Brevet FR2608289A2 — publié le 19880617

FR 2608289 A2 19880617 FR 8617405 A 19861212 PERFECTIONNEMENT AU.DISPOSITIF DE REGULATION THERMIQUE D'UNE ENCEINTE Le présent certificat d'addition concerne un perfectionnement au dispositif de régulation thermique d'une enceinte décrit dans la demande de brevet française n 86 01 524. La demande de brevet française n 86 01 524 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. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de régulation thermique d'une enceinte comprenant 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 contre-réaction et un circuit de chauffage de l'enceinte alimenté par une source de tension et régulé par le circuit de mesure de température, le circuit de chauffage comportant au moins un transistor de commande délivrant un courant de chauffage réglable. Le circuit de mesure de température est constitué plus particulièrement par un circuit de régulation à action proportionnelle, intégrale et dérivée délivrant un signal de contrôle de polarité donnée. La caractéristique du brevet principal réside dans le fait que la boucle de réaction de l'amplificateur de sortie est montée entre la résistance d'émetteur du transistor de commande et l'entrée inverseuse de l'amplificateur de sortie. Or, les circuits de régulation à action proportionnelle, intégrale et dérivée utilisés comme circuit de mesure de température sont en général constitués d'un dispositif de mesure délivrant une tension de mesure suivant une fonction décroissante de la grandeur à mesurer, d'un générateur délivrant une tension de référence, de quatre amplificateurs opérationnels alimentés sous une seule tension de polarité donnée. Ces quatre amplificateurs consistent en un amplificateur à action intégrale, un amplificateur à action dérivée, un amplificateur à action proportionnelle et un amplificateur de sortie et peuvent être montés de deux manières différentes à savoir: - dans un premier cas, les trois premiers amplificateurs sont montés en parallèle et reçoivent chacun sur leur entrée non inverseuse directe la tension de référence et sur leur entrée inverseuse la tension de mesure; le quatrième amplificateur est muni de la boucle de réaction décrite ci-dessus et reçoit sur son entrée non-inverseuse directe la tension de mesure et sur son entrée inverseuse les sorties des trois premiers amplificateurs et du générateur. - dans un deuxième cas, l'amplificateur à action intégrale et l'amplificateur à action proportionnelle reçoivent chacun sur leur entrée non-inverseuse directe la tension de référence et sur leur entrée inverseuse la tension de mesure; l'amplificateur suiveur- dérivateur est connecté en sortie de l'amplificateur à action proportionnelle et l'amplificateur de sortie est muni de la boucle de réaction décrite ci-dessus et reçoit 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 suiveur- dérivateur et du générateur. Dans ce dispositif, la boucle de réaction de l'amplificateur de sortie est constituée par une résistance et pour compenser la chute de tension aux bornes de cette résistance, l'entrée inverseuse de l'amplificateur est connectée par l'intermédiaire d'une résistance en sortie du générateur de tension stabilisée. Toutefois, pour éviter que l'amplificateur opérationnel à action intégrale ne sature lorsque le thermostat régule, il est nécessaire d'ajuster la valeur de la résistance prévue entre l'entrée inverseuse de l'amplificateur de sortie et le générateur de tension stabilisée en fonction de la température de référence. La présente invention a pour but de supprimer ce réglage et de faire fonctionner l'amplificateur à action intégrale dans de bonnes conditions. En conséquence, la présente invention a pour objet un perfectionnement au dispositif de régulation thermique d'une enceinte selon les revendications 1, 3, et 4 ou 5 du brevet principal, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour fixer automatiquement le point de fonctionnement du circuit de mesure de température quelle que soit la tension de référence. Selon un mode de réalisation préférentiel, les moyens pour fixer automatiquement le point de fonctionnement du circuit de mesure de température quelle que soit la tension de référence sont constitués par une résistance fixe connectée sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur de sortie et polarisée par une source de tension directement fonction de la tension de référence. Ainsi, la résistance fixe est reliée à la sortie d'un amplificateur différentiel recevant sur son entrée non-inverseuse la tension de référence et sur son entrée inverseuse une tension de polarisation. Selon une autre possibilité, la résistance fixe est reliée à la sortie d'un amplificateur opérationnel à action proportionnelle recevant sur son entrée non- inverseuse la tension de référence et sur son entrée inverseuse une tension de polarisation. