Brevet FR2662828A1 — publié le 19911206

SYSTEME ELECTRRIOE COPE Nu ANT UN RELAIS ÉLECTREVCANICOUE ET UN CIRCUIT REDRESSEUR-ABAISSEUR La présente invention concerne des systèmes d'alimen- tation électrique du type de ceux qui sont couramment utilisés dans des dispositifs électroménagers destinés à être branchés sur le réseau électrique comme, par exemple, des fers à repasser, des cafetières électriques, etc, o la charge est une résistance de chauffage de relativement forte puissance. Diverses considérations économiques et de dissipation thermique du circuit de commande amenent à choisir pour ces sys- tèmes un relais élec Ltromcanique comme moyen pour déterminer le passage ou l'interruption du courant dans la charge, couramment une résistance chauffante Dans de tels systèmes, il est nréces- saire de disposer d'une alimentation continue basse-tension pour alimrenter la bobine d'excitation du relais Cette alimentation bassetension est également généralement utilisée pour alimenter d'autres composants du circuit Par exemple, on tend actuellement à introduire dans les appareils électrromnagers des microproces- seurs dont le coût est de plus en plus faible pour traiter divers signaux de détection tels que des signaux de court-circuit, de surchauffe, de manque de liquide, etc. La figure 1 représente une organisation typique d'un circuit de l'art antérieur tel que susmentionné. : - Ce circuit comprend entre des bornes 1 et 2 d'un réseau électrique alternatif, une charge L en série avec le commutateur 3 d'un relais commandé par une bobine 4 Les boroes d'alimenta- tion 1 et 2 alimentent également un redresseur 5 dont la sortie redressée alimente un circuit abaisseur 6 ayant des bornes de sortie 7 et 8 Entre oes bornes 7 et 8, se trouvent la bobine d'excitation 4 du relais et un interrupteur 9 susceptible d'être coammandé manuellement ou par des signaux en provenanxe d'un microprocesseur ou autre circuit (non représenté) alimenté par la basse tension continue aux bornes 7 et 8. La réalisation du circuit abaisseur de tension se heurte à l'un ou l'autre de deux écueils Ou bien, ce circuit est réalisé de façon entièrement passive et est alors dissipateur de chaleur, ou bien, ce circuit est réalisé avec des éléments actifs pour réduire la dissipation de chaleur et il doit nécessairement comprendre des composants supportant toute la tension redressée du réseau. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un système électrique du type décrit précédemment dans lequel on puisse notamment réduire le coût du circuit abaisseur, ce circuit présentant néanmoins une faible dissipation thermique. Pour atteindre èt objet, la présente invention prévoit d'utiliser un circuit abaisseur actif dans lequel la bobine d'ex- citation du relais est aussi utilisée comme élément constitutif du circuit abaisseur. Plus précisément, la présente invention prévoit un système dans lequel le circuit redresseur-abaisseur est du type à découpage et utilise comme inductance la bobine d'excitation du relais, celle-ci étant traversée par un courant régulé qui est normalement fixé à la valeur du courant de maintien du relais et qui peut être commuté à un courant supérieur de fermeture ou à un courant inférieur d'ouverture. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le redresseurabaisseur comprend, à la sortie d'un redresseur, un commutateur fonctionnant en découpage, une résistance de mesure, et ladite bobine onnectée à une prnemière borne de sortie, cette prnemière borne de sortie étant reliée à une deuxième borne de sortie par la connexion en parallèle d'une diode zener et d'un condensateur de stockage, un circuit de régulation oomndrslant le rapport cyclique du commutateur de façon à fixer un courant déterminé dans la bobine, le circuit de régulation comprenant des moyens pour fixer ledit courant à la valeur du courant de main- tien du relais, à une valeur haute supérieure au courant de fer- meture, ou à une valeur basse inférieure au courant d'ouverture. