Brevet FR2656705A1 — publié le 19910705

DETECTEUR DU TYPE DEUX FILS A TENSION REGULEE. La présente invention concerne un détecteur du type deux fils comprenant un capteur apte à délivrer un signal de sortie à deux états, ainsi qu'un dispositif de commutation agencé pour commuter une charge en fonction de l'état du signal de sortie, la charge étant placée en série avec une source de tension qui alimente le détecteur. Les détecteurs ainsi agencés sont aussi qualifiés de détec- teurs "deux fils", car ils sont reliés à la charge et à la source par deux fils seulement et ils s'alimentent en série avec la charge Il s'agit par exemple de détecteurs de proximité ou analogues dont la grandeur à détecter modifie les caractéristiques d'une oscillation. Pour améliorer les performances de ces détecteurs, on cherche notamment à minimiser, d'une part, le courant rési- duel qu'il consomme lorsqu'il arrête le fonctionnement de la charge (état arrêt ou "off"), d'autre part, la tension de déchet qu'il génère lorsqu'il fait fonctionner la charge (état marche ou "on") Il est également souhaitable de réguler la tension fournie au capteur à partir de la source, en particulier dans les phases transitoires au cours desquelles le détecteur passe de l'état marche à l'état arrêt et vice-versa. 2 - L'invention a en particulier pour but d'assurer dans un détecteur de ce type une régulation optimale de la tension fournie au capteur notamment dans chacune des phases arrêt et marche. Elle a aussi pour but de réduire le nombre et les dimensions des composants utilisés pour réaliser un détecteur du type décrit. Selon l'invention, le dispositif de commutation comprend un circuit de régulation de tension série, un circuit de régulation de tension parallèle, un circuit de commutation recevant le signal de sortie du capteur pour activer alternativement le circuit de régula- tion série dans un premier état du signal et le circuit de régulation parallèle dans un deuxième état du signal. De préférence, le circuit de régulation série et le circuit de régulation parallèle ont en commun un organe de régula- tion à référence de tension et contre-réaction, celui-ci étant avantageusement intégrable Le circuit de commutation peut comprendre un premier et un deuxième interrupteurs commandables en opposition par le signal de sortie du capteur pour court-circuiter respectivement un transistor ballast appartenant au circuit de régulation série et un transistor de sortie appartenant au circuit de régulation parallèle. La régulation de tension souhaitée est ainsi réalisée de façon stable et précise avec un nombre et un volume de composants réduits aussi bien dans l'état arrêt que dans l'état marche du détecteur; une capacité peut, de plus, être prévue aux bornes du capteur pour assurer la stabilité de tension pendant les phases transitoires. 3 - La description va à présent être faite d'un exemple de réalisation non limitatif de l'invention pour expliciter celle-ci en regard de dessins annexés. La figure 1 représente schématiquement un détecteur conforme à l'invention; La figure 2 montre plus en détail le schéma d'un détecteur de proximité selon l'invention; Les figures 3 et 4 montrent les parties actives du détecteur de la figure 2 lorsqu'il est respectivement à l'état arrêt et à l'état marche. Le détecteur illustré sur la figure 1 comprend un capteur 10 destiné à détecter la variation d'une présence ou d'une grandeur et un dispositif de commutation 20 qui change d'état sous la dépendance d'un signal S généré par le capteur en fonction de la présence ou de la grandeur varia- ble pour établir et, respectivement, arrêter le fonctionne- ment d'une charge. Le dispositif de commutation 20 est susceptible d'être relié via deux bornes A et B à un circuit d'utilisation 30 compre- nant une charge 31 en série avec une source de tension 32. La liaison du dispositif 20 avec la charge et la source s'effectue au moyen de deux conducteurs, la source alimen- tant la charge et le détecteur La source de tension est une source de tension continue ou une source de tension alterna- tive, un redresseur étant, dans ce dernier cas, prévu à l'entrée du détecteur; le dispositif de commutation 20 a un rôle de commutation de la charge 31 et un rôle d'interface entre le capteur 10 et le circuit 30, régulant la tension fournie par la source de tension et délivrant à des bornes 11, 12 du capteur une tension régulée quel que soit l'état de celui-ci. 4 - Lorsque le détecteur ouvre le circuit d'utilisation 30, le courant résiduel consommé par ses circuits électroniques doit être le plus faible possible; de même, lorsque le détecteur ferme le circuit d'utilisation, la tension de déchet qu'il génère et qui alimente ses circuits électroni- ques doit être la plus faible possible. Le dispositif de commutation comporte, à cet effet, un circuit de régulation de tension série 21 combiné à un circuit de régulation de tension parallèle 22, chacun des circuits 21, 22 comprenant un composant actif dont