Brevet FR2672448A1 — publié le 19920807

La présente invention a pour objet un circuit d'alimentation à courant continu, susceptible d'être utilisé pour alimenter par exemple certains des moteurs, notamment des micromoteurs, et des dispositifs électroniques présents dans des équipements pour appareils électroménagers, ces équipements ayant pour fonction d'entraîner des dispositifs mécaniques qui séquencent l'exécution des différentes étapes d'un cycle de programmation, ce cycle étant présélectionné par l'utilisateur de l'appareil électroménager. L'ensemble constitué par les dispositifs mécaniques de séquencement de programme, les dispositifs électroniques et d'un moteur d'entraînement est appelé programmateur. Parmi les appareils électroménagers comportant de tels programmateurs, on peut citer les machines à laver le linge ou la vaisselle. Dans le secteur de l'industrie pour l'électroménager, les contraintes de coût et d'encombrement sont très importantes et il est donc indispensable d'aller vers des solutions simples, pour réaliser de telles alimentations. On connaît déjà des circuits d'alimentation d'une charge, à partir d'une source de tension alternative redressée, comprenant un condensateur agencé pour être chargé par la tension redressée par l'intermédiaire d'une résistance ballast, en série avec le condensateur, et alimenter la charge en tension, et des moyens pour limiter la tension d'alimentation délivrée à la charge. L'utilisation d'une résistance ballast, solution généralement retenue, introduit toutefois un facteur très contraignant qui est la dissipation d'énergie par effet Joule et la nécessité de l'évacuer. C'est une opération malaisée lorsque l'alimentation est intégrée dans un équipement. La présente invention vise à résoudre ce problème de dissipation excessive d'énergie. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif tel que défini plus haut, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens interrupteurs, en série avec la résistance ballast et le condensateur, et des moyens pour commander lesdits moyens interrupteurs. L'invention repose sur l'idée qu'il est avantageux de supprimer le courant de dissipation dans la partie du circuit d'alimentation qui contient la résistance ballast et le condensateur, lorsque le condensateur est chargé à une valeur proche de la tension nominale de sortie, et peut donc satisfaire à lui seul, pendant un certain temps, la fourniture de la tension nécessaire à la charge. De façon avantageuse, les moyens interrupteurs comprennent au moins un premier transistor, de préférence commandé par sa grille. Avantageusement encore, les moyens interrupteurs comprennent en outre un circuit électronique d'adaptation, pour la commande dudit premier transistor avec un second transistor agencé pour relier la grille dudit premier transistor à la masse du circuit d'alimentation, la base dudit second transistor constituant l'entrée principale de commande dudit premier transistor. De préférence toujours, la grille du premier transistor est reliée à la cathode d'une diode Zener, dont l'anode est reliée à la masse, au collecteur du second transistor, dont l'émetteur est relié à la masse, et à une résistance de polarisation dudit premier transistor. Dans la forme de réalisation préférée du dispositif de l'invention, lesdits moyens de commande comprennent des moyens sensibles à la valeur de la tension source et des moyens sensibles à la valeur de la tension dudit condensateur. Avantageusement encore, les moyens de commande sensibles à la valeur de la tension de source comprennent un pont diviseur de tension. Avantageusement toujours, les moyens de commande sensibles à la tension dudit condensateur comprennent des moyens de déclenchement à hystérésis. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de la forme de réalisation préférée du circuit de l'invention, destiné à alimenter une charge, comprenant essentiellement un micromoteur de programmateur de machine à laver et des dispositifs électroniques associés, en référence au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 représente le circuit électronique d'alimentation de l'invention et - les figures 2 illustrent différents signaux temporels apparaissant en divers points du circuit de la figure 1. La tension alternative U d'une source est redressée en mode monoalternance par une diode 1. Entre la sortie 50 de la diode 1, désignée par point haut du circuit, et la masse, sont disposés une résistance ballast 2, reliée au drain d'un transistor 3, ici de type MOSFET, la source de ce transistor étant reliée au pôle positif d'un condensateur 4 ici