Brevet FR2663174A1 — publié le 19911213

La présente invention concerne un temporisateur multitension à plage de tensions d'alimentation étendue, comprenant un relais de sortie à courant nominal, pour relier un contact commun à l'un ou l'autre de deux contacts de repos et de travail, sous l'action de moyens de détermination d'une temporisation, des moyens interrupteurs, en série avec le relais, commandés par des moyens de comparaison du courant circulant dans le relais et du courant nominal pour commander l'ouverture des moyens interrupteurs. Un temporisateur, en référence à la figure 1, comporte essentiellement un relais de sortie 1, à tension d'alimentation nominale, généralement 12 ou 24 v, et courant nominal, constitué d'une bobine et d'un noyau de commande d'une lame de contact 2, pour relier un contact de charge, ou commun, 3 soit à un contact de repos 4 soit à un contact de travail 5. La bobine du relais 1 est en série avec un interrupteur 6 commandé par un bloc de temporisation 7 et un bloc 8 de contrôle du courant i traversant la bobine. On connait des temporisateurs multifonction, des temporisateurs multitension et des temporisateurs multifonction et multitension. Dans un temporisateur multifonction, la temporisation S, au demeurant de durée variable, par exemple de 0,1 s à plusieurs heures selon les applications, peut être gérée par le bloc 7 de différentes manières. A compter de la mise sous tension du relais 1, la lame de contact 2 étant en position de repos, le bloc 7 peut, par exemple, maintenir la lame de contact 2 en position de repos pendant la durée de la temporisation, ou commuter immédiatement la lame de contact 2 en position de travail et l'y maintenir pendant la durée de la temporisation, ou commuter la lame de contact 2 en position de travail lors d'un évènement extérieur et lty maintenir pendant la durée de la temporisation ou encore commuter la lame de contact 2 en position de travail lors d'un premier évènement extérieur et l'y maintenir jusqu'à la fin de la durée de temporisation suivant un deuxième évènement extérieur. Un temporisateur multitension peut être alimenté sous diverses tensions, continues ou alternatives. En alternatif, la tension VT, aux bornes du relais 1, est fournie par un pont redresseur et sa valeur moyenne, fonction de la valeur efficace de la tension d'alimentation, n'étant pas égale à la valeur nominale, le bloc 8 la hache pour limiter le courant i et le maintenir constant. Dans les temporisateurs connus, le bloc 8 comprend généralement un transistor NPN de commande d'un transistor à effet de champ 6, à courant d'intervention égal au courant nominal du relais 1, en série avec le relais 1 et l'interrupteur 6. Une diode de roue libre 9, pendant l'ouverture de l'interrupteur 6, permet à la bobine du relais de restituer l'énergie emmagasinée sous forme de courant. On remarquera que, lors de l'ouverture de l'interrupteur, la tension aux bornes de la bobine s'inverse mais le courant continue d'y circuler dans le même sens. Quand l'interrupteur 6 est fermé, l'intensité du courant i augmente pendant un temps t fonction de la vitesse de croissance de ce courant, lui-même fonction de la valeur de la tension d'alimentation VT. Ce courant i atteint le courant de seuil du transistor 8, qui devient passant, ouvre l'interrupteur 6 qui bloque à son tour le transistor 8, et tout cela en un temps très court. Finalement, la fonction du bloc 8 est de capter le courant traversant la bobine du relais 1 et de le comparer à un courant de référence, le courant nominal de la bobine, pour commander l'interrupteur et, indépendamment de la tension d'alimentation, maintenir en le hachant, ou le découpant, le courant de la bobine à une valeur moyenne constante. En d'autres termes, le relais 1 est alimenté par une alimentation à découpage. La durée s étant très courte par rapport à la durée t, définies ci-dessus, la fréquence de découpage est donc pratiquement déterminée par t, durée de fermeture de l'interrupteur 6 à chaque cycle. Quand il s'agit d'un temporisateur multitension à alimenter sous des tensions de 110 