Brevet FR2606947A1 — publié le 19880520

Dispositif de commutation pour assurer la continuité de la fourniture d'énergie, par une alimentation, à un matériel portable et alimentation comportant un tel dispositif. La présente invention se rapporte à un dispositif de commutation destiné à assurer la fourniture continue d'énergie à un équipement portable, à partir d'une alimentation comportant deux sources de tension continue. Il est connu d'utiliser une alimentation faite de deux sources distinctes, constituées de piles ou de batteries, pour alimenter, avec l'une des sources un équipement portable; dans ce qui suit et dans les revendications le mot portable est pris dans son sens large et s'applique à tous les matériels relativement faciles à porter et prévus pour être utilisés n'importe où. Dans ces matériels portables l'alimentation se fait à travers un dispositif de commutation manuel ou automatique qui choisit celle des deux sources dont le niveau de tension est le plus élevé. Le dispositif à commutation manuelle, n'est prévu que pour permettre, après une interruption d'alimentation due à une source défaillante, la reprise du fonctionnement normal grâce à la mise en service de l'autre source par un opérateur; il ne peut donc strictement pas assurer avec sécurité un fonctionnement ininterrompu d'un équipement électronique. Le dispositif automatique présente, lui aussi, divers inconvénients et, en particulier, il donne lieu à des commutations fréquentes lorsque les deux sources sont sensiblement dans le même état de charge, ce qui conduit à décharger progressivement les deux sources sans qu'une commutation de sources puisse être interprétée, avec la moindre certitude, comme un état alarmant d'une des sources, nécessitant un échange ou une recharge de cette source.De plus chaque commutation provoque une interruption qui, même si elle est de très courte durée, peut causer de graves perturbations et nécessiter une réinitialisation ou une resynchronisation; c'est généralement le cas avec les systèmes modernes de transmission à codage, à évasion de fréquence, etc... La présente invention a pour but d'éviter ou pour le moins de réduire ces inconvénients des dispositifs connus de commutation de sources d'alimentation. Ceci est obtenu, en particulier, par un dispositif de commutation dont les critères de déclenchement sont différents de ceux jusqu'alors utilisés dans les dispositifs connus. Selon l'invention un dispositif de commutation pour assurer la continuité de la fourniture d'énergie à un matériel portable, à partir d'une alimentation comprenant deux sources de tension continue distinctes, le dispositif comportant deux entrées respectivement reliées aux deux sources, une sortie, deux circuit de commutation pour coupler, au choix, l'une des deux entrées à la sortie et un circuit de basculement pour commander le choix des circuits de commutation, le circuit de basculement étant relié aux deux entrées, est caractérisé en ce que le circuit de basculement privilégie le couplage de celle des deux entrées aux bornes de laquelle la tension est depuis le plus longtemps établie à une valeur supérieure, au moins en valeur absolue, à une valeur donnée. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaitront à l'aide de la description ci-après et de la figure s'y rapportant qui représente le schéma électrique d'un dispositif de commutation selon l'invention. La figure représente un dispositif de commutation comportant une première entrée à deux bornes 1, 3, une seconde entrée à deux bornes 2, 4 et une sortie à deux bornes 33, 34 ; les bornes 3, 4 et 34 sont à la masse. Deux sources d'alimentation continue, A, B, qui, dans l'exemple décrit, sont des piles au lithium, peuvent être branchées respectivement aux bornes de la première et de la seconde entrée, avec leur pôle positif relié à la borne 1 pour la source A et relié à la borne 2 pour la source B. La borne 1 est reliée aux premières extrémités d'une résistance 9 et d'une résistance 17, à l'émetteur d'un transistor PNP 19 et à la première borne du contact unipolaire 5 d'un relais 5, 7 dont la bobine 7 est reliée d'un coté au collecteur du transistor 19 et de l'autre côté à la masse à travers un interrupteur 28. La seconde extrémité de la résistance 9 est reliée à la grille d'un transistor à effet de champ 11 (field effect transistor ou FET dans la littérature anglo-saxonne) et au collecteur d'un transistor NPN 22. Le drain du transistor 11 est