électrochimique, appelé condensateur de sortie car son pôle positif est relié à la charge 5 à alimenter et son pôle négatif est relié à la masse du circuit et à la charge 5. I1 est important de souligner que la tension de sortie Vs, commune au condensateur 4 et à la charge 5 doit fluctuer par valeurs proches, autour d'une valeur VSN appelée tension nominale de sortie, cette valeur étant adaptée à la charge 5. Entre le point haut 50 et la masse, est encore disposée une résistance 6 reliée au collecteur d'un transistor 7, de type bipolaire, dont l'émetteur est relié à la masse. Le point commun à la résistance 6 et au collecteur du transistor 7 est relié à la grille du transistor 3 et à la cathode d'une diode Zener 8, dont l'anode est reliée à la masse. L'ensemble 17 constitué du transistor 3, de la résistance 6, de la diode 8 et du transistor 7, assure la fonction interrupteur qui va intervenir, par des actions de fermeture-ouverture du transistor 3, sur le processus de charge du condensateur 4 et par conséquence sur la dissipation de la résistance ballast 2 qui lui est associée en série. Lorsque le transistor 7 est passant, c'est-à-dire lorsque, par des circuits de commande 18, 19 dont il sera question ci-après, on applique sur sa base une tension de seuil VBE minimale, la grille du transistor 3 est alors reliée à la masse et le transistor 3 ne conduit plus. Dans le cas contraire, où le transistor 7 est bloqué, la diode 8, polarisée par la résistance 6 applique une tension à la grille du transistor 3, alors conducteur, dès lors que la tension U de la source dépasse la valeur de la tension Vs augmentée de la tension de seuil VGS du transistor 3. La commande de cet ensemble interrupteur 17 s'effectue donc à partir de la base du transistor 7, et l'interrupteur se définira comme étant ouvert ou fermé, selon que la tension appliquée à la base du transistor 7 est respectivement supérieure ou inférieure à la tension de seuil VBE de ce transistor. L'état fermé nécessite néanmoins une condition supplémentaire, mais implicite, qui veut que la source de tension soit positive et non nulle, pour qu'il existe une tension VGS sur la grille du transistor 3, qui soit aussi positive et supérieure au seuil de conduction. La commande de cet ensemble interrupteur 17 est réalisée par les deux ensembles 18 et 19. L'ensemble de commande 18 est un pont diviseur de tension situé entre le point haut 50 et la masse et constitué de deux résistances 9 et 10, le point milieu de ce pont 18 étant relié à la base du transistor 7, la tension aux bornes de la résistance 10 étant égale à la tension appliquée à ladite base. La résistance 10 est ici du type potentiométrique, pour permettre à l'utilisateur de régler les caractéristiques du circuit. Le pont diviseur 18 est actif vis à vis de l'ensemble interrupteur 17 lorsque la tension U atteint une valeur UM proportionnelle, dans le rapport du pont, à la tension de seuil VBE du transistor 7 de l'interrupteur 17; cette valeur UM pourra d'ailleurs être modifiée en modifiant les valeurs de la résistance 10. L'ensemble 18 assure donc, d'une part, une partie de la fonction commande d'interrupteur, ceci chaque fois que la valeur de tension U est supérieure à UM, et d'autre part, une fonction d'interdiction de passage des forts courants dans le transistor 3, protégeant ainsi ce dernier au delà d'une valeur de courant limite IM, définie par UM - Vs 1M = RON + R2 VS étant la valeur de tension de sortie présente aux bornes du condensateur 4, RON étant la valeur de la résistance drain-source du transistor 3, et R2 la valeur de la résistance ballast 2. L'ensemble 19, complémentaire de l'ensemble 18 dans la fonction commande, est un circuit de déclenchement à hystérésis, c'est-à-dire se déclenchant pour une valeur VSM de la tension de sortie, et s'inhibant pour une autre valeur vsm inférieure à VSM, les deux valeurs étant proches de la valeur nominale de tension de sortie VSN. Le déclenchement de ce circuit affecte l'ensemble interrupteur 17, qui est alors forcé à l'état ouvert, c'est-à-dire transistor 3 non passant. L'ensemble 19 est constitué d'une résistance 11, reliée par une extrémité à la grille du transistor 3 et reliée doublement par l'autre extrémité à la base d'un transistor 15, du type bipolaire, et à une résistance 12 cette résistance étant elle-même doublement reliée par son autre extrémité à la cathode d'une diode Zener 16, reliée à la masse par son anode et de tension Zener choisie proche de la valeur nominale de tension de sortie VSN, et à une autre résistance 13, doublement raccordée par son autre extrémité à l'émetteur du