Brevet FR2593945A1 — publié le 19870807

PERFECTIONNEMENT AU DISPOSITIF DE REGULATION THERMIQUE D'UNE ENCEINTE. La présente invention concerne les dispositifs de chauffage avec régulation thermique d'un corps quelconque, plus particulièrement d'enceintes contenant des dispositifs dont les caractéristiques de fonctionnement sont très sensibles aux variations de température, tels que les oscillateurs à cristaux piézoélectriques. On connaît, par le brevet européen nO 4 233 au nom de la demanderesse, un dispositif de régulation thermique d'une enceinte comprenant, d'une part un circuit de mesure de température constitué d'un pont de résistances dont une branche comprend au moins un élément thermosensible et d'un amplificateur délivrant en sortie un signal de contrôle représentatif de l'écart entre la température mesurée de l'enceinte et une température de référence, signal dont la valeur absolue est réglée par une boucle de contreréaction, et d'autre part un circuit de chauffage de l'enceinte alimenté par une source de tension et régulé par le circuit de mesure de température.Ledit circuit de chauffage est constitué en général par au moins un circuit semiconducteur stabilisateur de tension, traversé par un courant de chauffage réglable par l'intermédiaire d'un transistor de commande soumis audit signal de contrôle. Le circuit de chauffage peut être constitué dans certains cas, par le seul transistor de commande. Dans ces deux cas, la boucle de contre-réaction de l'amplificateur de sortie du circuit de mesure de température est prélevée directement sur la sortie dudit amplificateur. Il en résulte que le gain du dispositif de régulation thermique doit être réglé pour chaque produit du fait de la dispersion des caractéristiques du transistor de commande soumis au signal de contrôle issu de l'amplificateur de sortie. On constate aussi un courant de chauffage non linéaire en fonction de la tension de commande. En conséquence, la présente invention a pour but de remédier aux défauts constatés dans le dispositif ci-dessus. Elle a donc pour objet un perfectionnement au dispositif de régulation thermique de l'enceinte décrit dans le brevet européen nO 4 233 qui consiste à connecter la boucle de contre-réaction de l'amplificateur de sortie du circuit de mesure de température entre la résistance d'émetteur du transistor de commande et l'entrée inverseuse dudit amplificateur. Ainsi, avec ce montage, la tension aux bornes de la résistance d'émetteur est proportionnelle au signal appliqué sur l'entrée noninverseuse de l'amplificateur de sortie du circuit de mesure de température. Dans ce cas, on ne dépend plus des paramètres électriques du transistor de commande et le gain en courant est lié uniquement aux valeurs de la résistance d'émetteur, de la résistance de contreréaction et des résistances du pont de mesure. I1 en résulte une bonne reproductibilité du système. Le montage de la présente invention est utilisable dans le dispositif de régulation thermique décrit dans le brevet européen n 4 233. Toutefois, ce montage est aussi utilisable dans des dispositifs de régulation thermique du type à action proportionnelle intégrale et dérivée tels que décrits dans la demande de brevet français nO 82.19584 au nom de la demanderesse. Il peut aussi être utilisé avec des circuits de chauffage tels que décrits dans la demande de brevet français nO 83.16549 au nom de la demanderesse. Différents types de circuits semiconducteurs stabilisateurs de tension peuvent être envisagés pour le circuit de chauffage. De toute façon, le circuit stabilisateur de tension comporte au moins un élément choisi parmi une diode, une -diode Zener, un transistor à effet de champ, en particulier du type MOS, un transistor bipolaire, un circuit régulateur de tension série et/ou parallèle sous forme de composants discrets ou sous forme intégrée. Selon un mode de réalisation préférentiel, chaque circuit semiconducteur est constitué par un transistor ; ce transistor a son potentiel de base fixé par un pont diviseur constitué d'une résistance et d'une diode Zener, son émetteur étant relié au collecteur du transistor du circuit semiconducteur suivant comme décrit dans le brevet européen nO 4 233 Toutefois, avec ce montage, chaque transistor de chauffage a son propre pont de polarisation, ce qui entraîne un nombre élevé de résistances et de diodes zener ainsi qu'une consommation importante. Aussi, selon une autre caractéristique de la présente invention, les circuits semiconducteurs stabilisateurs de tension reliés en série sont sourrsis à une fraction de la tension d'alimentation obtenue par un pont de résistances commun à tous les circuits semiconducteurs monté entre la tension d'alimentation et la résistance d'émetteur du transistor de commande. Dans ce cas, la polarisation des circuits semiconducteurs, plus particulièrement des transistors de chauffage, est réalisée à l'aide d'un seul pont de polarisation et cette polarisation est de plus référencée par rapport à la tension aux bornes de la résistance d'émetteur du transistor de chauffage, ce qui permet de compenser la tension collecteur-émetteur de chaque transistor en fonction du courant de chauffage. Il en résulte une répartition de puissance plus homogène en fonction du courant de chauffage. D'autre part, pour diminuer le courant dans le pont de résistances, les transistors de chauffage sont de préférence du type Darlington. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description de différents modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, cette description étant faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma électrique d'un dispositif de régulation thermique d'une enceinte selon un premier mode de réalisation de la présente invention, - la figure 2 est un schéma d'un autre mode de réalisation de la présente invention et, - la figure 3 est un schéma électrique d'un troisième mode de réalisation de la présente invention. Pour simplifier la description, sur les figures les mêmes références désignent les mêmes éléments. Le perfectionnement de la présente invention sera tout d'abord décrit avec référence à la figure 1 qui représente un dispositif de régulation thermique d'une enceinte du type de ceux décrits dans le brevet européen nO 4 233 au nom de la demanderesse. Comme représenté sur la figure I, ce dispositif comporte essentiellement un circuit de mesure de température référencé A et un circuit de chauffage référencé B. Le circuit de mesure A comporte un ou plusieurs éléments thermosensibles ou capteurs de température R4 connectés en série. Ces capteurs sont inclus dans une branche d'un pont de résistances dont les trois autres branches comportent des résistances R1, R2, R3. Une des diagonales du pont est alimentée en tension continue et reçoit à cet effet une tension VB au point P, le point Q opposé de la diagonale étant à la masse. Les extrémités XY de l'autre diagonale du pont sont reliées aux deux entrées d'un amplificateur opérationnel Z muni d'une boucle de contre-réaction comprenant une résistance R5 dont le montage sera explicité ci-après. Le circuit de chauffage B comporte une chaîne de transistors connectés en série par leur émetteur et leur collecteur et référencés T1 à Tn. Ces transistors sont montés en régulateurs de tension. La base des transistors TI à Tn est maintenue à un potentiel constant par un pont résistance-diode Zener tel que R'n et CRn pour le transistor Tn. Le transistor TC monté en série avec le transistor T1 assure la fonction de transistor de commande. La base du transistor TC est reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel Z à travers un pont diviseur RA-RB dont le rôle est d'assurer une liaison tenant compte des conditions particulières de polarisation de l'amplificateur Z. Ce pont diviseur de rapport convenable permet de diminuer la tension résiduelle de sortie de l'amplificateur à son niveau bas pour l'amener à une valeur inférieure à la tension de blocage de la base du transistor TC.Le montage du transistor TC en émetteur-suiveur fait que sa tension de base se retrouve au niveau de son émetteur et comme celui-ci est connecté à la masse par l'intermédiaire d'une résistance d'émetteur R9, le courant I de la chaîne des transistors TC, T1 à- Tn, est déterminé par les variations de la tension de base du transistor TC, qui peut participer au même titre que les autres transistors au chauffage de l'enceinte. Conformément à la présente invention, la résistance R5 de la boucle de contre-réaction de l'amplificateur de sortie Z est connectée entre la résistance d'émetteur R9 et l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel Z. Avec ce montage, la tension aux bornes de la résistance d'émetteur R9 est proportionnelle à la tension sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur Z. D'autre part, on ne dépend plus du tout des paramètres électriques du transistor TC et le gain en courant est lié aux valeurs des résistances R1, R2, R5 et R9, ce qui permet une bonne reproductibilité du système. Par ailleurs, le fonctionnement du circuit ci-dessus est identique au fonctionnement décrit dans le brevet européen nO 4 233 auquel on se réfèrera. De plus, il est évident pour l'homme de l'art que toutes les modifications apportées au circuit de chauffage et décrites dans le brevet européen nO 4 233 peuvent être incorporées à la présente invention notamment en ce qui concerne le circuit de limitation de courant constitué par un transistor amplificateur attaqué sur sa base par un signal lié au courant à limiter et agissant par son collecteur sur la base du transistor TC de commande. On décrira maintenant avec référence aux figures 2 et 3, deux autres modes de réalisation de la présente invention. Dans ces deux modes de réalisation, le circuit de mesure de température a été modifié pour incorporer un dispositif de régulation à action proportionnelle, intégrale