Brevet FR2624683A1 — publié le 19890616

L'invention concerne un circuit de commande de lumi- nosité destiné à des lampes à incandescence et à des pièces constitutives de réseau de commutation de blocs de raccor- dement au réseau, ce circuit ne comportant pasles organes anti-parasites nécessaires dans les gradateurs d'intensité lumineuse du type triac. En particulierdes circuits de commande de luminosi- té sont depuis peu demandés de façon croissante en liaison avec des blocs de raccordement au réseau pour faire fonc- tionner des lampes à halogène(s). Il existe déjà des blocs de raccordement au réseau à rôle de gradateurs d'intensité lumineuse (dits ci-après "gradateurs"), dans lesquels on peut, à l'aide d'un poten- tiomètre, déplacer à l'intérieur de la demi-onde le point d'application d'un circuit de demi-pont auto-oscillant. Ces blocs de raccordement au réseau, gradateurs d'intensité lumineuse, ne sont cependant utilisables que lorsque le bloc de raccordement au réseau est incorporé dans le-corps de lampe, que le potentiomètre peut également être fixé à ce corps de lampe et que la lampe elle-même peut être installée de façon facilement accessible pour l'utilisateur (par exemple lampes de table, lampe sur pied, lampes murales). Dans les cas o il s'agit de simples lampes de plafond ou de groupes de lampes de plafond,ou de lampes montées sur des systèmes de rails, cette solution n'est pas acceptable, car les conducteurs nécessaires, conduisant au potentiomètre intégré et qui.doit être accessible à l'uti- lisateur, doivent passer en dehors de l'installation nor- male de la maison et dans le cas de branchements multiples il faut exécuter d'autres modifications sur.le bloc de raccordement au réseau, et. d'autres conducteurs deviennent nécessaires. Dans ce cas, le principe du branchement en série du gradateur d'intensité lumineuse Et dé la charge se- rait la voie la plus rationnelle.et la plus adéquate. Le bloc de raccordement au réseau nécessite cependant, exacte- ment comme le gradateur, des moyens anti-parasites, car il transforme le courant du réseau sous une tension du 220 Volts, en un courant faible à plus haute fréquence sous une tension de 12 ou de 24 Volts. Dans ce contexte, il existe des problèmes soulevés par les moyens antiparasites utilisés qui produisent, lors de l'interconnection du bloc de raccordement au réseau avec le gradateur, une résonance série principale et plusieurs résonances partielles, provoquant un mauvais fonctionnement du triac du gradateur, et pouvant également entraîner le développement de bruits dûs à la magnétostriction des selfs placés sous l'effet du courant de la charge. On a déjà essayé, en amortissant le circuit oscil- lant série, au moyen d'une résistance ou d'une lampe à incandescence, de limiter les tensions de résonance. Cepen- dant, il se produit de ce fait des inconvénients en raison de l'adaptation nécessaire à la charge du moment et de la puissance utilisée pendant une faible drée sur la résis- tance, ce qui diminue nettement le rendement. Une autre solution consisterait à renoncer de façon générale aux moyens anti-parasites, pour éliminer de ce fait le caractère de circuit oscillant. Mais on ne peut y renoncer dans le bloc de raccordement au réseau (transfor- mateur),car, dans ce cas, on doit en outre bloquer, par des moyens anti-parasites, la fréquence HF de fonctionnement. Il ne reste fondamentalement que la voie consistant à renoncer, également dans le gradateur, aux moyens anti- parasites et à interrompre ainsi le circuit de résonance série; Les parasites se produisent dans les gradateurs courants surtout du fait que le triac est branché, selon l'étage de luminosité, plus ou moins tard ou plus ou moins tôt, à l'intérieur de chaque demi-onde du réseau; il laisse de ce fait passer subitement un courant fort, et engendre ainsi une saute avec des harmoniques correspondan- tes. Il coupe à nouveau automatiquement le circuit lorsque la tension du réseau passe par 0. De ce faitl'objet de l'invention est de développer une commande de luminosité pour lampes à incandescence, ainsi que pour des blocs de raccordement au réseau, dans laquelle on peut renoncer aux moyens anti-parasites habituels dans les commandes à dépha- sage