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description de deux modes de réalisation faite ci-après 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 et, - la figure 2 est un schéma électrique d'un deuxième mode de réalisation de la présente invention. Pour simplifier la description, sur les figures les mêmes références désignent les mêmes éléments. Le dispositif de régulation thermique représenté sur la figure 1 correspond sensiblement au dispositif représenté sur la figure 3 du brevet principal muni du perfectionnement de la présente invention. Ainsi comme représenté sur la figure 1, le dispositif de régulation thermique comporte essentiellement un circuit de mesure de température et un circuit de chauffage. 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. Ce circuit de régulation à action proportionnelle, intégrale et dérivée comprend notamment un dispositif de mesure délivrant une tension de mesure suivant une fonction décroissante de la grandeur à mesurer constitué par un pont de résistances. Ce pont de résistances comporte une résistance R3 dont une première extrémité est mise à une tension VB délivrée par le générateur de tension stabilisée 1 alimenté par une tension d'alimentation positive VA 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 Y présentant une tension de référence V réf. Ce point milieu est connecté à une résistance R2 dont l'autre borne est mise à la masse. Une capacité de découplage CI1 est prévue entre les points X, Y des deux branches du pont de résistances. D'autre part, la tension de mesure VTH est envoyée, dans le mode de réalisation représenté, sur un amplificateur opérationnel Ao monté en suiveur de tension. La sortie de l'amplificateur Ao est envoyée sur les entrées inverseuses de deux amplificateurs opérationnels A2, A3 dont les entrées non-inverseuses directes reçoivent la tension de référence Vref. L'amplificateur A2 est un amplificateur à action intégrale et l'amplificateur A3 est un amplificateur à action proportionnelle. La sortie de l'amplificateur A3 est envoyée sur un autre amplificateur opérationnel A1 monté en suiveur-dérivateur. Les sorties des amplificateurs A2 et A1 sont connectées respectivement par l'intermédiaire des résistances R6 et R7 sur la borne inverseuse d'un amplificateur opérationnel A4 de sortie dont l'entrée non-inverseuse directe reçoit la sortie de l'amplificateur A0. D'autre part, l'amplificateur A4 est muni d'une boucle de contre-réaction constituée par une résistance R5 qui est montée entre la résistance d'émetteur R9 d'un transistor de commande TC faisant partie du circuit de chauffage et l'entrée inverseuse de l'amplificateur A4. Le circuit de chauffage de ce dispositif comporte une chatne de transistors connectés en série par leur émetteur et leur collecteur et référencés T1 à Tn. Ces transistors sont montés en régulateur de tension. Les bases des transistors T1 à Tn sont connectées à un pont diviseur commun constitué des résistances R'I, R'2, R'3, R'n monté entre le point commun à R3 et R9 et la tension d'alimentation VA. D'autre part, le transistor de commande TC est monté en série avec le transistor T1. La base du transistor TC est reliée a la sortie de l'amplificateur de sortie A4 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 A4. D'autre part, un transistor TL est monté entre la base et l'émetteur du transistor de commande TC de telle sorte que la base du transistor TL soit connectée à l'émetteur du transistor TC, l'émetteur du transistor TL soit connecté à la masse et le collecteur du transistor TL soit connecté à la base du transistor TC. Conformément à la présente invention, l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel de sortie A4 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance fixe R22 en sortie d'un amplificateur différentiel A5 dont l'entrée directe non-inverseuse reçoit la tension de référence Vref. et dont l'entrée inverseuse reçoit une tension de polarisation E. On expliquera maintenant le fonctionnement du perfectionnement conforme à la présente invention, le reste du dispositif fonctionnant de la manière décrite dans le brevet principal. Ainsi en régulation, la tension différentielle du pont de mesure composé des résistances Ri, R2, R3 et de la thermistance CTN est nulle. En conséquence, la tension V0 en sortie de l'amplificateur opérationnel suiveur A0 est égale à la tension au point Y à savoir la tension de référence Vref.. Il en résulte que la tension V1 en sortie de l'amplificateur opérationnel AI est égale à la tension V0, car la tension différentielle à l'entrée