et 220 v, il n'est pas difficile d'agencer l'alimentation à découpage pour que la fréquence de découpage ne soit pas audible. Mais quand il s'agit d'un temporisateur multitension à alimenter sous des tensions appartenant à une plage étendue à des valeurs encore inférieures, par exemple de 24 à 240 V UC (AC et DC), la fréquence de commutation du transistor de découpage peut devenir faible au point d'engendrer un désagrément phonique. Comme les temporisateurs sont des appareils utilisables dans de nombreuses applications, et notamment dans les automatismes et plus généralement en électronique industrielle, d'une part, et que leur fabrication ne doit être envisagée qu'en grande série, d'autre part, la demanderesse s'est posé le problème de la conception d'un temporisateur multitension à alimenter sous des tensions d'une plage de tensions d'alimentation étendue et d'un bon confort acoustique. A cet effet, la présente invention concerne un temporisateur du type défini ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour commander la fermeture des moyens interrupteurs à une fréquence constante. Grâce à l'invention, le courant circulant dans la bobine du relais conserve, quelle que soit la tension d'alimentation, une valeur moyenne constante égale au courant de référence du comparateur de courant. Le courant de la bobine est haché à une fréquence fixe déterminée, donc satisfaisante au plan phonique, seul le rapport cyclique entre la durée de fermeture de l'interrupteur à chaque cycle et la durée des cycles variant pour maintenir constante la valeur moyenne du courant, mais sans aucune incidence au plan phonique. De préférence, les moyens de commande de la fermeture des moyens interrupteurs comprennent une bascule RS (reset, set) dont l'entrée set est commandée par un oscillateur et dont l'entrée reset est commandée par lesdits moyens de comparaison et un inverseur relié à la sortie de la bascule. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de la forme de réalisation préférée du temporisateur de l'invention, en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'un temporisateur de l'art antérieur; - la figure 2 est une représentation fonctionnelle du temporisateur de l'invention; - la figure 3 est une représentation plus détaillée des moyens de commande de l'interrupteur inséré dans le circuit du relais du temporisateur de la figure 2; - les figures 4a-4f illustrent le fonctionnement des moyens de commande de la figure 3 et - les figures 5a-5d illustrent la nature multifonctionnelle du temporisateur de la figure 2. Le temporisateur qui va maintenant être décrit est un temporisateur multitension et multifonction. En référence à la figure 2, où il est représenté par ses unités fonctionnelles, il comporte - un relais de sortie 10 d'actionnement d'une lame de contact 11 de liaison entre un commun 12 et un contact de repos 13 ou un contact de travail 14, - une diode de roue libre 15, en parallèle sur le relais 10, - un interrupteur 16, dans le circuit de la bobine du relais 10, commandé par une unité 17, - un comparateur de courant 18, pour comparer le courant i de la bobine du relais à un courant de référence iref, en série sur le relais 10 et l'interrupteur 16, - un bloc de temporisation 19, ici un circuit intégré, relié à une unité d'horloge, ou base de temps, 20, une unité de temporisation 21 et un bloc multifonction 22, - une unité 26 de régulation de la tension d'alimentation du bloc 19, - un oscillateur 27 de contrôle de l'unité 17, - un pont redresseur 23, pour redresser les tensions d'alimentation à l'entrée du temporisateur, entre les bornes 24, 25. Le pont 23 est relié, par sa borne positive 28, au relais 10 et au régulateur 26 et, par sa borne négative 29, au comparateur 18, à l'oscillateur 27, au circuit de temporisation 19, à l'unité d'horloge 20, au bloc multifonction 22, à l'unité de temporisation 21. La borne 29 est reliée à la masse. Entre le relais 10 et l'interrupteur 16, on peut avantageusement prévoir une lampe de signalisation, par exemple une diode LED avec une diode Zener de protection. En référence à la