Brevet FR2629663A2 — publié le 19891006

FR 2629663 A2 19891006 FR 8903247 A 19890313 La demande de brevet principal concerne un circuit de commande de luminosité destiné à des lampes à incandes- cence et à des pièces constitutives de réseau de commuta- tion de blocs de raccordement au réseau, ce circuit ne comportant pas les organes anti-parasites nécessaires dans les gradateurs d'intensité lumineuse du type triac. Ce circuit de commande permet de renoncer aux moyens d'anti- parasitage employés dans des dispositifs de commande cou- rants procédant par coupures de phases, qui sont en liaison avec des triacs, et d'obtenir cependant un maintien à un niveau suffisamment bas des tensions parasites avec en mfe temps une élimination du bruit dans le circuit de-commande.. Il peut s'appliquer à une installation domestique. La particularité de la demande de brevet principal réside dans le fait qu'un transistor à effet de champ à auto-verrouillage, placé dans la diagonale d'un redresseur du type pont, est commandé par un circuit de commande d'une façon telle que le transistor à effet de champ est conduc- teur au passage par zéro de la tension alternative et reste à l'état conducteur, pendant un temps réglable, dans le circuit de commande pour une partie souhaitée de la demi- onde du réseau, et coupe ensuite avec un flanc de courbe de coupure réglé de façon adéquate, avant que ne se produise le nouveau passage à zéro. L'invention contenue dans la présente demande de certificat d'addition (dite ci-après "l'invention") a no- tamment pour but de développer la proposition de la demande de brevet principal de façon telle que le circuit de com- mande de luminosité soit complété par une sécurité de type coupe-circuit électronique. De ce fait, on évite le rempla- cement du fusible fondu, nécessaire dans les gradateurs d'intensité lumineuse courants, par exemple en cas de court-circuit provoqué Sar la combustion du filament d'une lampe à incandescence. Comme l'adaptation des organes de limitation des perturbations et des pointes, ainsi qu'un dispositif de protectionsont nécessaires, des mesures supplémentaires concernant le circuit sont indispensables, par rapport à la forme d'exécution de circuit selon la demande de brevet principal. Pour la solution de ce problème,on prévoit selon la présente demande qu'à l'aide d'un condensateur de Miller additionnel et de la pré-résistance correspondante, ainsi que d'un autre condensateur, qui se situe entre une partie de cette pré-résistance et la masse, la tension de coupure sourcemasse adopte un tracé en forme de S présentant une pente déterminée à l'avance entre les deux parties courbes du S, et qu'entre la source du transistor métal-oxyde à effet de champ et la masse, sont disposées en série deux résistances dans lesquelles la résistancequi est située en parallèle avec la zone émettrice de base du transistor et qui détermine directement le courant maximum passant dans le transistor en commandant la tension de porte du transis- tor métal-oxyde à effet de champ, a une valeur de résistan- ce plus faible que la résistance sur laquelle s'appuie la zone émettrice de base du transistor, qui fait couper la bascule monostable ("monoflop") et qui interrompt de ce fait le passage du courant dans le transistor métal-oxyde à effet de champ;et que le condensateur de Miller sert d'élé- ment de doublage de fonction pour mettre en circuit le transistor métal-oxyde à effet de champ en cas de surten- sions causées par des pointes. La disposition de circuit selon l'invention offre l'avantage d'une limitation de courant dans le transistor métal-oxyde à effet de champ branché dans le circuit, en cas de court-circuit de la charge ou de décharge par suite d'une surtension qui se trouve couplée dans le circuit (pointes). Le condensateur de Miller additionnel peut également être formé par d'autres composants, tels que des résistan- ces à variation automatique, des diodes transil ou des organes similaires. La pré-résistance correspondant au condensateur de Miller, ou l'autre condensateur précité,peut être commuté de façon mécanique ou automatique, entre un fonctionnement avec des lampes à incandescence et un fonctionnement avec un bloc de raccordement au réseau, de façon telle que, dans le cas d'un fonctionnement avec des lampes à incandescence, l'autre condensateur ou la pré-résistance correspondant au condensateur de Miller ait une valeur plus faible et que l'on obtienne ainsi une constante de temps de coupure plus faible. Dans ce qui suit, on décrit, en regard du dessin annexé, et à titre illustratif et nullement limitatif, un exemple d'exécution du circuit de protection et de limi- tation selon l'invention. On montre: à