Brevet FR2641639A1 — publié le 19900713

Dispositif transmetteur d'ordres La présente invention concerne crn dispositif électrique trensmetteur d'ordres, c'est-à-dire un dispositif de transmision de signevus en courant continu entre un dispositif de commande et un dispositif commande'. apte a transmettre des signaux à fronts raides, sans le dégrader, et néanmoins capable d apporter un découplage efficace et l'égard de hautes tensions éventuelles apparaissant du cote du dispositif commandé. L'invention s'applique notamment dans le cas de la transmission d'ordres entre Lin dispositif de commande électronique et un dispositif commande à courants forts et tensions élevées. On citera, a titre d'exemple, la commande de moteurs électriques de traction pour application ferroviaire Des signaux de commande, prépares par un dispositif de commande électroni que, doivent entre transmi s sans distorsion aux onduleurs alimentant le moteur, De plus, une déffaillance quelconque se traduisant par l'application d'une tension élevée sur les conducteurs transmetteurs d'ordres, au niveau des onduleurs, ne doit pas entraîner la destruction du dispositif électroni que de commande, ni etre cause de risque pour le personnel. Il est connu, dans un tel cas, de prévoir un oscillateur pour convertir le courant continu des signaux de commande en un courant alternatif couplé par un transformateur à un redresseur restituant un signal en courant continu. La fréquence et l'efficacité de l'oscillateur convertissant le signal en courant continu en un signal a courant alternatif permettent d'assurer la conservation de la forme des siens: de commande sans dégradation significative de leur forme.La construction du transformateur doit etre telle que le couplage capacitif entre les enroulements primaire et secondaire soit relativement faible et que les caractéristiques diélectriques de l'isolant qui les sépare lui permettent de supporter sans défaillance les hautes tensions prévues, Cela est obtenu, dans une forme de réalisation connue, en équipant l'oscillateur et l'enroulement primaire du transformateur sur une plaque à circuits imprimés du type verre époxy, l'enroulement secondaire et le redresseur sur une autre plaque semblable et en disposant les plaques parallelement l'une à l'autre, avec un recouvrement partiez concernant seulement les surfaces portant les enroulements. de sorte que les enroulements soient magnéti quement fortement coupés l l'un 9 l'autre la distance entre les plaques étant assez grande pour réduire au valeurs voulues le couplage capacitif et le risque de claquage par haute tension entre les enroulements. Cette solution bien ne satisfaisante, du point de vue de performances, demande le fabrication et l'assemblage de deux pplaques, ce qui est relativement coûteux, et apoutit à un composant globalement volumineux. L invention a pour objet une solution procurant les memes performances pour i,1n un coût et un vol urne réduit. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif transmetteur d'ordres est réalisé sur une plaquette d'une cerami que diélectrique portant, sur une face, les circuits de l'oscillateur et l'enroulement primaire, tandis que i 'enroulement secondaire est disposé sur l'autre face, le redresseur étant quant àlui disposé sur l'une ou l'autre face, È une distance de l'enroulement primaire suffisante pour réduire aux valeurs désirées le couplage capacitif et le risque de claquage Far haute tension entre l'entrée et la sortie du dispositif, l'épaisseur de la plaquette étant choisie pour procurer l'isolement diélectrique approprié entre les enroulements qui se font face. Une telle réalisation permet une réduction de volume sensible, sans augmentation de cot significative lorsque l'on tient compte qu'il n'y a p ] u qu une plaquette ce qui supprime, par surcroit, toute opération d'assemblage. Les enroulements étant obtenus classiquement par la technique des circuits imprimés double face. leurs positions resperti ves sont définies avec une grande précision dans d'excellentes conditions de reproductibilité. Selon une autre caractéristique de l'inventions le circuit redresseur est équipe stir la meme face que le circuit oscillateur et l'enroulement primaire, les éléments de ce circuit et ses connections À 'enroul emerit second-ire tant séparés de l'enroulement primaire par un espace de protection contre les claquages éventuel s par haute tension. Selon une autre caractéristique de l'invention, la plaquette Et plus large que l'enroulement et 1 intervalle entre l'enroulement et le bord de la plaquette est tel q. 'il i imite de façon mnortante le risqie de claquRne entre les enroulements primaire et secondaire par les bord de la plaquette. Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit oscillateur comprenant un transistor. ce dernier est disposé à cheval sur l'enroulement primaire, de façon que le "pont" nécessaire par accéder a l extrémité intérieure de l'enroulement primaire depuis le circuit oscillateur soit réalisé dans le boîtier du transistor. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillé dans la description qui va suivre d'un exemple de réalisation de l'invention, fournie a titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures jointes qui représentent - la figure 1, le schéma de principe des circuits d'un dispositif transmetteur d'ordres conforme à l'invention, et - la figure 2, le plan d'un mode de réalisation du dispositif de la figure 1 sur un substrat céramique, conformément à l'invention. Le shéma de la figure 1 comprend, une entrée à deux fils UE connectée à un dispositif de commande èlectronique, tel que le dispositif de commande d'un moteur de locomotive électrique, un condensateur CO, en parallèle sur cette entrée, une inductance EO1 comprenant, sur un noyau commun. deux enroulements dont des entrée sont respectivement connectées en série à l'un des deux fil d'eltrée, un condensateur COl en parallèle entre les sorties des deux enroulement de l'inductance FOI lesquelles sont en autre connectées au entre de enroulements d'une inductance semblable EO2.Ce dispositif constitue un filtre d'entrée FE ayant pour r1ole de bloquer la transmission vers le dispositif de commande du signal 27 'MHz engendré. comme on va le voir, par l'oscillateur OSC. L'oscillateur OSC comprend d'abord une résistance RO1 et une diode Zener CRO1, connectées en série entre une premier et une deuxième sortie des enroulements respectifs de l'inductance EO* et dont le point commun est connecté A la base du transistor OO1, de type NPN, L'autre extrémité de la résistance RO1 est connectée, autre à la premiere sortie de l'inductance E02. à une résistance F02 et, et travers celle-ci, a une première extrémité de l'enroulement primaire Lp et àune première borne d'un condensateur CO5. L'autre extrémité de l'enroulement primaire Lp et connectée au collecter du transistor 001. L'émetteur du transistor 001 est connectée a un circuit de polarisation comprenant, en parallèle, la résistance RO3 et un condensateur CO4, et conduisant a la deuxième sortie de l'inductance E02, a 1 laquelle est aussi connectée une deuxième borne du condensateur CO5. Un condensateur t est en outre connecté entre le col lecteur et l'émetteur du transistor 001. Un signal en courant continu appliqué a l'entrée UE vient charger le condensateur CO5 et alimenter i 'oscillateur. La base du transistor 001 est polarisez m une tension constante définie par la diode Zener CRO1 ce qui définit le courant continu d'émetteur, compte tenu de la valeur de la résistance RO3 découplée par le condensateur C04 et place le transistor en condition d'amplification.Le couplage collectetir-émetteur permet l'amorçage et l'entretien d'une oscillation dont 1 fréquence, par un dimensionnement adéquat de 1 'ensemble des circuits de la figure i, est par exemple de 27 MHz, L'énergie de cette oscillation est transférée de l'enroulement primaire LF a 1 'enroulement secondaire Ls. lequel est accordé sur la frequence de 27 MH mentionnée par les condensateurs COr et C07. Ces condensateurs sont respectivement connectés aux extrémités de l'enroulement secondaire Le 1 esquelles sont en oiitre connectées aux entrées de courant alternatif d'un pont redresseur RD composé de quatre diodes CRO2, CRO3, CRO4,CRO5.La sortie de courant continu du pont redresseur RD est appliquée à un filtre de sortie FScomprenant un condensateur COR au deux bornes duquel sont connectées les entrées de deux enroulements d'une inductance double EO3, dont le sorties sont respectivement connectées aux deux bornes d'un condensateur C09 et aux bornes de sortie US du di sposi tii transmetteur d'ordres. Le signal alternatif à 27 MHz couple a l'enroulement secondaire Ls est ainsi redresse et filtré et produit un signal en courant continu représentatif du signal en courant continu reçu sur I 'entrée UF. Etant donné la fréquence très élevée de l'oscillateur OSC, la transmission de signaux en courant continu s'effectue sans dégradation appréciable des fronts du signal. Grace à l'emploi d'un transformateur sans noyau ferromagnét i que les pertes de couplage sont faibles.Les pertes dans les circuits du dispositif sont également faible. de sorte que la majeure partie de 1 'énergie apportée au dispositif par le signal en courant continu d'entrée se retrouve dars i e signal en courant continu de sortie. Cela est d autant plus souhaitable que ce signal est destine a des dispositifs agencés dans un milieu bruyant et permet la conservation d'un rapport signal/bruit acceptable. On va maintenant se tourner vers la figure représentant un mode de réalisation du dispositif transmetteur d ordres de la figure 1. Le plan de la figure 2 représente une plaquette de céramique diélectrique 1. de forme allongée, et sur une meme face pricipale de cette plaquette, le circuits i mpr i més conctituant les conducteurs interconnectant les composant du dispositif de la figure 1. l'emplacement de ces composants étant signalé par la référence de ceux-ci, ainsi que le circuit imprimé constituant 1 enroulement primaire Lo. L'enroulement secondaire est indiqué mais n'est lui-même pas visible sur la figure.' car