Brevet FR2585824A1 — publié le 19870206

CaDteur de Droximité à changement de consommation. L'invention concerne un capteur de proximité à changement de consommation, alimenté en courant continu à partir d'une source d'alimentation. Le problème posé par ce genre de capteur est celui de leur tension minimale de fonctionnement. Il faut en effet que, si le capteur est en état conducteur, il existe une chute minimale de tension pour faire fonctionner le capteur. Les capteurs connus présentent des tensions résiduelles en état conducteur de l'ordre de 5V, ou de l'ordre de 3V dans le meilleur des cas, ce qui est beaucoup trop dans certains cas. L'un des buts de l'invention est de proposer un capteur acceptant de fonctionner avec une tension résiduelle très basse. Un autre but de l'invention est de proposer un capteur à deux voies d'alimentation pouvant fonctionner ensemble ou séparément. L'invention a pour objet un capteur de proximité à changement de consommation, alimenté en courant continu à partir d'une source d'alimentation, caractérisé en ce que son circuit d'alimentation comprend: - une capacité en parallèle sur le circuit de détection et jouant le rôle de réservoir; - une branche d'alimentation en courant continu d'intensité faible, comprenant une résistance forte et une diode; - une branche d'alimentation en courant découpé comprenant un transistor et un circuit de pompage; - la commutation d'une branche à l'autre s'effectuant par commande dudit transistor sous l'action du circuit de détection lors du franchissement par la cible de la limite de zone de proximité. Selon d'autres caractérlstiques de l'invention: - le circuit de pompage comprend un transistor de type MOS en série avec une inductance, leur point commun étant relié à ladite capacité par l'intermédiaire d'une diode , de sorte que le transistor de type MOS assure le découpage du courant, et l'inductance le pompage à travers la diode; - en série avec la diode est prévue une diode électro-luminescente pour visualiser le fonctionnement du circuit de pompage; - le transistor de type MOS a sa grille commandée par un autre transistor par l'intermédiaire d'une porte inverseuse;; - ledit autre transistor a sa base reliée d'une part à la source dudit transistor et d'autre part à une capacité reliée par ailleurs à la borne négative de la source d'alimentation, de sorte que les variations de la tension aux bornes de cette capacité commandent par l'intermédiaire dudit autre transistor, le découpage du courant par le transistor de type MOS; - il comporte deux sources d'alimentation en courant continu indépendantes avec chacune deux branches d'alimentation, l'une en courant continu, l'autre en courant découpé, mais un seul circuit de découpage et de pompage; - les deux transistors de la branche d'alimentation en courant découpé sont reliés par leurs sources au circuit de pompage par l'intermédiaire d'une petite résistance;; - les grilles desdits transistors de la branche d'alimentation en courant découpé, sont reliées chacune d'une part à une sortie du circuit de détection d'autre part à la grille d'un transistor monté en parallèle sur une diode électro-luminescente montée en série avec ladite diode dans le circuit de pompage, de façon à visualiser la source d'alimentation en service. D'autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description qui suit faite avec référence au dessin annexé sur lequel on peut voir: Figure 1 un schéma symbolique d'un exemple de réalisation d'un capteur de proximité, selon l'invention; Figure 2 : un schéma symbolique d'une variante de réalisation, à deux voies d'alimentation, d'un capteur de proximité, selon l'invention. En se reportant à la figure 1, on voit que le circuit de détection 1 est alimenté, à partir d'une source d'alimentation 2-3, par l'intermédiaire du dispositif selon l'invention. Le circuit de détection 1 est du type inductif ou à base de courant de Foucault et sa sortie 20 change d'état en fonction de la position de la cible; ce circuit de détection doit consommer très peu de courant. L'originalité du dispositif selon l'invention est qu'il ne demande qu'une chute de tension d'environ 0,7 V pour assurer le fonctionnement du circuit de détection 1 qui, lui, doit disposer, pour fonctionner, d'environ 3 V. Le dispositif selon l'invention réalise donc une augmentation de tension par découpage de courant et pompage. Si l'on revient à la figure 1, on voit qu'en parallèle sur l'alimentation du circuit de détection 1, se trouve une capacité 4, reliée d'une part directement au pôle négatif 3 de la source d'alimentation, d'autre part à son pôle positif 2 par l'intermédiaire d'une résistance 5 et d'une diode 6. Le pôle positif 2 de la source d'alimentation est par ailleurs relié au drain d'un transistor MOS 7 dont la grille est polarisée par le circuit de détection 1, et dont la source est reliée à une capacité 8 reliée elle-même au pôle négatif 3. La source du transistor MOS 7 est également reliée à une inductance 9, elle-même reliée au drain d'un deuxième transistor MOS 10, dont la source est reliée au pôle négatif 3.La grille du deuxième transistor MOS 10 est reliée par l'intermédiaire d'une porte inverseuse 1 1 au collecteur