la figure 1, le schéma de branchement connu,desti- né au circuit de commande de luminosité de lampes à- incan- descence et de blocs de raccordement au réseau, à la figure 2, le circuit de protection et de limi- tationdans la forme d'exécution selon l'invention, à la figure 3, une représentation graphique de la façon dont se déroule la coupure de la tension; et à la figure 4, une commutation automatique, destinée à réduire la perte de puissance avec maintien de la tension parasite à un niveau bas. Le schéma de branchement par blocs selon la figure 1 montre en détail une vue d'ensemble du circuit de commande de luminosité, tel qu'il est décrit dans la demande de brevet principal. Selon celui-ci, le bloc 1 contient le redresseur GL, la résistance à variation (ou varistor) automatique V destinée à la limitation des pointes et la pré-self L dotée d'une plus faible inductance que la pré- résistance dans le cas de pointes rapides pour la résistan- ce à variation automatique Vs. Le bloc 2 comprend le tran- sistor T 1 métal-oxyde à effet de champ et le circuit de protection et de limitation, non représenté, ainsi que:le circuit destiné à la formation du. flanc de coupure. Le bloc 3 comprend l'alimentation en courant déjà connue de la bascule monostable M, la détection de la demi- onde du réseau et, à partir de celle-ci, l'excitation de la bascule monostable lors du passage par zéro de la demi-onde du réseau,ainsi que la bascule.monostable elle-même, dont le temps de fonctionnement peut être réglé au moyen d'un potentiomètre. En outre, N désigne le neutre, L la ligne de réseau, Z une diode Zener, ZC une diode de charge. Un exemple d'exécution du dispositif de circuit selon l'invention est expliqué dans ce qui suit en regard de la figure 2, les éléments destinés à la détermination de la pente du flanc et de l'anti-parasitage nécessaire étant représentés en détail. Ceci est obtenu en particulier grâce aux éléments R1 (prérésistance), C1 (autre condensateur), R2 (prérésistance) et C2 (condensateur de Miller addition- nel), ainsi que par la capacité de Miller du transistor métal-oxyde à effet de champ Tl et dans une faible mesure par une résistance R3. Si la bascule monostable est déclenchée lors du passage par zéro, ceci ne crée pas de tension parasite. S'il y avait coupure à l'intérieur de la demi-onde -sortie A, saute de tension, de H à L -, il se produirait, en cas d'absence des éléments cités précédemment, une forte ten- sion parasite. Dans le cas de lampes à incandescence, la montée de la tension de drain suit de façon proportionnelle la va- riation de courant du transistor T1 métal-oxyde à effet de champ, après décharge du condensateur de Miller à capacité de valeur élevée, et la pente la plus forte de cette montée de la tension est atteinte peu avant de parvenir à la ten- sion maximale. La capacité du condensateur C2 mis en circuit retarde la baisse de la tension de porte par un couplage de réaction provoqué par la variation du/dt de la tension de drain. Il s'agit donc d'un circuit de Miller avec, en tant que pré-résistance, la résistance R1 en série par rapport à la résistance R et avec le condensateur C2 en tant que condensateur de Miller. Comme, pour des raisons de perte d'énergie dans le transistor T1 métal-oxyde à effet de champ, on ne peut pas aplatir à volonté le flanc de coupu- re, une disposition complémentaire de circuit est nécessai- re. La capacité du condensateur de Miller, situé à l'inté- rieur du transistor T métal-oxyde à effet de champ, déter- mine le flanc au début de la croissance de la tension de drain, tandis que la capacité du condensateur C2 de Miller détermine avec les résistances R1 et R2 la majeure partie du flanc. On dimensionne dans ce cas C2 de façon à ne pas excéder la perte maximale d'énergie admissible pour T1. Le condensateur C1 exerce une influence, avec la résistance R1, et avec sa constante de temps de décharge de t -3 T, sur la tension de commande dans les valeurs basses, c'est- à-dire peu avant que le transistor métal-oxyde à effet de champ ne coupe entièrement. Si l'on mesure la tension sour- ce-masse (ou source-drain), on obtient, en fonction de la façon dont est réalisé le circuit, un tracé de tension de coupure correspondant à la représentation graphique appa- raissant à la figure 3. La figure 3 montre en détail les différents tracés de tension de coupure apparaissant dans différentes condi- tions (ordonnées U: tension; abscisses t: temps). La courbe "a" y montre l'allure de la tension de coupure s'il n'y a pas d'intervention sur le circuit, la courbe "b" montre cette allure dans le cas de la mise en circuit des éléments C2, R1 et R2; tandis que, dans la courbe "c", on tient compte des