de l'amplificateur A3 est nulle. L'amplificateur de sortie A4 fonctionnant en régime linéaire, la tension sur son entrée non-inverseuse est égale à la tension sur son entrée inverseuse. D'autre part, la fonction de transfert de l'amplificateur différentiel A5 est donnée par l'équation suivante: V5 = G.Vo -3 J.E dans laquelle G et 3 sont des constantes. Avec tous les paramètres ci-dessus, on peut calculer la tension V2 en sortie de l'amplificateur opérationnel A2 en fonction des tensions VO, VI, V6 et E en appliquant le théorème de Milmann sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel de sortie A4. On obtient alors l'équation suivante: R6 R6 R6 V6R6 V2 = V0 (I+ + R (-G5 +R2 JE R5 R22 R22 R5 Conformément à la présente invention, pour ne pas saturer l'amplificateur à action intégrale A2, la valeur de la constante G sera choisie de telle sorte que la tension V2 en sortie de I'amplificateur A2 ne dépende pas de la tension VO. Pour cela il faut que le terme entre parenthèses soit nul et l'on obtient R22 R22 G +R6 + R5 Dans ce cas: V2 = JE R6 V6 R6 R22 R5 Ainsi la tension en sortie de l'amplificateur à action intégrale A2 ne dépend plus que de deux termes: - V6 qui est fonction du courant de chauffage, - E qui est une tension que l'on choisira en fonction de 3 pour régler le point de fonctionnement de l'amplificateur à action intégrale A2. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention représenté sur la figure 2, l'amplificateur différentiel A5 est remplacé par un amplificateur opérationnel A' associé à deux résistances R21 et R20. De manière plus spécifique, la résistance R20 est connectée entre la tension de polarisation E et l'entrée inverseuse de l'amplificateur A'5 tandis que la résistance R21 est connectée entre la sortie et l'entrée inverseuse de l'amplificateur A'5. Dans ce cas la fonction de transfert de l'amplificateur A'5 est donnée par l'équation suivante: V5 = V0 (I + R21) -E R21 R20 ' R20 En comparant cette équation à l'équation V5 = G.V0 - J.E, on obtient: G = 1 + R21 et J = R21 G=1+ Re0 et R20 R20 d'o la relation donnant la tension V2 en sortie de l'amplificateur A2 en fonction de VO, V6 et E. R6 R6 R21 R R6R2 V= VG (1, R6 R6 21) -V R--6 E R6 21 R5 R22 R2 R5 R22 R2 Si l'on souhaite que la tension V2 ne dépende pas de la tension Vo, on obtient alors: R6 R6 R21 R5 R22 R20 Ainsi, la tension V2 ne dépend plus que de V6 et de E. Dans ce cas, c'est la source de tension E qui fixera le point de fonctionnement de l'amplificateur à action intégrale A2. g REVENDICATIONS 1. Perfectionnement au dispositif de régulation thermique d'une enceinte selon les revendications 1, 3 et 4 ou 5 du brevet principal, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (As, A'5, R22, R20, R21, E) pour fixer automatiquement le point de fonctionnement du circuit de mesure de température quelle que soit la tension de référence. 2. Perfectionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour fixer automatiquement le point de fonctionnement du circuit de mesure de température quelle que soit la tension de référence sont constitués par une résistance fixe (R22) connectée sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur de sortie (A4) et polarisée par une source de tension (A'5, R20, R21, A5, E) directement fonction de la tension de référence. 3. Perfectionnement selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résistance fixe (R22) est reliée à la sortie d'un amplificateur différentiel (A5) recevant sur son entrée non- inverseuse la tension de référence et sur son entrée inverseuse une tension de polarisation(E). 4. Perfectionnement -selon la revendication 3, caractérisé en ce que la constante G de la fonction de transfert de l'amplificateur différentiel est choisie telle que R22 R22 G=+ R5 + R6 - R5 étant la résistance de la boucle de réaction de l'amplificateur de sortie (A4), et - R6 étant la résistance connectée en sortie de l'amplificateur à action intégrale (A2). 4. Perfectionnement selon la revendication 2, caractérisée en ce que la résistance fixe (R22) est reliée à la sortie d'un amplificateur opérationnel (A'5) à action proportionnelle recevant sur son entrée noninverseuse la tension de référence et sur son entrée inverseuse par l'intermédiaire d'une résistance (R20) une tension de polarisation (E), une résistance (R21) étant montée entre la sortie et l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel (A'5). 5. Perfectionnement selon la revendication 4, caractérisé en ce que les résistances sont choisies de telle sorte que R6 R6 R21 + R5 = R22R20 - R5 étant la résistance de la courbe de réaction de l'amplificateur de sortie (A4), et - R6 étant la résistance connectée en sortie de l'amplificateur à action intégrale.