transistor 15 et au pôle positif du condensateur 4, c'est-à-dire à la charge 5 que l'on veut alimenter. Le collecteur du transistor 15 est relié, à travers une résistance 14, à la base du transistor 7, c'est-à-dire l'entrée de commande de l'ensemble interrupteur 17. Le mécanisme de commande de l'interrupteur 17 par l'ensemble 19 va maintenant être décrit. Lorsque le condensateur 4, pendant sa charge, atteint la valeur de tension théorique de la diode 16, cette valeur étant donc proche de la valeur nominale VSN, ladite diode devient passante et il se produit ensuite une élévation de tension dans la résistance 13, égale à l'élévation de la tension de sortie Vs, et ceci jusqu'à ce que la tension de sortie atteigne la valeur VSM. Dès que Vs = VSM, le transistor 15 devient conducteur, l'ensemble 19 perd son état d'inhibition et, par la base du transistor 7, force l'ensemble interrupteur 17 à l'état ouvert. On notera que la tension VSM est une fonction croissante de la valeur de la résistance 12, à valeur constante de la résistance 11. La résistance 11, reliée au collecteur du transistor 7 qui est alors passant, est de ce fait reliée à la masse, et ceci conduit à l'inversion de polarité des potentiels des résistances 11 et 12. I1 se produit alors un effet cumulatif, renforçant la conduction du transistor 15, car sa base est maintenant reliée à la masse par la résistance 11 et le transistor 7, effet qui réduit le temps de réactivation de l'ensemble 19 et qui met vigoureusement la grille du transistor 3 à la masse.Cet état reste stable jusqu'à ce que le condensateur 4, isolé de la source et se déchargeant dans le moteur 5, voit sa tension atteindre la valeur basse vsm A cet instant ou VS = vsm, le transistor 15 ne peut plus conduire car la tension qui lui est proposée entre son émetteur et sa base est trop faible et l'ensemble 19 retourne donc à l'état inhibé, sa sortie de commande repassant à l'état haute impédance ne pouvant donc plus forcer l'ensemble interrupteur 17 à l'état ouvert. On notera que vsm est une fonction décroissante de la valeur de la résistance 12, à valeur constante de la résistance 11. L'hystérésis H de l'ensemble 19, définie par la différence entre VSM et vsm, est donc une fonction croissante de la valeur de la résistance 12, ceci permettant de choisir, si besoin est, une résistance 12 de type potentiométrique, qui offrira ainsi la possibilité de régler l'hystérésis. Le circuit d'alimentation fournit une tension d'alimentation relativement constante, proche de la valeur nominale VSN, tout en limitant la dissipation d'énergie dans la résistance ballast 2. La figure 2A représente deux alternances de la courbe 60 de la tension de source redressée U avec des points 61 de tension UM. La figure 2B représente la courbe 70 de la tension de sortie Vs, en dents de scie, avec des points 71, 72 de tensions VSM et vsm, respectivement. La figure 2C représente le chronogramme des états des ensembles de commande 18 et 19, dans lequel les créneaux 80 représentent l'état activé de l'ensemble 19 et les créneaux 81 représentent l'état actif de l'ensemble 18 lorsque U > U M Les créneaux 81 sont décalés dans le temps par rapport aux créneaux 80, avec toutefois une zone de recouvrement 62. La figure 2D représente des créneaux de la courbe de tension de la grille du transistor 3 de l'ensemble interrupteur 17, tension qui ne peut dépasser la valeur haute 90, définie comme étant la tension Zener de la diode 8. Lorsque la courbe de tension de la grille du transistor 3 présente des valeurs nulles, l'ensemble interrupteur est dans l'état ouvert, ou non passant, et le condensateur 4 se décharge. Lorsque la tension U (figure 2a), à l'instant to, commence à s'établir par valeurs positives, croissantes, et inférieures au seuil UM, le condensateur 4 commence à se charger (70) par valeurs inférieures à VSM, car l'ensemble 18 n'agit pas sur l'interrupteur 17 et l'ensemble 19 est inhibé, l'interrupteur 17 étant par conséquent dans son état naturel sans forçage, c'est-à- dire fermé, ou encore passant (figure 2D). Dès que la tension de sortie (figure 2 B) atteint la valeur VSM (71), à l'instant t1, l'ensemble 19 perd son état inhibé (80) et force l'interrupteur 17, en réalité et plus précisément le transistor-interrupteur 3 en série avec la résistance-ballast 2, en position ouverte, ce qui a pour effet d'isoler le condensateur 4 du reste du circuit et de supprimer la dissipation d'énergie dans la résistance-ballast 2. Après décharge partielle du condensateur 4, à l'instant t3 (70), quand Vs = vsm, l'ensemble 19 revient à l'état inhibé (80). L'état de l'interrupteur 