l'impé- dance Zl, respectivement Z 2, assure la régulation souhaitée. Le dispositif 20 comprend, de plus, un circuit de commuta- tion 23 qui reçoit le signal S produit sur une sortie 13 du capteur pour mettre en oeuvre alternativement le circuit de régulation de tension série 21 dans un premier état du signal S et le circuit de régulation de tension parallèle 22 dans un deuxième état du signal S. Il résulte de cette structure du dispositif de commutation que la tension d'alimentation fournie aux bornes 11, 12 du capteur 10 est régulée, d'une part, par le circuit série 21 lorsque le détecteur est au repos et la charge hors fonctionnement, d'autre part, par le circuit parallèle 22 lorsque le détecteur est actif et la charge en fonctionne- ment Une capacité non représentée peut être prévue aux bornes du capteur pour assurer la stabilité de tension dans les phases transitoires. La figure 2 montre plus en détail la circuiterie d'un détec- teur de proximité conforme à l'invention Le capteur 10 de ce détecteur génère une oscillation qui est plus ou moins amortie selon la distance d'un objet à détecter, cet amor- tissement étant convenablement traduit par le signal S Il convient d'observer que les circuits 21, 22 possèdent un même organe de régulation 24 à référence de tension et contre-réaction. - Le circuit de régulation série 21 comprend un transistor ballast Tl de type npn dont le collecteur est relié à la borne A et l'émetteur à la borne 11 du capteur 10; la base de Tl est polarisée en étant reliée à la borne A au moyen d'une résistance Ri et elle est reliée au collecteur d'un transistor T 3 dont la base est connectée à la sortie 25 de l'organe de contre-réaction 24 La base de T 3 est reliée à l'émetteur de celui-ci via une résistance R 3. Le circuit de régulation parallèle 22 comprend un transistor de puissance T 2 dont le chemin collecteur-émetteur est connecté entre les bornes A et B et dont la base est connec- tée, d'une part, à l'émetteur via une résistance R 2, d'autre part, à la sortie 25 de l'organe de contre-réaction 24 via la résistance R 3. Le circuit de commutation 23 comprend un interrupteur Il commandé par le signal S délivré par le capteur 10, cet interrupteur étant monté pour court-circuiter le chemin principal du transistor Tl Le circuit 23 comprend aussi un interrupteur I 2 commandé par le signal inversé S de sortie du capteur, cet interrupteur étant monté pour court-circui- ter le chemin base-émetteur du transistor T 2 Le signal S peut être fourni avec le signal S sur des sorties respecti- ves 13, 14 du capteur 10 ou être élaboré à partir de S par le dispositif 20 Les interrupteurs Il, I 2 sont des transistors bipolaires ou MOS Le circuit 23 peut aussi comprendre un interrupteur I 3 commandé par le signal S et monté pour court-circuiter R 3, pour diminuer la chute de tension entre la sortie 25 et la base de T 2; on facilite ainsi la régula- tion quand la tension à réguler est très faible L'interrup- teur I 3 est illustré en tirets sur les figures 2 et 4. L'organe de contre-réaction 24 comprend un pont résistif R 4, R 5 disposé entre les deux conducteurs 26, 27 d'alimentation du capteur et un élément de référence de tension 28 monté en série avec une source de courant 29 entre les conducteurs 26, 27 Le conducteur 26 est relié à la borne A de potentiel 6 - haut via Tl et le conducteur 27 est relié à la borne B de potentiel bas, par exemple O volt L'élément 28 de référence de tension est, par exemple, une diode Zener, ou un ensemble de diodes ou préférentiellement un montage de transistors "band-gap" Les points milieu respectifs de R 4, R 5 et de 28, 29 sont reliés aux entrées d'un amplificateur différentiel de contre-réaction 24 a dont la sortie est notée 25. Le fonctionnement du détecteur ordonné par les interrupteurs Il, I 2 va être décrit plus en détail en regard des figures 3 et 4, sur lesquelles les parties inactives du dispositif 20 sont représentées en tirets. Sur la figure 3, le détecteur est représenté à l'état arrêt, cet état se traduisant par le passage d'un courant trop faible pour faire fonctionner la charge 31, mais suffisant pour assurer la veille de sa propre circuiterie. Le signal S délivré par le capteur 10 cause l'ouverture de l'interrupteur Il; le signal S cause la fermeture de l'interrupteur I 2, ce qui provoque le blocage du transistor T 2 Le signal fourni à la sortie 25 de l'amplificateur 24 a polarise la base de T 3 et le potentiel induit par la conduc- tion de celui-ci aux bornes de Rl fait varier l'impédance de l'élément de régulation série que constitue le transistor ballast Tl On obtient bien ainsi le courant résiduel minimal souhaité, car l'impédance série du transistor Tl se régule de façon à ne laisser passer que le courant minimal nécessaire au fonctionnement du capteur à la tension de régulation souhaitée. Sur la figure 4, le détecteur est représenté à l'état marche, c'est-àdire qu'il autorise via le transistor de puissance T 2 le passage d'un courant suffisant