et dérivée tel que décrit dans la demande de brevet français n" 82.19584 au nom de la demanderesse. Comme représenté sur la figure 2, une tension d'alimentation positive VA alimente un générateur de tension stabilisée 1 dont la tension de sortie VB est destinée à l'alimentation d'un pont de résistances et de cinq amplificateurs opérationnels AO à A4. Le pont de résistances comporte une résistance R3 dont une première extrémité est mise à la tension VB et dont la seconde extrémité, à laquelle est présente une tension de mesure VTH, est reliée à au moins une thermistance à coefficient de température négatif CTN dont l'extrémité opposée est mise à la masse. La tension de mesure VTH est ainsi une fonction décroissante de la température.D'autre part, la tension VB alimente également une deuxième branche du pont constituée par la résistance R1 montée entre la tension VB et un point milieu présentant une tension de référence Vréf., ce point milieu étant connecté à une résistance R2 dont l'autre borne est mise à la masse. Une capacité de découplage C1 est prévue entre les deux branches du pont de résistances. D'autre part, la tension de mesure VTH est envoyée sur un amplificateur opérationnel AO monté en suiveur de tension. La sortie de l'amplificateur AO est envoyée sur les entrées inverseuses de trois amplificateurs opérationnels Al, A2, A3 montés en parallèle dont les entrées non inverseuses directes reçoivent la tension de référence Vréf..Les trois amplificateurs opérationnels Al, A2, A3 sont destinés respectivement aux corrections proportionnelle, intégrale et dérivée et sont réalisés comme décrit dans la demande de brevet français n" 82.19584. En conséquence, l'amplificateur Al est un amplificateur à action proportionnelle, l'amplificateur A2 est un amplificateur à action intégrale et l'amplificateur A3 est un amplificateur à action dérivée. Les sorties des amplificateurs Al, A2, A3 sont connectées respectivement par l'intermédiaire de trois résistances R10, Roll, R12 sur la borne inverseuse d'un amplificateur opérationnel A4 de sortie dont l'entrée non inverseuse directe reçoit la sortie de l'amplificateur AO.De même, la sortie du générateur 1 est connectée par l'intermédiaire de la résistance R13 sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur A4 Conformément à la présente invention, l'amplif icateur A4 est muni d'une boucle de contreréaction constituée par une résistance R5 qui est montée entre la résistance R9 d'émetteur du transistor de commande TC et l'entrée inverseuse de l'amplificateur A4. Le fonctionnement de ce circuit est identique au fonctionnement du dispositif de régulation décrit dans la demande de brevet français nO 82.19584. Toutefois, par suite du montage de la boucle de contre-réactionS la tension aux bornes de la résistance d'émetteur R9 est proportionnelle à la somme des signaux délivrés par Al, A2, A3 et VB et le gain en courant est uniquement lié aux valeurs des résistances RIO, Ril, R12 R13, R5 et R9, ce qui permet d'obtenir une bonne reproductibilité du circuit puisqu'on ne dépend plus des paramètres électriques du transistor de commande TC Comme représenté sur les figures 2 et 3, le circuit de chauffage a, lui aussi, été modifié par rapport au circuit de chauffage décrit dans le brevet européen n" 4 233 ou dans la demande de brevet français n0 82.19584. Dans ce cas en effet, les bases des transistors de chauffage T1, T2, Tn sont connectées à un pont diviseur commun constitué des résistances R'1, R'2, R'3, R'n, montees entre le point commun à R5 et R9 et la tension d'alimentation VA. L'avantage de ce montage est de diminuer le nombre de composants à câbler et de réduire la consommation puisque le pont ne- comporte que des résistances en série. D'autre part, la polarisation des différents transistors est référencée par rapport à la tension aux bornes de la résistance d'émetteur R9, ce qui a pour but de compenser la tension collecteur-émetteur de chaque transistor en fonction du courant de chauffage. Par ailleurs, comme mentionné dans la demande de brevet français nO 83.16549 au nom de la demanderesse, les transistors TC, T1, T2, Tn seront de préférence des transistors du type Darlington de manière à diminuer le courant dans le pont de résistances R'1 à R'n. Sur la figure 3, on a représenté une variante de réalisation du dispositif de régulation de la figure 2. Dans ce cas, l'amplificateur opérationnel Al à action dérivée a été remplacé par un amplificateur A'1 "suiveur-dérîvateur" dont la tension de sortie est égale à la somme de sa tension d'entrée et de sa dérivée. L'amplificateur A'1 est positionné en sortie de l'amplificateur à action proportionnelle A3. Ceci permet d'utiliser, pour l'amplificateur "suiveur-dérivateur", une capacité chimique polarisée, ce qui permet de réduire de manière appréciable I'encombrement et le coût du circuit. Les autres parties du circuit de la figure 3 sont identiques au circuit de la figure 2, notamment en ce qui concerne les perfectionnements apportés par la présente invention. Il est évident pour l'homme de l'art que toutes les variantes décrites dans le brevet européen n" 4 233 et dans les demandes de brevet français nO 82.19584 et 83.165b9 peuvent aussi s'appliquer à la présente demande. REVENDICATIONS. 