d'un transistor 12 dont l'émetteur est relié au pôle négatif 3. La base du transistor 12 est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance 13, au point commun à la capacité 8 et au transistor MOS 7. Le collecteur du transistor 12 est également relié, par l'intermédiaire d'une résistance 14, au point commun à la capacité 4 et à la diode 6. Le point commun à l'inductance 9 et au deuxième transistor MOS 10 est relié, par l'intermédiaire d'une diode 15 et éventuellement d'une diode électro-luminescente 16, au point commun à la capacité 4 et à la diode 6. Pour que le transistor MOS 7 devienne conducteur, il faut que la tension sur sa grille soit d'environ 4 V. Or la tension minimum de fonctionnement du circuit de détection 1 est de l'ordre de 3 V. Par voie de conséquence, on est assuré qu'au démarrage, le transistor MOS 7 est toujours bloqué, quelle que soit la position de la cible lors du démarrage. En l'absence de cible, l'alimentation du circuit de détection 1 est assurée par l'intermédiaire de la forte résistance 5 et la diode 6, puisque le transistor MOS 7 est bloqué. Cette alimentation est suffisante pour que le circuit de détection 1 soit à même de fonctionner. En effet, le potentiel de la borne d'alimentation positive 2 est, en amont de la charge, non représentée mais toujours présente dans le cas d'un capteur à changement de consommation, de l'ordre de 3 à 50 V environ. Du fait de la forte résistance 5, le courant qui circule dans le circuit de détection 1 est inférieur ou égal à 0,5 mA. Lorsque la cible s'approche du capteur et franchit la limite de la zone de proximité, alors le potentiel appliqué par le circuit de détection 1 à la grille du transistor MOS 7 augmente et dépasse 4 V ce qui fait conduire ce transistor 7. La diode 6 empêche la capacité 4 de se décharger à travers le transistor 7 vers la capacité 8, et la capacité 4 maintient une tension suffisante pour assurer le fonctionnement du circuit de détection 1, c'est-à-dire une tension supérieure à 3 V. Du fait que la capacité 8 n'est pas chargée, le potentiel de la base du transistor 12 est voisin de O et ce transistor 12 est bloqué. La porte inverseuse 11 maintient sur la grille du transistor MOS 10 un potentiel voisin de O et ce transistor 10, est lui aussi, bloqué. Comme le transistor 10 est bloqué, le courant qui traverse le transistor 7 va charger la capacité 8. Quand la tension aux bornes de cette capacité atteint 0,7 V environ, le transistor 12 devient conducteur, ce qui, par l'intermédiaire de la porte inverseuse 11, rend conducteur le transistor MOS 10. Le courant traversant le transistor 7 passe alors par l'inductance 9, et la capacité 8 se décharge à travers l'inductance 9 et le transistor 10. La tension aux bornes de la capacité 8 diminue alors, ce qui entraine le blocage du transistor 12 et par voie de conséquence celui du transistor 10.Il faut remarquer que la porte inverseuse Il et le transistor 10 ont une grande vitesse de commutation : on a donc un basculement à front raide, très rapide. A la suite de ce blocage très rapide du transistor 10, le courant qui se trouvait dans l'inductance 9 va passer par la diode 15 pour aller charger la capacité 4, dont la tension augmente par pompage. Le transistor 10 étant bloqué, la capacité 8 recommence à se charger et le processus recommence. On a donc un pompage à fonctionnement automatique, c'est-à-dire une auto-oscillaticn du circuit. Le rôle de la porte inverseuse 1 1 est essentiel dans la mesure où cette porte assure un basculement très rapide. En condition normale le circuit de détection 1 fonctionne sous une tension d'environ 4V, tension nécessaire pour pouvoir commander le transistor. La capacité 4 joue le rôle de réservoir d'énergie et assure cette tension. Grâce au pompage, la capacité 4 est chargée par à-coups et elle se décharge régulièrement dans le circuit de détection 1. Si la cible s'éloigne, le potentiel appliqué à la grille du transistor MOS 7 par le circuit de détection I diminue à O V et le transistor 7 se bloque. L'alimentation du circuit de détection 1 est alors de nouveau assurée à travers la résistance 5 et la diode 6. On peut monter, en série avec la diode 15 > une diode électro-luminescente 16: lorsqu'elle est allumée on voit que le circuit de pompage fonctionne, c'est-à-dire que le transistor 7 est conducteur, et donc que la cible est proche dans l'hypothèse retenue. Dans la variante de réalisation de la figure 2, on voit qu'il y a deux voies d'alimentation pour le circuit de détection 1, en provenance de deux sources d'alimentation 2a et 2b, chacune comportant une charge non représentée. Chaque voie comprend une diode Zener 17a, 1 7b de protection contre les surtensions, une forte résistance 5a, 5b en série avec une diode 6a, 6b, pour assurer la charge de la capacité 4 et l'alimentation du circuit de détection 1 lorsque la cible est éloignée, et un transistor MOS 7a, 7b dont la grille est reliée à une sortie du circuit de détection 1. Les sources des deux transistors MOS 7a et 7b sont reliées entre elles et, par l'intermédiaire d'une petite résistance 19, au circuit de pompage qui est identique à celui de la figure 1. En série avec la diode 15, on a disposé deux