figure 3, l'interrupteur 16 est ici un transistor MOS FET. Le comparateur 18 est ici un transistor NPN, en parallèle, par l'intermédiaire d'une résistance 30 et du régulateur 26, sur le relais 10 et le transistor 16 en série. Au transistor 18 est associé un circuit de polarisation et de filtrage 31. En sortie du régulateur 26 et en parallèle sur le bloc de temporisation 19 est disposé un condensateur de filtrage 32. L'unité 17 de commande du transistor 16 comporte un inverseur 33, une porte NAND, dont les deux entrées sont réunies entre elles et dont la sortie 48 est reliée à la grille du transistor 16, et une bascule RS 34. L'entrée set (S) 35 de la bascule est reliée à la sortie de 1'oscillateur 27. L'entrée reset (R) 36 de la bascule est reliée au collecteur du transistor 18 et à la sortie 37 du bloc 19. La bascule 34 comporte deux portes NAND 38, 39. L'une des entrées de la porte 38 est l'entrée 35 de la bascule, l'autre entrée étant reliée à la sortie 47 de la porte 39 reliée aux entrées de l'inverseur 33. La sortie de la porte 38 est reliée à l'une des entrées de la porte 39 dont l'autre entrée est l'entrée 36 de la bascule. L'oscillateur 27 comporte une résistance 40 et une diode 41 en série, en parallèle sur une autre résistance 42 formant un circuit connecté entre, d'une part, les entrées réunies d'une porte NAND 43, dont la sortie est reliée à l'entrée S 35 de la bascule 34, et, d'autre part, la sortie de la porte NAND 43 et un condensateur 44 relié entre les entrées de la porte 43 et la masse. L'unité de temporisation 21, de façon classique, comporte des commutateurs de commande de compteurs du bloc de temporisation 19. Avantageusement, le pont 23 est relié à la borne d'entrée 25 par une résistance 45 permettant d'éviter une pointe d'intensité lors de la mise sous tension, par mise en série de cette résistance et du condensateur 46, entre les bornes de sortie 28, 29 du pont 23, et de la capacité équivalente des composants du temporisateur en aval du pont 23. Avant de poursuivre la description du temporisateur dans sa partie multifonction, le fonctionnement de la partie multitension qui vient d'être décrite va maintenant être abordé en référence à la figure 4. Considérons d'abord le tableau de vérité de l'unité 17 de commande du transistor 16. Quand le transistor 18 est passant (interrupteur fermé), l'entrée R 36 de la bascule est à l'état bas (0), sa sortie B 47, indépendamment de l'état de l'entrée 35, est à l'état haut (1), la sortie 48 de l'inverseur 33 est à l'état 0, le transistor 16 étant alors bloqué (interrupteur ouvert 0). Quand le transistor 18 est bloqué (interrupteur ouvert), l'entrée R 36 de la bascule est à l'état 1. L'oscillateur 27 émet sur sa sortie 35 un train d'impulsions, ici négatives, c'est-à-dire faisant passer la sortie 35 de l'état haut à l'état bas, à une fréquence fixe déterminée ou espacée deux à deux d'une période T, (figure 4c). Quand l'entrée S 35 passe à l'état 0, l'entrée R 36 étant à l'état 1, la sortie B 47 de la bascule passe à l'état 0, la sortie 48 de 1'inverseur 33 passe à l'état 1 et le transistor 16 devient passant (interrupteur fermé 1). T18 R S B T16 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 1 101 111 1 0 1 0 0 1 Quand, lors d'un cycle de l'oscillateur 27, le transistor 16 est passant, pendant une durée t (fig. 4f), le transistor 18 étant bloqué (fig. 4b), l'intensité du courant i traversant la bobine du relais (fig. 4a) augmente jusqu'à ce que le transistor 18 devienne passant (T18 à l'état 1), fasse passer l'entrée R à l'état O (fig. 4d) et la sortie B à l'étant 1 (fig. 4e) et bloque le transistor 16 (T16 à l'état 0). Le transistor 18 reste passant pendant une impulsion de durée et se bloque à nouveau pour faIre passer l'entrée R à l'état 1 (fig. 4d). Quand, sous l'action de 1'oscillateur 27, l'entrée S passe à l'état 0 (fig. 4c), la sortie B passe à l'état O (fig. 4e) et le transistor 16 redevient passant (fig. 4f), et ainsi de suite. Le courant i dans la bobine du relais 10 conserve ainsi une valeur moyenne constante égale au courant de saturation du transistor 18. Ce