utilisées en liaison avec des triacs, mais dans laquelle,cependant,on peut maintenir à une valeur suffisam- ment réduite le niveau des parasites de tension et en même temps assurer une élimination du bruit dans le circuit de commande. On parvient au but visé par l'invention grâce au fait qu'un transistor à effet de champ et à auto-verrouil- lage, situé dans la diagonale d'un redresseur en pont, est commandé.par un circuit de commande de façon à ce que le transistor 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 (figure 2). On utilise ainsi un transistor à effet de champ à auto-verrouillage, à la place du triac. Comme le transistor ne peut travailler que dans une seule polarité il faut d'abord un redresseur. On sait qu'un transistor ne travail- le que lorsque et tant qu'il reçoit une tension de pilo- tage. Lorsque la tension de pilotage est interrompue, il coupe, même s'il existe encore une tension du réseau. Dans le triac, la coupure n'est pas facile à réali- ser sans difficulté lorsqu'il-y a une tension du réseau existante. Cette particularité, par rapport au triac,est utilisée dans le but d'envoyer la tension de pilotage au transistor à effet de champ juste au commencement de chaque demi-onde du courant du réseau, c'est-à-dire de le mettre en circuit. On coupe la tension de pilotage à tout moment selon la luminosité souhaitée, le transistor à effet de champ coupe le circuit et le passage du courant est interrompu. Il apparaît que l'établissement du courant n'est plus sou- dain, mais que ce courant s'élève progressivement au cours de la demionde du réseau jusqu'à être coupé à un moment correspondant à la luminosité souhaitée. Il est en outre coupé avec une tension de pilotage qui décroît dans le temps. De ce fait, il n'y a pas autant de parasites que lorsque l'on met en circuit à l'aide d'un triac, d'autant plus, qu'en outre, les circuits de résonance partielle sont également amortis, dans le bloc de raccordement au réseau, par la charge mise en circuit (lampe à halogène ou lampe à incandescence). C'est pourquoi, on peut alors renoncer aux -moyens anti-parasites à l'exception d'une petite self, et ainsi on peut éliminer la résonance série principale. Ainsi, selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: l'interrupteur de puissance est formé, au lieu de l'être par un transistor métal-oxyde à effet de champ situé dans la diagonale du pont, par deux transistors métal-oxyde à effet de champ montés en série ou en parallèle en vue du raccordement de la charge au courant alternatif du réseau, de telle manière que dans le cas d'un montage en série de transistors de ce genre, l'un des transistors comportant une diode antiparallèle intégrée est montée en ayant une polarité opposée en série avec un deuxième transistor sem- blable comportant une diode antiparallèle intégrée (figure 4) tandis que, dans le cas d'un montage en parallèle, un circuit en série, constitué par une diode et un transistor métal-oxyde à effet de champ,est monté de façon. anti- parallèle avec un transistor semblable en série avec une diode (figure 5); la tension continue de fonctionnement destinée à l'alimentation du circuit de commande est prélevée sur la tension de la demi-onde, dans la partie de la demi-onde qui ne passe pas dans le circuit; et le circuit de commande peut être constitué aussi bien par un organe temporisateur susceptible d'être réglé en ce qui concerne le temps, ainsi que d'être mis en ou hors circuit à l'aide d'un potentiomètre et d'un inter- rupteur supplémentaire, que par un organe temporisateur intégré, muni de mémoires et de compteurs délivrant des impulsions pendant le temps programmé, comportant une in- terface qui peut être réglée en ce qui concerne le temps par l'intermédiaire de la durée d'un signal provoqué par l'ac- tionnement d'une touche, et être mise en ou hors circuit, d'autres touches pouvant être raccordées en tant qu'organe auxiliaire en parallèle par rapport à la touche de l'appa- reil qui est raccordée à un pôle d'un conducteur branché sur la source de courant alternatif (figures 6, 7, 8 et 9). Un exemple d'exécution de l'objet de l'invention est expliqué plus en détail à titre illustratif et nullement limitatif dans ce qui suit, en regard du dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est un schéma de principe du genre connu, avec représentation préférentielle de la résonance série (g: gradateur; B: bloc de raccordement au réseau); la figure 2 est un schéma du circuit de commande de luminosité de lampes à incandescence et de bloc de raccor- dement au réseau; les figures 3a, 3b, 3c montrent des courbes de différentes fonctions qui peuvent être mesurées en fonction du temps t (en abscisses) dans le domaihe de travail de la figure 2, à savoir pour les ordonnées: sur la figure 3a: le gradateur de la tension U, sur la figure 3b: la charge d'intensité Ic, sur la figure 3c: la tension de porte (U-T1) de porte ou de grille la figure 4 montre un dispositif comportant deux transistors métal-oxyde à effet de champ, montés en série, la figure 5 montre un dispositif comportant deux transistors métal-oxyde à effet de champ, montés en paral- lèle, la figure 6 est un schéma d'un exemple de circuit de commande, la figure 7 montre un dispositif selon la figure 2 destiné à une commande auxiliaire, les figures 8a, 8b, 8c, 8d montrent des courbes de différentes fonctions qui peuvent être mesurées dans le domaine de travail correspondant (t: temps, en abscisses) figure 8a: gradateur de tension U (U) g figure 8b: tension de synchronisation négative, (U neg figure 8c: impulsion de sortie négative, (U) neg figure 8d: tension de porte (Upos) agissant sur le transistor métal-oxyde à effet de champ, la figure 9 montre un dispositif selon la figure 4 destiné à une commande auxiliaire. Dans l'exemple d'exécution représenté sur la figure 2, le transistor T1 à effet de champ et auto-verrouillage est amorcé au commencement de la demionde. Cela signifie qu'il n'y a pratiquement pas de tension parasite. De ce fait, des organes anti-parasites importants, formant un circuit de *résonance sur l'ensemble de la branche (avec charge), ne sont pas nécessaires dans le circuit. Comme déjà indiqué au début de cet exposé, des éléments anti- parasites à grande valeur nominale signifieraient l'apparition de bruits du fait de la magnétostriction. La pente du flanc, lors de la coupure du transistor T1 à effet de champ, est donnée à l'avande par un choix correspondant de R et de C (figure 2), par pilotage numérique à partir du circuit de commande CO, c'est-à-dire du signal de forme rectangulaire émanant des bornes de sortie du circuit de commande. Le circuit de commande CO reçoit le courant en provenance de la tension de demi-onde, par l'intermédiaire du chargement du condensateur tampon C. Cette tension sur P C, limitée par la diode Zener montée en parallèle, sert de p tension U de fonctionnement pour le circuit de commande. B En outre, la tension U régnant en amont de la diode D de redressement est appliquée au circuit de commande CO, afin de permettre la détection ou saisie des passages par zéro de la tension du réseau. Pour le circuit de commande, on peut ne considérer que trois fonctions 1. Il doit, au moment du passage par zéro de la tension alternative, émettre un signal d'une polarité telle que le transistor Tl à& effet de champ et à auto-verrouil- lage mette en circuit la source d'intensité; 2. La durée de ce signal doit pouvoir être réglée à l'intérieur d'une demi-onde, et 3. le signal doit revenir à zéro lors de sa coupure, avec une pente de flanc appropriée (déterminée dans l'exem- ple par l'organe RC). De ce fait, un circuit de commande selon la figure 6, par exemple est approprié dans le cas de l'invention. Il s'agit là d'un circuit basculeur simple ("monoflop")! qui, lors de l'apparition de la tension à l'entrée 1, est mis en fonctionnement et délivre à la sortie 2 un signal rectangulaire comportant une tension U, pendant la durée B de fonctionnement qui a été réglée pour le basculeur. Les courbes représentent les fonctions du circuit selon la figure 2. Sur la figure 3a, U est la tension g appliquée au gradateur dans la première demi-onde à l'état Al de mise hors-circuit du transistor T1 à effet de champ, puis il y a deux autres demi-ondes, avec une courte durée de mise en circuit (faible luminosité, réglage Bx), puis deux demi-ondes avec une luminosité moyenne (réglage By). La figure 3b montre l'intensité Ic parcourant la