pour faire fonctionner la charge 31, tout en bénéficiant de la chute de tension régulée aux bornes de T 2 pour continuer d'être alimenté. -7- Le signal S ferme l'interrupteur Tl, tandis que S ouvre l'interrupteur I 2 La fermeture de Il bloque le transistor Tl Le signal de sortie de l'amplificateur 24 a est appliqué à la base de T 2 via R 3; il en résulte que T 2, dont le trajet base- émetteur est polarisé par R 2, conduit et détermine le fonctionnement de la charge 31 On obtient bien ainsi la tension régulée nécessaire au fonctionnement du capteur et égale à la tension de déchet du transistor T 2 de régulation parallèle Lorsqu'on prévoit l'interrupteur I 3, celui-ci est fermé par le signal S, ce qui permet d'appliquer direc- tement à la base de T 2 le signal de sortie de l'amplifica- teur. On constate que l'organe 24 à référence de tension et contre-réaction procure une tension régulée stable et préci- se, cette tension restant identique lorsque le détecteur est à l'état arrêt ou à l'état marche, ce qui évite de perturber le capteur 10 La précision obtenue permet d'éviter de surévaluer la tension de déchet de T 2 qui, autrement, serait nécessaire pour tenir compte notamment des tolérancements et des dérives en température des composants. De plus, le volume des composants utilisés est réduit Il convient, en particulier, d'observer qu'un seul transistor de sortie T 2 est traversé par le courant à commuter par le dispositif 20 à l'état marche et que les deux interrupteurs Il, I 2 ne commutent que des courants faibles: il s'agit pour Il du courant consommé par le détecteur pour assurer son fonctionnement et pour I 2 du courant de commande du transistor Tl via le transistor T 3. Le sous-ensemble constitué par l'élément de référence de tension 28, de préférence du type "band-gap", le pont diviseur R 4, R 5 et l'amplificateur différentiel 24 a peut avantageusement être réalisé sur un circuit intégré Ce sous-ensemble, voire l'ensemble du dispositif 20 si la technologie d'intégration le permet, peut faire l'objet d'un circuit intégré comprenant également le capteur 10. 8 - Le détecteur selon l'invention peut être constitué par tout détecteur du type "deux fils" autre que le détecteur de proximité décrit, par exemple des détecteurs capacitifs, ultrasoniques, photoélectriques ou autres. -9- Revendications 1 Détecteur comprenant: un capteur ( 10) capable de délivrer un signal électrique (S) de sortie à deux états, un dispositif de commutation ( 20) relié au capteur pour recevoir son signal de sortie, ce dispositif pouvant être relié via deux bornes (A, B) à un circuit d'utilisation ( 30) comprenant une charge ( 31) en série avec une source de tension électrique ( 32), le détecteur ouvrant et respectivement fermant le circuit selon l'état du signal de sortie du capteur, caractérisé par le fait que le dispositif de commutation ( 20) comprend: un circuit de régulation de tension série ( 21), un circuit de régulation de tension parallèle ( 22), un circuit de commutation ( 23) recevant le signal de sortie (S) du capteur ( 10) pour activer alternativement le circuit de régulation série dans un premier état du signal et le circuit de régulation parallèle dans un deuxième état du signal. 2 Détecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit de régulation série ( 21) et le circuit de régulation parallèle ( 22) ont en commun un organe de régulation ( 24) à référence de tension et contre-réaction. 3 Détecteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'organe de régulation ( 24) à référence de tension comprend un élément de référence de tension ( 28) et un pont diviseur de tension (R 4, R 5) reliés aux entrées respectives d'un amplificateur différentiel ( 24 a) et intégrés avec celui-ci. - 4 Détecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que: le circuit de régulation série ( 21) comprend un transistor ballast (Tl), le circuit de commutation ( 23) comprend un premier inter- rupteur commandable (Il), monté pour court-circuiter le transistor ballast et commandé par le signal de sortie (S) du capteur ( 10). Détecteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que: le circuit de régulation parallèle ( 22) comprend un tran- sistor de sortie (T 2), le circuit de commutation ( 23) comprend un deuxième inter- rupteur commandable (I 2) monté pour court-circuiter le transistor de sortie et commandé par le signal de sortie (S) du capteur ( 10). 6 Détecteur selon les revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que les premier et deuxième inter- rupteurs commandables (Il, I 2) sont commandés en opposition par le signal de sortie (S) du capteur ( 10). 7 Détecteur selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé par le fait qu'une sortie ( 25) de l'organe de régulation ( 24) à référence de tension et contre-réaction est reliée à la base du transistor de sortie (T 2) via une résistance (R 3) court-circuitable par un troisième inter- rupteur (I 3) commandable par le signal de sortie (S).