relié à l'anode d'une diode Zener 13 dont la cathode est reliée à travers une résistance 15 au point commun à la seconde extrémité de la résistance 17 et à la base du transistor 19.La source du transistor 11 est reliée à la base d'un transistor NPN, 21, dont l'émetteur est relié au poin commun à la bobine 7 du relais 5, 7 et à l'interrupteur 28. Une diode électroluminescente 29 (light emitting diode ou LED dans la littérature anglo-saxonne) et une résistance 31, en série, sont montées en parallèle sur la bobine 7. La seconde borne du contact unipolaire du relais 5, 7 est reliée à la cathode d'une diode 25 dont l'anode est à la masse, et est reliée, à travers une inductance 23, à la borne 33. Un ensemble d'éléments identiques à celui qui vient d'être décrit entre les bornes 1, 3 et la borne 33, se retrouve entre les borne 2, 4 et la borne 33, les éléments de cet autre ensemble en sont désignés par les mêmes références augmentés d'une unité à l'exception de l'interrupteur 28 qui est commun aux deux ensembles et du transistor 22 qui correspond au transistor 21. Par ailleurs les grilles des transistors 11 et 12 sont respectivement reliees aux collecteurs des transistors 22 et 21 et un condensateur 27 est monté entre les deux bornes 33, 34 de la sortie. Ainsi le dispositif selon la figure présente une totale symétrie des éléments qui le constituent entre sa première entrée et sa borne de sortie 33 et entre sa seconde entrée et sa borne de sortie 33. Le fonctionnement du dispositif selon la figure est le suivant. Le montage est tout d'abord considéré sans aucune source sur ses entrées; puis la source A est branchée sur l'entrée 1, 3 tandis que l'entrée 2, 4 ne reçoit aucune source. La résistance 9, de valeur élevée (1 M.ohms dans l'exemple décrit), applique la tension de la source A sur la grille du transistor 1 1 si bien que ce transistor devient conducteur; un courant Il peut alors s'établir dans la série d'éléments 17, 15, 13, 11 et la jonction base-émetteur du transistor 21 à condition que l'interrupteur 28 soit fermé et que la source A, qui est toujours la seule source branchée sur dispositif, ait une tension supérieure à la tension de coude de la diode Zener 13. Si ces deux conditions sont remplies la transistor 19 conduit, excite la bobine 7 du relais 5, 7 et le contact 5 se ferme. La tension de la source A est alors présente sur la borne de sortie 33. De plus le transistor 21 étant rendu conducteur par injection de courant dans sa base, son espace collecteur-émetteur court-circuite à la masse, à travers l'interrupteur 28 qui est fermé, la grille du transistor 12. Dans ces conditions, si la source, B, est alors branchée sur la seconde entrée 2, 4, elle n'a aucun effet sur l'équilibre du dispositif étant donné que la grille du transistor 12 étant à la masse, un courant, I2, ne peut pas s'établir dans la série d'élément, 18, 16, 14, 12 et la jonction base-émetteur du transistor 22 ; le transistor 20 zest pas rendu conducteur et la bobine 8 du relais 6, 8 n'est pas excitée si bien que le contact 6 du relais 6, 8 reste ouvert et que la sortie 33, 34 n'est en liaison qu'avec la source A. Compte tenu de la symétrie du schéma électrique du dispositif de commutation selon la figure, la réciproque de l'explication ci-avant est valable si la source B est connectée la première sur l'entrée 2, 4. Que se passe-t-il maintenant dans l'hypothèse où les deux sources sont connectées et où le contact 5 est fermé et, donc, le contact 6 ouvert, c'est-à-dire dans l'hypothèse ou la source A est utilisée et la source B mise en réserve, comme il va apparaitre ci-après? - La source A se décharge jusqu'à une valeur de tension minimale acceptable, déterminée par le choix de la diode Zener 13. Au dessous de cette valeur le courant I1 s'interrompt et cesse de maintenir à la masse la grille du transistor à effet de champ 12 ; le courant I2 s'établit donc, avec, pour conséquence, I'excitation de la bobine 8 du relais 6, 8. Simultanément le transistor 19 cesse de conduire et le contact 5 du relais 5, 7 s'ouvre puisque sa bobine 7 n'est plus excitée.La source B a remplacé la source A et applique sa tension sur la sortie 33, 34. La source A, qui est une pile au lithium,peut alors être débranchée afin d'être remplacée; dans le cas où la source est une batterie conçue pour être rechargée plus rapidement qu'elle ne se décharge dans l'utilisation qui en est faite, la source A peut, après avoir été débranchée, être rechargée