuits intégrés qui, lorsqu'ils sont alimentés avec une tension inférieure à une valeur nominale pré-établie, pourraient engendrer des signaux indésirés et incontrôlés. Afin d'éviter qu'une diminution excessive de la tension fournie à la sortie du redresseur 22 auxdits appareils utilisateurs puisse compromettre le fonctionnement de ces derniers, le circuit comparateur 32 compare la tension de décharge du condensateur de référence 33 à une tension indicative de la tension de décharge du condensateur 12. Cette tension est effectivement la tension fournie à l'une de ses entrées par l'intermédiaire de l'enroulement 21d, -du redresseur 28 et du diviseur 30, 31. Lorsque la vitesse de décharge du condensateur 12 excède une valeur pré-établie, le signal fourni par le diviseur 30, 31 au circuit de comparaison 32 tombe audes sous de la tension aux bornes du condensateur de référence 33 et, à ce moment, le circuit de comparaison 32 éteint le circuit oscillateur 19.L'alimentation des appareils utilisateurs s'interrompt et le condensateur 12 peut se recharger. Le dispositif alimentateur autostarter selon l'invention présente de nombreux avantages. En premier lieu, il ne comporte pas de parties en mouvement, du fait qu'il est entièrement statique, et il n'exige pratiquement aucun entretien. Il ne nécessite aucune source d'énergie extérieure, du fait que la présence d'une tension sur le caténaire C est suffisante pour son fonctionnement. Ainsi qu'on l'a déjà indiqué, la partie basse tension du dispositif est accouplée à la partie haute tension par le transformateur 21 et le guide d'onde 26. En conséquence, il subsiste entre le côté d'entrée et le côté de sortie du dispositif alimentateur un degré d'isolement extrêmement élevé. Le dispositif est donc très sûr. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. REVEND ICATIOS 1 - Dispositif alimentateur autostarter adapté pour tirer une tension continue à bas voltage de la tension de caténaire pour garantir l'alimentation electri- que et le déclenchement du fonctionnement d'appareils électriques et électroniques de bord d'un véhicule ferroviaire (1), en particulier, des circuits de commande (4) du chargeur d'accumulateur (3), caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison :: des premiers moyens -redresseurs (10) qui peuvent être connectés au caténaire (C) un condensateur (12) connecté auxdits moyens redresseurs (10) et destiné à se charger sous l'effet du courant débité par ces derniers t des moyens du type circuit à seuil (15) connectés audit condensateur (12) et adaptés pour engendrer un signal de commande lorsque la tension aux bornes dudit condensateur (12) excède une valeur pré-établie ; un convertisseur courant continu/courant alternatif (19 à 21) connecté audit condensateur (12) et auxdits moyens du type circuit à seuil (19, 16) et adapté pour fournir à sa sortie un courant alternatif lorsque lesdits moyens du type circuit à seuil (15, 16) engendrent le dit signal de commande ;; des deuxièmes moyens redresseurs (22) connectés à la sortie dudit convertisseur (19 à 21) et des moyens du type circuit de protection (14) connectés audit condensateur (12) et adaptés pour limiter la charge de ce condensateur (12) à une valeur pré-établie. 2 - Dispositif alimentateur autostarter selon la revendication 1, en particulier pour l'alimentation d'appareils (4) qui exigent pour fonctionner correctement une tension d'alimentation supérieure à une valeur minimum pré-établie, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : des moyens capteurs (21b, 28 à 31) de la vitesse de décharge dudit condensateur (12) ; et des moyens du type circuit de comparaison (32 à 34) adaptés pour four nir audit convertisseur (19 à 21) un signal d'inhibition du fonctionnement lorsque la vitesse de décharge dudit condensateur (12) excède une valeur pré-établie. 3 - Dispositif alimentateur autostarter selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens du type circuit de protection comprennent une pluralité de diodes de Zener (14) en série entre elles, connectées en parallèle avec ledit condensateur (12). 4 - Dispositif alimentateur autostarter selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit convertisseur (19 à 21) comprend un circuit oscillateur à onde carrée (19) ; un transistor (20) dont la base est connectée à la sortie dudit circuit oscillateur (19) ; un transformateur (21) dont l'enroulement primaire (21a) est connecté, d'une part, audit condensateur (12) et) d'autre part, au circuit collecteur/émetteur dudit transistor (20) tandis que son enroulement secondaire (21b) est connecté auxdits deuxièmes moyens redresseurs (22). 5 - Dispositif alimentateur autostarter selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que lesdits moyens capteurs de la vitesse de décharge dudit condensateur (12) comprennent un enroulement supplémentaire (21d) dudit transformateur (21). 6 - Dispositif alimentateur autostarter selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'audit enroulement (21d) est connecté un redresseur (28) et en ce que lesdits moyens du type circuit de comparaison comprennent un circuit comparateur (32) possédant une première entrée connectée audit redresseur (28) et une deuxième entrée connectée à un condensateur de référence (33 qui possède une constante de temps de décharge pré-établie. 7 - Dispositif alimentateur autostarter selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, comprenant en outre des moyens de rétro-action prévus pour la régula tion de la tension continue à bas voltage fournie à la sortie, caractérisé en ce que lesdits moyens de rétro-action comprennent : un dispositif émetteur (24) connecté à la sortie desdits deuxièmes moyens redresseurs (22) un dispositif récepteur (25) dont la sortie est connectée à une entrée de commande du coefficient d'utilisation dudit circuit oscillateur (19) , et un guide d'onde (26) qui accouple le dispositif émetteur (24) au dispositif récepteur (25), tout en maintenant lesdits dispositifs émetteur et récepteur (24, 25) isolés électriquement l'un de l'autre.