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1, décrite précédemment, illustre l'architec- ture classique d'un circuit que la présente invention vise à perfectionner; la figure 2 représente l'organisation générale d'un circuit selon la présente invention; la figure 3 représente les courants à faire circuler dans la bobine d'un relais électrfmcanique pour commander le c L Lommutateur de ce relais; et la figure 4 représente un exemple de réalisation du circuit de régulation associé à la présente invention. La figure 2 représente un mode de réalisation particu- lier du circuit de la présente invention On retrouve en figure 2 les bornes 1 et 2 du réseau alternatif, le commcutateur de relais 3, la charge L, et le redresseur 5, ce redresseur étant, dans ce cas, réalisé sous forme d'un pont de diodes Aux bornes de sortie 11 et 12 du redresseur est connecté le circuit selon la présente invention combinant la fonction d'abaisseur et de commande de la bobine d'excitation de relais 4 Comme dans le cas de la figure 1, les bornes de sortie du circuit abaisseur sont désignées par les références 7 et 8. Le circuit abaisseur de tension est un convertisseur abaisseur à découpage Il comprend essentiellement un coa Imutateur 13 ccmuté à haute fréquence, par exemple une centaine de kilo- hertz, dont la première borne est reliée à la borne 11 et dont la deuxième borne est reliée à la borne de sortie 7 du circuit par l'intermédiaire d'une bobine pour laquelle, selon la présente invention, on utilise la bobine d'excitation 4 du relais Entre les bornes de sortie 7 et 8, sont disposés en parallèle une diode zener 14 fixant la valeur de la sortie basse tension de 1 l'abaisseur, par exemple 6 ou 12 volts, et un condensateur de stockage 15 La puissance disponible sur les bornes de sortie 7 et 8 est détermine par le rapport cyclique de conduction du oamnutateur 13 Ce rapport cyclique est fixé par un circuit de régulation 16 prenant une information sur le courant circulant dans la bobine 4 à l'aide d'une résistance de mesure rm. On notera que la fixation du courant passant dans la bobine de relais 4 détermine l'état d'ouverture ou de fermeture du commutateur de relais 3 En effet, si l'on considère le mode de coanande de la bobine 4 en figure 1, on a l'impression, et ceci correspond à l'idée générale de l'utilisateur de relais que la commande de l'ouverture ou de la fermeture du cannutateur 3 dépend de la mise sous tension ou hors tension de la bobine 4 sous l'effet de l'interrupteur 9 Il s'agit là en fait du mode de comanmande le plus courant d'un relais letr canique Toutefois, si l'on analyse plus finement le fonctionrú t d'un relais, on notera, en se référant à la figure 3, que l'état d'un commutateur de relais dépend en fait du courant passant dans la bobine d'excitation associée Si le courant est sensiblement égal à un certain courant de maintien i H le relais conserve son état initial Si le courant dépasse, pendant une durée minimale, une valeur de seuil ion, le carmutateur se ferme et reste ferêé jusqu'à oe que le ourant devienne inférieur à une valeur de seuil inférieure ioff, pendant une durée déterminée. La présente invention exploite ce mode de commande d'un relais Le commnutateur 13 de la figure 2 est régulé pour que, au repos, le courant dans la bobine 4 soit sensiblement égal à i H (En fait, la commande haute fréquence du commutateur 13 entraine une ondulation de ce courant autour d'une valeur moyenne i H; il suffit que l'excursion de courant de ces ondulations périodiques reste entre les valeurs ion et ioff ou n'en sorte que brièvement) Ainsi, on prévoit dans le régulateur 16 des moyens pour maintenir à l'état normal le courant dans la bobine à la valeur i H et pour le faire varier temporairement au-dessus ou en dessous des valeurs de déclenchement supérieure et inférieure quand on veut modifier l'état du relais. Un mode de réalisation simplifié du régulateur 16 est représenté schématiquement en figure 4 dans laquelle on retrouve les bornes de sortie 11 et 12 du redresseur 5, le commutateur 13 réalisé sous la forme d'un transistor MOS à canal N, et la résistance rm. La tension aux bornes de la résistance rm est comparée dans un comparateur 20 à l'une ou l'autre de trois tensions de référence fixées par des diodes zener Z 0, Zl et Z 2 La diode zener ZO correspond à une tension telle que le courant dans la résistance rm est de l'ordre de i H La diode zener Z 1 corres- pond à une tension telle que le courant dans la résistance rm est inférieur à ioff La diode zener Z 2 correspond à une tension telle que le courant dans la résistance rm est supérieur à ion. L'une ou l'autre de ces