éléments C1, C2 ainsi que de R1 et R2. Grâce à la courbe en S, qui se forme lors de la variation représentée en "'c", les ondes harmoniques sont réduites dans une large mesure, ce qui permet d'obtenir une amélioration de 49 dB. Dans le cas des lampes à incandescence, la tension sur la charge diminue aussitôt avec la diminution du cou- rant lors de la coupure, ce qui équivaut à une augmentation de la tension source-masse. Il se produit ainsi, sur le condensateur C2 de Miller, un rétrocouplage qui est d'au- tant plus grand que l'augmentation de la tension source- masse est grande. Le rapport,qui s'établit entre la varia- tion de la tension source-masse et la baisse de la tension porte-source, a pour conséquence un certain courant de drain, qui se réduit avec le temps. Dans le cas d'un bloc de raccordement au réseau, il existe des capacités de fil- trage importantes, qui déterminent la tension. Lors de la coupure de la tension de porte, la tension source-masse ne varie que lentement et elle est loin d'avoir atteint sa valeur maximale, alors que le courant de drain est déjà complètement coupé. La faible variation de la tension source-masse s'exerce comme s'il n'y avait pas de condensateur de Miller dans le circuit. La chute du courant s'effectue sensible- ment plus vite que dans le cas d'une charge constituée par une lampe à incandescence. Si, dans le cas d'un fonctionne- ment sur bloc de raccordement au réseau, le flanc est dé- terminé en fonction des conditions de tensions parasites, il devient plus plat avec une charge constituée par une lampe à incandescence. Ainsi, la tension parasite décroit, mais la perte augmente dans le transistor T1 métal-oxyde à effet de champ. Pour éviter cela, on peut diminuer manuellement R1 ou C1 dans le cas du fonctionnement sur lampe à incandescence, de façon telle que la tension parasite soit maintenue dans des limites encore autorisées, et que la perte de puissance corresponde à celle du fonctionnement avec des blocs de raccordement au réseau. La figure 4 mon- tre une commutation automatique destinée à réduire la perte tout en maintenant la tension parasite entre des limites autorisées. Lorsque, dans le cas du fonctionnement avec bloc de raccordement au réseau, le courant de drain est devenu nul, la tension source-masse montant au point le plus élevé de la demi-onde du réseau est en cas de coupure 5 150 V. Si, donc, le transistor T4 est branché à 2 150 V au moyen de sa commande de base par les résistances Rll et R12 sur le trajet de collecteur-émetteur, la constante de temps Ril.C1 se trouve réduite à R1 x R13 xC1 R1 + R13 c'est-à-dire que, dans le cas de la coupure dans le domaine des lampes à incandescence, la variation de la tension du courant s'accélère lorsque la tension source-masse commence à dépasser 150 V. On réduit de ce fait la perte de puissance. Dans le cas d'une coupure réalisée dans le bloc de raccordement au réseau, rien ne change dans le comportement de coupure tant que du courant traverse le transistor T métal-oxyde à effet de champ. Le flanc de la tension, pendant le passage du courant, et la caractéristique du courant sont exactement identiques à ce qui se produit sans dispositif automatique de commutation. Dans la disposition de circuit selon la figure 2, la disposition connue R6C3 sert à amortir les pointes de ten- sion qui se produisent, par exemple dans le cas d'une char- ge inductrice. Les éléments ou composants R4, R5, T2, T3, R7, et, en outre,les réactions de la bascule monostable servent à limiter le courant lorsque le transistor T1 métal-oxyde à effet de champ est conducteur (branché), dans le cas d'un court-circuit de la charge ou d'une décharge par suite de pointe. De façon connue, on introduit une résistance de source (R4 + R5) dans la partie parcourue par le courant de transistor, pour pouvoir exploiter, en tant que critère en vue d'une opération de réglage, la tension provoquée sur ladite résistance par le courant. Selon l'invention, cette résistance est représentée par R4 et R5, la valeur de la résistance R4 étant plus grande que celle de la résistance R5. Comme chaque résistance délivre la tension de commande pour la zone émettrice de base d'un transistor T2 et T3, il en résulte que, lors de la croissance dans le temps du courant, tout d'abord le circuit de bascule monostable "monoflop" est maintenu hors-circuit au point "A" en pas- sant de "H" à "L" par l'intermédiaire de T3 et ce n'est qu'ensuite qu'il assure la limitation du courant directe- ment sur le transistor T1 métal-oxyde à effet de champ, par réduction de la tension de porte par l'intermédiaire de T2. Le courant régulé par l'intermédiaire de la porte U est plus élevé que le courant normal de