1. Perfectionnement au dispositif de régulation thermique d'une enceinte comprenant un circuit de mesure de température (A) constitué d'un pont de résistances dont une branche comprend au moins un élément thermosensible (R4, CTN) et-d'un amplificateur (Z, A4) délivrant en sortie un signal de contrôle représentatif de l'écart entre la température mesurée de l'enceinte et une température de référence, signal dont la valeur absolue est réglée par une boucle de contre-réaction, et un circuit de chauffage (B) de l'enceinte alimenté par une source de tension et régulé par le circuit de mesure de températurej ledit circuit de chauffage étant constitué par au moins un transistor de commande (TC) délivrant un courant de chauffage réglable, caractérisé en ce que la boucle de réaction (R5) de l'amplificateur de sortie (Z, A4) est montée entre la résistance d'émetteur (R9) du transistor de commande et l'entrée inverseuse de l'amplificateur. 2. Perfectionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de chauffage comporte de plus au moins un circuit semiconducteur stabilisateur de tension (T1, T2, Tn), traverse par un courant de chauffage réglable par le transistor de commande (TC). 3. Perfectionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de mesure de température est constitué par un circuit de régulation à action proportionnelle, intégrale et dérivée délivrant un signal de contrôle de polarité donnée. 4. Perfectionnement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de régulation à action proportionnelle, intégrale et dérivée comporte: - un dispositif de mesure (R1, R2, R3, CTN) délivrant une tension de mesure suivant une fonction décroissante de la grandeur à mesurer, - un générateur (I) délivrant une tension de référence, - quatre amplificateurs opérationnels (Al à A4) alimentés sous une seule tension de polarité donnée et dont les trois premiers sont montés en parallèle et reçoivent chacun par leur entrée non inverseuse directe la tension de référence et à leur entrée inverseuse la tension de mesure et consistant le premier en un amplificateur à action proportionnelle, le second en un amplificateur à action intégrale et le troisième en un amplificateur à action dérivée et dont le quatrième est muni d'une boucle de réaction selon la revendication 1 et reçoit par son entrée non inverseuse directe la tension de mesure et à son entrée inverseuse les sorties des trois premiers amplificateurs et du générateur. 5. Perfectionnement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de régulation à action proportionnelle, intégrale et dérivée comporte: - un dispositif de mesure (R1, R2, R3, CTN) délivrant une tension de mesure suivant une fonction décroissante de la grandeur à mesurer, - un générateur (1) délivrant une tension de référence, - quatre amplificateurs opérationnels (All, A2, A3, A4) alimentés sous une seule tension de polarité donnée, ces quatre amplificateurs consistant en un amplificateur à action intégrale, un amplificateur monté en suiveur-dérivateur, un amplificateur à action proportionnelle et un amplificateur de sortie, l'amplificateur à action intégrale et l'amplificateur à action proportionnelle recevant chacun à leur entrée non-inverseuse directe la tension de référence et à leur entrée inverseuse la tension de mesure, I'amplificateur monté en suiveur-dérivateur étant connecté en sortie de l'amplificateur à action proportionnelle et l'amplificateur de sortie qui est muni d'une boucle de réaction selon la revendication I, recevant sur son entrée non inverseuse directe la tension de mesure et sur son entrée inverseuse les sorties de l'amplificateur à action intégrale, de l'amplificateur à action dérivée et inverseuse et du générateur. 6. Perfectionnement selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte un cinquième amplificateur opérationnel (AO) monté en suiveur et recevant la tension de mesure sur son entrée non inverseuse directe et dont la sortie est raccordée de manière à alimenter au moins un des quatre amplificateurs opérationnels par la tension de mesure. 7. Perfectionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les circuits semiconducteurs stabilisateurs de tension (T1 à Tn) reliés en série sont soumis à une fraction de la tension d'alimentation obtenue par un pont de résistances (R'l à R'n) commun à tous les circuits semiconducteurs, monté entre la tension d'alimentation et l'émetteur du transistor de commande (TC). 8. Perfectionnement selon la revendication 7, caractérisé en ce que les circuits semiconducteurs stabilisateurs de tension sont constitués par des transistors montés en Darlington.