17 ne dépend plus alors de l'ensemble 19, mais reste néanmoins à l'état ouvert, car la valeur Um (61) définie comme le seuil d'activité du pont 18, a entre-temps été atteinte et dépassée par la source de tension U, à l'instant t2, et le pont 18 est devenu actif (81) sur l'ensemble 17. I1 s'agit là d'un recouvrement temporel de l'action de commande des circuits 18 et 19, qui s'étend de l'instant t2 à l'instant t3. Ce recouvrement temporel (62) représente figure 2C, n'est pas indispensable au bon fonctionnement du circuit, mais pourra néanmoins toujours être obtenu en modifiant les valeurs des résistances 10 et 12 ou la capacité du condensateur de sortie 4. De l'instant t3 à l'instant t4, le pont 18 maintient à lui seul (81) l'interrupteur 17 dans l'état ouvert jusqu'à ce que, à l'instant t4, la tension U de la source soit tombée en dessous de la valeur UM, ce qui conduit l'interrupteur 17 à retrouver son état sans forçage, c'est-à-dire fermé, ou passant. Le condensateur 4 se charge donc ensuite à nouveau (70) pour la deuxième fois pendant le cycle d'alternance positive de la source de tension, et ceci jusqu'à ce que la tension de sortie ait atteint la valeur VSM (71) à l'instant t5, ou, pour la deuxième fois ici aussi, l'ensemble 19 est réactive (80) et, par l'interrupteur 17, va à nouveau isoler le condensateur 4 de la source de tension U. Le condensateur 4 se déchargera ensuite jusqu'à l'instant to du cycle suivant, et jusqu'à des valeurs inférieures à vsm, -car cette valeur vsm étant atteinte à l'instant t7 (72), la source de tension a entre-temps, à l'instant t6, atteint des valeurs négatives et le circuit complet est inactif. Ainsi, la dissipation d'énergie dans la résistance 2, ne se produit que pendant deux moments d'une alternance positive de la source de tension, le premier moment s'étendant entre les instants t0 et tl et le deuxième s'étendant entre les instants t4 et t5. En pratique, on constate que l'économie d'énergie dissipée peut dépasser environ 75 % de l'énergie dissipée dans un circuit classique. REVENDICATIONS 1.- Circuit d'alimentation d'une charge (5) en tension à partir d'une source de tension alternative redressée, comprenant un condensateur (4) agencé pour être chargé par la tension redressée par l'intermédiaire d'une résistance ballast (2), en série avec le condensateur, et alimenter la charge (5) en tension, et des moyens (16) pour limiter la tension d'alimentation délivrée à la charge, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens interrupteurs (17), en série avec la résistance ballast (2) et le condensateur (4) et des moyens (18,19) pour commander lesdits moyens interrupteurs (17). 2.- Circuit selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de commande (18, 19) comprennent des moyens (18) sensibles à la valeur de la tension source. 3.- Circuit selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel lesdits moyens de commande (18,19) comprennent des moyens (19) sensibles à la valeur de la tension dudit condensateur (4). 4.- Circuit selon la revendication 2, dans lequel les moyens de commande (18) sensibles à la valeur de la tension de source comprennent un pont diviseur de tension (9, 10). 5.- Circuit selon la revendication 3, dans lequel les moyens de commande (19) sensibles à la tension dudit condensateur (4) comprennent des moyens de déclenchement à hystérésis (19). 6.- Circuit selon la revendication 5, dans lequel les moyens de déclenchement à hystérésis (19) comportent un transistor bipolaire (15) dont l'émetteur est soumis à la tension de la charge, dont le collecteur est relié à l'entrée de commande des moyens interrupteurs (17) et dont la base est soumise à une référence de potentiel (16). 7.- Circuit selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens interrupteurs (17) comprennent au moins un premier transistor (3) de préférence commandé par sa grille. 8.- Circuit selon la revendication 7, dans lequel les moyens interrupteurs (17) comprennent en outre un circuit électronique d'adaptation, pour la commande dudit premier transistor (3) avec un second transistor (7) agencé pour relier la grille dudit premier transistor (3) à la masse du circuit d'alimentation, la base dudit second transistor (7) constituant l'entrée principale de commande dudit premier transistor (3). 9.- Circuit selon la revendication 8, dans lequel la grille du premier transistor (3) est reliée à la cathode d'une diode Zener (8), dont l'anode est reliée à la masse, au collecteur du second transistor (7), dont l'émetteur est relié à la masse, et à une résistance (6) de polarisation dudit premier transistor (3).