fonctionnement, et, en outre, ce courant résulte directement de la hauteur de la tension de commande de porte U, la valeur de la résistance RDSoN*du transistor métal-oxyde à effet de champ va rapide- ment augmenter et, en dépit du fait que le courant est maintenu constant, la perte de puissance sur T1 va s'accroitre. Grâce à la résistance R4, et à sa valeur plus élevée que celle de R5, on est assuré que, dans chaque cas, au bout de peu de temps, la porte U de la bascule monosta- ble sera commutée sur zéro et, qu'ainsi, une augmentation de la perte sera interdite. En plus de cela, une limitation de tension est in- dispensable quand le transistor T1 métal-oxyde à effet de champ est bloqué. Le varistor Vs du bloc 1 de la figure 1 et l'organe RC formé par R6 et C3, selon la figure 2, ser- vent à cela de façon connue. Mais, dans le cas d'impulsions rapide es dues à des poies s comportant une énergie considé- rable, ces mesures ne suffisent pas. Le condensateur C2 est ainsi utilisé ici pour mettre T1 en circuit. La diode Zener D1 a pour fonction d'interdire à la tension U de porte d'excéder la tension de Zener. La mesure connue en elle-même, consistant à éliminer la surtension à l'aide du commutateur de T1 est exécutée, dans le cas du circuit de l'invention, au moyen du conden- sateur C2 qui, comme évoqué précédemment, est par ailleurs indispensable également en vue de déterminer la pente du flanc. * On peut noter que RDSON désigne.la résistance inté- rieure, sur le trajet source-drain, du transistor métal- oxyde à effet de champ, lorsque ce transistor est conduc- teur, cependant que, sur la figure 1, CO désigne dans le bloc III le circuit de commande. REVENDICATIONS 1. Circuit de commande de luminosité destiné à des lampes à incandescence et à des pièces constitutives de réseau de commutation de blocs de raccordement au réseau, ce circuit ne comportant pas les organes antiparasites nécessaires dans les gradateurs d'intensité lumineuse du type triac, mais comportant un transistor à effet de champ et à autoverrouillage qui, situé dans la diagonale d'un redresseur (GL) en pont, est commandé par un circuit de commande (CO) de façon à ce que le transistor (T1) à effet de champ soit conducteur au passage par zéro de la tension alternative et reste à l'état conducteur dans le circuit de commande pour un temps réglable sur la partie souhaitée de demi-onde du réseau et coupe ensuite le circuit avec une pente de la courbe de coupure réglée de façon adéquate avant que ne se produise le nouveau passage par zéro selon la revendication 1 du brevet principal, circuit caractérisé en ce qu'à l'aide d'un condensateur de Miller additionnel (C2) et de la prérésistance (R1 + R2) correspondante, ainsi que d'un autre condensateur (C1), qui se situe entre une partie de cette pré-résistance et la masse, la tension de coupure source-masse adopte un tracé en forme de S pré- sentant une pente déterminée à l'avance entre les deux parties courbes du S, et en ce qu'entre la source du tran- sistor (T1) métal-oxyde à effet de champ et la masse, sont disposées en série deux résistances (R4 et R5), la résis- tance (R5) qui est située en parallèle avec la zone émet- trice de base du transistor (T2) et qui détermine directe- ment le courant maximal passant dans le transistor (T1) en commandant la tension de porte du transistor -(T1) métal-oxyde à effet de champ, ayant une valeur de résistance plus faible que celle de la ré- sistance (R4), sur laquelle s'appuie la zone émettrice de base du tran- sistor (T3), qui fait couper la bascule monostable (M) et qui interrompt de ce fait le passage du courant dans le transistor (T1) métal-oxyde à effet de champ;et en ce que le condensateur de Miller sert d'élément de doublage de fonction pour met- tre en circuit le transistor (T1) métal-oxyde à effet de champ en cas de surtensions causées par des pointes. 2. Circuit de commande de luminosité selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la capacité du condensa- teur (C2) peut également être formée par d'autres compo- sants, tels que des résistances à variation automatique ("varistor"), des diodes transil ou des organes similaires. 3. Circuit de commande de luminosité selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la pré-résis- tance (R1) ou le condensateur (C1) peut être commuté de façon mécanique ou automatique, entre un fonctionnement avec des lampes à incandescence et un fonctionnement avec un bloc de raccordement au réseau, de façon telle que, dans le cas d'un fonctionnement avec des lampes à incandescence, le condensateur (C1),ou la pré-résistance (R1), ait une valeur plus faible et que l'on obtienne ainsi une constante de temps de coupure plus petite.