charge, avec amortissement du déclin du flanc de coupure. La figure 3c montre la tension UT1 de pilotage appliquée à la porte du transistor Tl à effet de champ. Comme déjà évoqué au début, ce circuit est également utilisable pour une charge constituée par une lampe à incandescence et peut sans difficulté être utilisé dans une installation domestique à la place d'un interrupteur mécanique. Si l'on veut augmenter la puissance connectable, c'est-à-dire autoriser le passage d'un plus grand courant maximal, il faut choisir des dispositifs selon les figures 4 et 5. Ainsi, la figure 4 montre la disposition comportant deux transistors T1 etT2 métal-oxyde à effet de champ montés en série, et la figure 5 montre la disposition comportant deux transistors T3 et T4 métal-oxyde à effet de champ montés en parallèle. Selon la figure 2, le courant passe pour chaque demi-onde par deux diodes du redresseur en pont PR et par le transistor T1 métal-oxyde à effet de champ. On obtient en conséquence une chute de puissance dans le circuit, laquelle correspond à: I-(2xU Diode+ U transistor) (Intensité Ic dans la charge ch (2 x tension dans les diodes + tension dans le transistor). Sur la figure a, on peut négliger le courant passant par DC1 et DC2, car il ne s'agit là que d'une alimentation en tension du circuit de commande CO. Les diodes Dl et D2 sont les diodes inver- sées intégrées aux transistors métal-oxyde IGBT ou aux transistors métaloxyde "à haute injection". Pour chaque demi-onde, le courant de la charge (I-ch) traverse le transistor et une diode, par exemple dans le cas de la première demi-onde, T1 et D2 et dans la seconde demi-onde, T2 et Dl, c'est-à-dire que l'on obtient une chute de puissance de I-cn (UT+UD); la perte de puissance est plus faible que dans le circuit selon la figure 2 (IGBT: transistor bipolaire à porte isolée). Alors que les transistors métal-oxyde à effet de champ T1 et T2 sont montés en série dans la disposition de circuit selon la figure 4, les transistors T3 et T4 sont montés en parallèle dans le circuit proposé à la figure 5. Le bilan de puissance est le même que dans le circuit selon la figure 4, car les transistors - même lorsqu'ils ne com- portent pas de diode inversées intégrées - doivent être protégés par une diode contre l'inversion de la polarité et le claquage. La puissance qui se'perd dans le gradateur de luminosité s'élève donc également dans ce cas, comme dans le circuit de la figure 4, à I-ch (UT+UD). Sur la figure 6, on a montré à titre d'exemple un circuit de commande qui est constitué par un organe chrono- logique ou relais temporisateur, réglable au moyen d'un potentiomètre POT en ce qui concerne le temps et susceptible d'être mis en ou hors-circuit au moyen d'un interrupteur.supplémentaire. On peut utiliser également un circuit de commande CO à organe temporisateur intégré (Col) développé spécialement dans ce but, qui est actionné au moyen d'un bouton-poussoir et dont les fonctions - de gra- dation et de mise en ou hors-circuit - peuvent être déclen- chées par des durées différentes d'actionnement du pous- soir. Si cet organe de commande doit en outre également être actionné par l'intermédiaire d'un organe auxiliaire OA, on a alors besoin, dans le circuit selon la figure 2, d'un transformateur d'impulsions ou optocoupleur pour créer une liaison séparée électriquement entre la partie du cir- cuit qui est reliée électriquement à l'organe auxiliaire et la partie du circuit qui est reliée aux transistors en ce qui concerne le potentiel. Le circuit de commande propre- ment dit se trouve alors simplifié et le potentiométre n'est naturellement plus nécessaire, car les temps de mise en circuit peuvent être réglés par l'intermédiaire du bou- ton-poussoiret la fonction déclenchée en dernier lieu dans chaque cas se poursuit jusqu'à ce que l'on provoque une modification. Un circuit selon cette forme de réalisation compor- tant, par exemple, un générateur d'impulsions est montré sur la figure 7. Le mode de fonctionnement de ce circuit est représenté, dans son principe, par les courbes des figures 8a, 8b, 8c et 8d. Le circuit présenté plus haut n'est qu'un exemple de gradateur de luminosité pour lampes à incandescence et de gradateur pour bloc de