puis rebranchée sur l'entrée 1, 3. Le condensateur 27, kinductance 23 et la diode 25 ainsi que l'inductance 24 de la diode 26 assurent deux fonctions essentielles; d'unie part les inductances 23 et 24 limitent le gradient de courant, respectivement dans les contacts 5 et 6, lorsque ces contacts se ferment pour permettre l'utilisation des sources; d'autre part, à couverture d'un des contacts 5 ou 6, I'inductance correspondante, c'est-à-dire 23 pour 5 et 24 pour 6, laisse écouler, à travers la diode 25 pour 23 et à travers la diode 26 pour 24, I'énergie qu'elle a emmagasinée ce qui, en combinaison avec l'effet de lissage dO au condensateur 27, maintient constante la tension sur la sortie 33, 34 pendant le temps de basculement des contacts 5 et 6 ouverture de 5 et fermeture de 6 ou le contraire. Les diodes electroluminescentes 29 et 30 s'allument respectivement quand les bobines 7 et 8 sont excitées, c'est-à-dire quand, respectivement, les sources A et B sont en fonctionnement. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit; elle s'applique de façon plus générale à tout dispositif de commutation qui aurait sa sortie couplée à l'une quelconque de ses deux entrées tant que la source branchée sur cette entrée fournirait une tension suffisante et qui permettrait de coupler la sortie à l'autre entrée dès que la source de l'entrée initialement couplée descendrait au-dessous d'une valeur critique. De même il est possible, sans sortir du cadre de l'invention, de remplacer les relais électromécaniques 5, 7 et 6, 8 par des composants électroniques, tels que des transistors bipolaires, capables de couper ou d'établir une liaison sous la commande d'un signal. II est également possible, lorsque les deux sources sont des batteries, d'utiliser une batterie de forte capacité et une batterie de faible capacité, cette dernière batterie étant prévue pour servir de source de réserve et le dispositif comportant un circuit de recharge pour, chaque fois que c'est possible, recharger la batterie à faible capacité à l'aide de la batterie à forte capacité. De même le dispositif pourrait être réalisé sous forme de circuits logiques dont les signaux des entrées correspondant aux deux sources A et B seraient 0 ou 1 selon l'état de charge de ces sources. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commutation pour assurer la continuité de la fourniture d'énergie à un matériel portable, à partir d'une alimentation comprenant deux sources de tension continue distinctes (A, B), le dispositif comportant: deux entrées respectivement reliées aux deux sources (1,3 ; 2, 4) une sortie (33, 34), deux circuits de commutation (5, 6) pour coupler, au choix, I'une des deux entrées à la sortie et un circuit de basculement (7-22) pour commander le choix des circuits de commutation, le circuit de basculement étant relié aux deux entrées, caractérisé en ce que le circuit de basculement privilégie le couplage de celle des deux entrées aux bornes de laquelle la tension est depuis le plus longtemps établie à une valeur supérieure, au moins en valeur absolue, à une valeur donnée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de basculement comporte: deux circuits de comparaison de tension (9, 11, 13, 15,-17; 10, 12, 14, 16, 18) respectivement couplés aux deux entrées, deux circuits de commande (7, 19; 8, 20), déclenchés respectivement par les deux circuits de comparaison, pour commander respectivement les deux circuits de commutation (5, 6) et un premier et un second circuit d'inhibition (21, 22) pour inhiber respectivement l'un et l'autre des circuits de commande, le premier et le second circuit d'inhibition étant respectivement couplés au circuit de comparaison (10, 12, 14, 16, 18) qui déclenche llautre des circuits de commande et au circuit de comparaison (11, 13, 15, 17, 19) qui déclenche l'un des circuits de commande. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'i comporte un circuit d'accumulation d'énergie (23-27) branché sur la sortie, pour accumuler de l'énergie lorsqu'une entrée est couplée à la sortie et la restituer, au moins partiellement, lorsque celle des entrées qui était couplée à la sortie est remplacée par l'autre entrée dans le couplage avec la sortie. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte deux circuits de visualisation (29, 31 30, 32) respectivement couplés aux deux circuits de commande (7, 19 ; 8, 20). 5. Alimentation, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.