il est dispose sur l'autre face de la plaquette 1 et est coextensif à l enroulement primaire Lp.On ne décrira pas ces circuits de façon exhaustive, car cela serait sans intéret eu egard à l'objet de l'invention un se bernera en mettre en évidence les caractéristique qui permettent d atteindra les objectifs visés par l'invention. Comme on peut le voir sur la figure 2, les bornes d'entrée UE du dispositif sont situées une extrémité (celle de gauche sur la figure) de la plaquette 1. Les bornes de sortie US sont a l'autre extrémité. Les circuits FE et OSC sont proches des bornes d'entrée UE et s'étendent jusqu'au voisinage de l'enroulement primaire Lp. Le transistor 001, dont la forme est représentée en traits d'axe, vient cependant à cheval sur l'enroulement Lp.L'extremité intérieure de i enroulement Lp est ainsi connectée a l'électrode de collecteur du transistor, qui trouve à l'intérieur du cadre que forme l'enroulement : toujours à l'intérieur de ce cadre, le condensateur CO3 couple l'électrode rie collecteur co ] a une première é ] ectrode d'émetteur, Dans le bottier du transistor, par exemple de type MRF5943, du constructeur MOTOROLA Inc, cette premiére électrode d'émetteur est connectée à une deuxième électrons d'émetteur em2, ce qui permet de rejoinre la résistance et et le condensateur C04, sans prévoir de "pont", c'esta-dire de connexion erîjambant l'enroulement Lp. L enroulement secondaire Ls est imprime exactement en dessous de l'enroulement Lp, sur l'autre face de la plaquette. On e représenté en traits interrompus, les connexions cl s de cet enroulement secondaire qui conduisent à des plates-formes non visibles situées exactement au-dessous des plates-formes pt i et pt2 de la figure 2. Des pinces latérales non représentées connectent deux à deux les plates-formes des deux faces et l connexions cls sont ainsi connectées au olate=-formes ptl et Pt et, de la, aux circuits composant le redresseur PD et le filtre de sortie FS. On notera ou ne zone vide ZD est laissée entre les circuits F'D et FS et l'enroulement primaire Lp. Cette zone vide procure un isolement prévu pour limiter le risque de claquage par haute tension à la surface de le plaquette, entre les circuits FS et RD, qui sont au potentiel des bornes de sortie, donc de l'équipement commandé, et l'enroulement primaire Lp, qui est au potentiel de l'équipement de commande. On notera encore que l'enroulement Lp, et aussi l'enroulement Ls qui occupe le même emplacement sur l'autre face de la plaquette, sont séparés du bord de le plaquette par une marge mg. La largeur de cette marge est prévue pour limiter le risque de claquage par haute tension entre les deux enroulements, contournant le bord de la plaquette. D'une manière générale, la tenue du dispositif aux hautes tensions sera augmentée, en le noyant dans un produit diélectrique approprié, tel que celui qui est commercialise sous la marque "SILASTENE". REVENDICATION 1. Dispositif transmetteur d'ordres comprenant notamment un oscillateur pour convertir le courant continu de signaux de commande en un courant alternatif couplé par un transformateur a un redresseur restituant un signal en courant continu, caractérisé en ce que le transmetteur d'ordres est réalisé sur une plaquette (1 d'une céramique diél ectri que portant, sur une face, les es circuits de l'oscillateur (OSC) et l'enroulement primaire (Lp) dildit transformateur, tandis que 1 enroulement secondaire (Ls) i dudit transformateur est disposé sur l'autre farte i redresseur (RD) étant quant 'a 3 lui disposé sur 1 l'une ou l'autre face, à une distance de l'enroulement primaire (Lp) suffisante pour réduire au valeurs désirées le couplage capacitif et le risque de claquage par haute tension entre l entrée et la sortie du dispositif, l'épaisseur de la plaquette étant choi i e pour procurer i ''sol ement diélectrique approprié entre les enroulements (Lp, Ls) qui se font face. Dispositif transmetteur d'ordres conforme å la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit redresseur (RD) est équipé sur la méme face que le circuit oscillateur (OSC) et l'enroulement primaire (Lp), les éléments de ce circuit et ses connexions à l'enroulement secondaire (Ls) étant séparés de l'enroulement primaire (Lp) par un espace de protection (ZV) contre les claquages éventuels par haute tension. Dispositif transmetteur d'ordres conforme à la revendication i ou 2, caractérisé en ce que la plaquette (1) est plus large que l'enroulement (Lp, Ls) et l'intervalle entre l'enroulement et le bord de la plaquette est tel qu'il limite le risque de claquage entre les enroulements primaire et secondaire (Lp, Ls) par les bord de la plaquette. 4. Dispositif transmetteur d'ordres conforme à la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le circuit oscillateur (OSC) comprenant un transistor (001), de dernier est disposé a cheval sur l'enroulement primaire re (Lp), de façom que le "pont" nécessaire par accéder à l'extrémité intérieure de l'enroulement primaire (Lp) depuis le circuit oscillateur (OSC) colt réalisé dans le boîtier du transistor.