raccordement au réseau comportant le passage du courant, débutant son fonctionnement lors du passage à O du sinus du réseau et le terminant par un flanc de coupure de pente adéquate. Dans le cas d'un organe de pilotage comportant une tension de fonctionnement positive,il est tout aussi possi- ble de connecter électriquement l'organe de pilotage et le circuit d'interface sur le côté à tension continue du redresseur en pont, et de faire agir de façon très- simple le bouton-poussoir ainsi que les boutonspoussoirs des organes auxiliaires sur un opto-coupleur. Le circuit qui vient d'être décrit comportant un organe de pilotage avec bouton-poussoir et un organe auxi- liaire 14 à bouton-poussoir peut être intégré de façon rationnelle dans les circuits selon les figures 4 et 5. Lorsqu'il est introduit dans le circuit de la figure 4, on obtient la disposition de circuit selon la figure 9.- On notera en outre que, sur.les figures 1, 2, 7 et 9, les symboles N et L désignent le neutre et la ligne de réseau, respectivement, ce qui correspond à l'indication 220 CA (courant alternatif) des figures 4 et 5. Sur la figure 8a, D indique qu'un bouton-poussoir -est enclenché (poussé); E que le bouton-poussoiT et le gradateur sont poussés et F que le boutonpoussoir n'agit plus. Sur les figures 8b, 8c et 8d, les symboles "Pinl", "Pin3"et"Pin il' désignent les points de mesure sur les bornes ou raccords correspondants de l'organe ourelais temporisateur intégré à. l'organe de commande 'C0)i. La figure 8b concerne, pour le circuit de commande, la recon- naissance du passage par zéro de la tension. La figure 8c indique les impulsions engendrées, et la figure 8d la tension de porte ou de grille, le tout en fonction du temps t porté en abscisses. 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, circuit caractérisé en ce qu'un transistor (Tl) à effet de champ et à auto-verrouillage, situé dans la diagonale d'un redresseur (PR), 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 cir- cuit avec une pente de la courbe de coupure réglée de façon adéquate, avant que ne se produise le nouveau passage par zéro. 2. Circuit de commande de luminosité selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que l'interrupteur de puis- sance est formé, au lieu de l'être par un transistor métal- oxyde à effet de champ situé dans la diagonale du pont, par deux transistors métal-oxyde à effet de champ montés en série ou en parallèle en vue du raccordement de la charge au courant alternatif du réseau, de telle manière que, dans le cas d'un montage en série de transistors de ce genre, l'un (T1) des transistors, comportant une diode (Dl) anti- parallèle intégrée est monté, en ayant une polarité opposée en série avec un'deuxième transistor (T2) semblable compor- tant une diode (D2) antiparallèle intégrée, tandis que, dans le cas d'un montage en parallèle, un circuit en série, constitué par.une diode (D3) et un transistor-(T3) métal- oxyde à effet de champ, est monté de façon anti-parallèle avec un transistor semblable (T4) en série avec une diode (D4). 3. Circuit de commande de luminosité selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tension continue (U1) de fonctionnement destinée à l'alimentation du circuit de commande (CO) est prélevée sur la tension de la demi-onde, dans la partie de la demi-onde qui ne passe pas dans le circuit. 4. Circuit de commande de luminosité selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le circuit de commande (CO) peut être constitué aussi bien par un organe temporisateur susceptible d'être réglé en ce qui concerne le temps, ainsi que d'être mis en ou hors-circuit à l'aide d'un potentiomètre et d'un inter- rupteur supplémentaire, que par un organe temporisateur intégré, muni de mémoires et de compteurs délivrant des impulsions pendant le temps programmé, comportant une in- terface qui peut, par l'intermédiaire de la durée d'un signal provoqué par l'actionnement d'une touche, être réglée en ce qui concerne le temps et être mis en ou hors circuit, d'autres touches pouvant être raccordées en tant qu'organe auxiliaire en parallèle par rapport à la touche de l'appa- reil qui est raccordée à un pôle d'un conducteur branché sur la source de courant alternatif.