diodes électroluminescentes 1 6a et 16b. Chacune de ces diodes est placée entre le drain et la source d'un transistor MOS 18a, 18b, dont la grille est reliée à la grille du transistor MOS 7a, 7b, respectivement, et à la sortie correspondante du circuit de détection 1. Les deux sorties du circuit de détection sont de préférence en opposition, de sorte que l'un seulement des transistors 7a et 7b conduise. Supposons que le transistor 7a soit conducteur, et le transistor 7b bloqué. Dans ce cas, le transistor 1 8a est bloqué et le transistor 18b conducteur, et alors la diode électro-luminescente 16a est allumée et la diode 16b éteinte. On voit donc par l'intermédiaire des diodes 16a et 16b quelle est la voie en conduction. On peut choisir l'une ou l'autre des voies d'alimentation, comme précédemment, l'une se comportant en circuit normalement fermé, et l'autre en circuit normalement ouvert. On peut également choisir d'utiliser simultanément les deux voies. II peut arriver que la charge prévue sur une ligne alimentation soit mise en court-circuit, et que le courant d'alimentation devienne fort. Dans ce cas, le potentiel à la source du transistor 7 s'élève, le transistor 12 reste conducteur et le transistor 10 également. Le courant traverse l'inductance 9, et la résistance propre de cette inductance entre en jeu. Après un certain temps, la tension de source du transistor 7 remonte et ce transistor 7 se bloque. On a donc une protection automatique contre les courants d'alimentation forts dans le circuit de pompage. Pour augmenter cette protection, on place une petite résistance 19 entre l'inductance et la source du transistor 7. On voit que le capteur selon l'invention représenté par l'ensemble circuit de détection plus alimentation à pompage, est du type à variation de consommation. Lorsqu'il est bloqué, sa consommation en courant est limitée à 0,5 mA environ; et lorsqu'il est passant, le courant minimum qui peut passer est de 5 mA environ. Ce changement de consommation est assuré au franchissement par la cible de la limite de zone de proximité. La consommation réduite est assurée par l'intermédiaire d'une résistance forte, et la consommation importante par l'intermédiaire d'un transistor MOS et d'un circuit de découpage et de pompage. Revendications 1. Capteur de proximité à changement de consommation, alimenté en courant continu à partir d'une source d'alimentation, caractérisé en ce que son circuit d'alimentation comprend: - une capacité (4) en parallèle sur le circuit de détection (1) du type inductif ou à courant de Foucault et jouant le rôle de réservoir; - une branche d'alimentation en courant continu d'intensité faible, comprenant une résistance forte (5) et une diode (6); - une branche d'alimentation 'en courant découpé comprenant un transistor (7) et un circuit de pompage; - la commutation d'une branche à l'autre s'effectuant par commande dudit transistor (7) sous l'action du circuit de détection (1) lors du franchissement par la cible de la limite de zone de proximité. 2 Capteur selon la revendication 1-, caractérisé en ce que le circuit de pompage comprend un transistor (10) de type MOS en série avec une inductance (9) , leur point commun étant relié à ladite capacité (4) par l'intermédiaire d'une diode ( 15), de sorte que le transistor (tQ) de type MOS assure le découpage du courant, et l'inductance (9) le pompage à travers la diode (15). 3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'en série avec la diode (15) est prévue une diode électro-luminescente (16) pour visualiser le fonctionnement du circuit de pompage. 4 Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le transistor (10) de type MOS a sa grille commandée par un autre transistor (12) par l'intermédiaire d'une porte inverseuse (11). 5. Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit autre transistor (12) a sa base reliée d'une part à la source dudit transistor (7) et d'autre part à une capacité (8) reliée par ailleurs à la borne négative (3) de la source d'alimentation, de sorte que les variations de la tension aux bornes de cette capacité (8) commandent par l'intermédiaire dudit autre transistor (12), le découpage du courant par le transistor (10) de type MOS. 6. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux sources d'alimentation en courant continu indépendantes (2a, 2b) avec chacune deux branches d'alimentation, l'une en courant continu (5a-6a, 5b-6b), l'autre en courant découpé (7a, 7b), mais un seul circuit de découpage et de pompage (8-15) . 7. Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux transistors (7a, 7b) de la branche d'alimentation en courant découpé sont reliés par leurs sources au circuit de pompage (8-15) par l'intermédiaire d'une petite résistance(l9). 8. Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les grilles desdits transistors (7a 7b) de la branche d'alimentation en courant découpé, sont reliées chacune d'une part à une sortie du circuit de détection (1) d'autre part à la grille d'un transistor (18a, 18b) monté en parallèle sur une diode électro-luminescente (16a, 16b) montée en série avec ladite diode (15) dans le circuit de pompage, de façon à visualiser la source d'alimentation en service.