diodes est mise en action sous l'effet d'interrupteurs 21, 22 et 23, l'interrupteur 21 étant normalement fermé et 1 ' interrupteur 22 ou l'interrupteur 23 étant fermé tandis que l'interrupteur 21 est ouvert quand on veut commuter le commnutateur 3 du relais à l'ouverture ou à la fermeture. La sortie de l'amplificateur 20 commande l'entrée R d'une bascule RS 25 dont l'entrée S est reliée à l'entrée R par l'intermédiaire d'un circuit monostable 26 La sortie de la bascule RS commande la grille du transistor MOS 13 Si l'on considère que le transistor MOS 13 s'ouvre quand un signal apparaît sur 1 'entrée R de la bascule, et qul il reste ouvert jusqu'à ce qu'un signal apparaisse sur l'entrée S, alors, cette durée d'ouverture est constante et fixée par la durée du circuit "mnostable 26 Cette durée déterminera l'ordre de grandeur de la période d'ouverture et de fermeture du commutateur 13. Pour que le régulateur fonctionne à 1 'état initial, quand on vient de brancher l'ensemble du système aux bornes du réseau, il convient d'alimenter initialement la bascule RS et le comparateur 20 Pour cela, on pourra utiliser un circuit tel que celui illustré dans la partie inférieure droite de la figure 4 entre les bornes 11 et 12 Ce circuit comprend la connexion en série d'une résistance 28 et d'une diode zener 29, cette dernière étant montée en parallèle sur un condensateur 30 on attend de oe circuit d' initialisation seulement l'énergie nécessaire à l'alimentation de circuits du type d'une bascule RS et d'un comparateur On pourra également prévoir que, une fois que le système est initialisé, c'est la tension continue disponible sur les bornes 7 et 8 qui se substitue à la tension aux bornes du condensateur 30. L'hocme de l'art notera que les modes de réalisation de l'invention décrits en relation avec les figures 2 et 4 ne constituent que des exemples de mises en oeuvre possibles Dans le cas de la figure 2, d'autres systèmes sont connus pour servir d'abaisseurs de tension dans lesquels l'élément principal est une inductance Dans le cas de la figure 4, de nombreux circuits sont connus pour assurer la fonction de régulation Un exemple d'un tel circuit est le circuit intégré disponible sous la référen e UC 3842 auprès de la société SGS-Thamson. D'autre part, comme o Emmutateurs 22 et 23 déterminant un ordre de fermeture ou d'ouverture du relais, on pourra uti- liser de simples interrupteurs à bouton poussoir dont la durée de fermeture est déterminée par leur durée d'actionneent, ou bien des camxutateurs associés à des circuits pour fournir des ordres de fermeture de durée détermirne En outre, il conviendra de prévoir que ces comiutateurs peuvent également être cormmandés par un signal électrique tel que celui fourni par un microprocesseur gérant diverses informations relatives au système. L Tharcne de l'art pourra également prévoir des montages dans lesquels les fonctions de redressement et d'abaissement ne sont pas séparées. REVENDICATIONS 1 Système alimenté par une tension alternative compre- nant un relais électromcanique pour ocmxander une charge et un circuit redresseur-abaisseur, caractérisé en ce que le circuit redresseurabaisseur est du type à découpage et utilise comme inductance la bobine d'excitation ( 4) du relais, oelle-ci étant traversée par un courant régulé qui est normelement fixé à la valeur du courant de maintien du relais et qui peut être cmmnuté à un courant supérieur de fermeture ou à un courant inférieur d'ouverture. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en oe que le redresseur-abaisseur comprend, à la sortie d'un redresseur ( 5), un comuutateur fonctionnant en découpage ( 13), une résis- tanre de mesure (rm), et ladite bobine ( 4) connectée à une première borne de sortie ( 7), cette première borne de sortie étant reliée à une deuxième borne de sortie ( 8) par la connexion en parallèle d'une diode zener ( 14) et d'un condensateur de stoc- kage ( 15), un circuit de régulation ( 16) commandant le rapport cyclique du commutateur ( 13) de façon à fixer un courant déter- miré dans la bobine ( 4), le circuit de régulation comprenant des moyens pour fixer ledit courant à la valeur du courant de maintien du relais, à une valeur haute supérieure au courant de fermeture (ion), ou à une valeur basse inférieure au courant d'ouverture (ioff). j