courant est haché par le transistor 16 à la fréquence constante de l'oscillateur 27. Seul le rapport cyclique t peut varier en fonction T de la valeur efficace de la tension d'alimentation entre les bornes 24, 25. Le bloc multifonction 22 comporte ici, et de façon connue en soi, une cellule 49 de sélection de fonctions, ici une batterie de commutateurs, et une cellule 50 de commande d'un autre interrupteur 51, ici un photocoupleur, reliée par ses entrées, à la borne d'entrée 24 et à une autre borne 52. Quand les bornes 25, 52 sont reliées, la cellule 50 est alimentée et l'interrupteur 51 est fermé. Dans l'exemple considéré, la cellule 49 est reliée au bloc de temporisation 19 par quatre fils et on peut sélectionner l'une ou l'autre de quatre fonctions F1-F4 illustrées sur la figure 5. A compter de la mise sous tension V du temporisateur, par les bornes d'entrée 24, 25, la lame de contact 11, en position de repos, peut passer en position de travail après une temporisation C'est la fonction F1 de la figure 5a. Dès la mise sous tension, la lame de contact 11, qui était en position de repos, peut passer en position de travail, y rester pendant une temporisation g et revenir en position de repos à la fin de la temporisation. C'est la fonction F2 de la figure 5b. A compter de la mise sous tension V, par les bornes 24, 25, on peut, à l'instant tl, courtcircuiter les bornes 25, 52, à l'aide d'un interrupteur non représenté, pour mettre sous tension U la cellule 50, fermer l'interrupteur 51 et faire passer la lame de contact 11 en position de travail, qui y reste pendant une temporisation 7 avant de revenir en position de repos à la fin de la temporisation. C'est la fonction F3 de la figure 5c. A compter de la mise sous tension V, par les bornes 24, 25, on peut court-circuiter les bornes 25, 52 à l'instant t1 pour mettre sous tension U la cellule 50 et faire passer la lame de contact 11 en position de travail et l'y maintenir jusqu'à la fin d'une temporisation T commençant à l'instant t2 de mise hors tension de la cellule 50. C'est la fonction F4 de la figure 5d. Revendications 1. Temporisateur multitension à plage de tensions d'alimentation étendue, comprenant un relais de sortie (10) à courant nominal, pour relier un contact commun (12) à l'un ou l'autre de deux contacts de repos (13) et de travail (14) sous l'action de moyens (19) de détermination d'une temporisation, des moyens interrupteurs (16), en série avec le relais (10), commandés par des moyens (18) de comparaison du courant circulant dans le relais (10) et du courant nominal pour commander l'ouverture des moyens interrupteurs (16), temporisateur caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (17) pour commander la fermeture des moyens interrupteurs (16) à une fréquence constante. 2. Temporisateur multitension selon la revendication 1, dans lequel les moyens (17) de commande de la fermeture des moyens interrupteurs (16) comprennent une bascule RS (34) dont l'entrée set (35) est commandée par un oscillateur (27) et dont l'entrée reset (36) est commandée par lesdits moyens de comparaison (18). 3. Temporisateur multitension selon la revendication 2, dans lequel lesdits moyens (17) de commande de la fermeture des moyens interrupteurs (16) comprennent un inverseur (33) relié à la sortie (47) de la bascule (34). 4. Temporisateur multitension selon la revendication 3, dans lequel la bascule (34) comprend deux portes NAND (38, 39) et l'inverseur (33) comprend une porte NAND. 5. Temporisateur multitension selon la revendication 4, dans lequel l'oscillateur (27) comprend une porte NAND (43). 6. Temporisateur multitension selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel lesdits moyens de comparaison comprennent un transistor (18). 7. Temporisateur multitension selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel lesdits moyens interrupteurs comprennent un transistor MOS FET (16). 8. Temporisateur multitension selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel est prévu un bloc multifonction (22) connecté aux moyens (19) de détermination d'une temporisation.