Brevet FR2665551A1 — publié le 19920207

DISPOSITIF DE PROTECTION EXTERNE DE SYSTEMES INFORMATIQUES A L'EGARD DES MICROCOUPURES DE L'ALIMENTATION ELECTRIQUE L'invention concerne un dispositif de protection externe de systèmes informatiques à l'égard des microcoupures de l'alimentstion électrique ; elle vise à préserver les informations contenues dans la ou les unités centrales du système informatique pendant une durée prédéterminée, dite durée de sécurité, qui peut être de l'ordre de quelques secondes. On s a i t que le réseau alternatif d'alimentation est soumis à de fréquentes perturbations de faible durée, dites microcoupures, qui sont susceptibles d'affecter, parfois gravement, les informations contenues dans les mémoires des systèmes informatiques ainsi que les supports magnétiques de ces informations. Pour écarter les problèmes liés à ces microcoupures, il est d'usage d'interposer sur l'alimentation du système informatique un dispositif, dit d'alimentation alternative ininterruptible, qui assure une alimentation alternative permanente du système. Ce dispositif comprend essentiellement un onduleur qui peut soit fonctionner en permanence associé à une batterie-tampon, soit être mis en route en cas de détection d'un défaut d'alimentation. Toutefois, de tels dispositifs présentent de par leur nature même, le défaut d'être complexes et donc coûteux ; en effet, dans le premier cas, l'onduleur est alimenté en permanence par une source basse tension/fort courant qui doit en outre assurer le maintien de la charge de la batterie-tampon : un tel système exige une circuiterie électronique complexe et un onduleur de grande fiabilité ; dans le deuxième cas, la complexité provient de la nécessité de prévoir des moyens de détection des défauts d'alimentation, des moyens de commutation très rapides de l'onduleur et des moyens de synchronisation de celui-ci avec le réseau. Les coûts des dispositifs d'alimentation alternative ininterruptible, actuellement disponibles sur le marché, en réservent l'usage à une minorité d'utilisateurs la majorité des usagers, en particulier les utilisateurs de petits systèmes, subissent encore les perturbations créées par les microcoupures du réseau (plus de 80 des usagers). Par ailleurs, on a décrit dans les demandes de brevet FR no 90.06#66 et n0 90.06667 deux solutions techniques qui fournissent à faible coût une protection des systèmes informatiques à l'égard des microcoupures. Ces solutions consistent à prévoir une alimentation séparée, d'une part, pour les unités centrales des systèmes, lesquelles sont alimentées en continu par une tension protégée, d'autre part, pour les écrans ou terminaux, lesquels sont alimentés en alternatif par une tension non protégée. De tels dispositifs constituent une solution satisfaisante dans le cas des systèmes informatiques qui possèdent des prises d'alimentation distinctes pour les unités centrales et pour les écrans et terminaux. La présente invention se propose de fournir un nouveau dispositif de protection à l'égard des microcoupures de l'alimentation électrique qui soit utilisable dans le cas des systèmes informatiques ayant une seule prise d'alimentation, commune aux unités centrales et aux écrans ou terminaux, par exemple "minitel" ou système informatique personnel. L'invention vise un dispositif externe destiné à se brancher en amont du système informatique entre le réseau alternatif d'alimentation électrique et le système informatique, en vue d'assurer la sauvegarde de ce dernier pendant une durée prédéterminée, dite durée de sécurité, qui peut être ajustée à quelques secondes. Un objectif essentiel de l'invention est de fournir un dispositif de structure très simple, en vue de bénéficier d'un coût considérablement réduit par rapport au coût des systèmes actuels. Un autre objectif est de fournir un dispositif capable d'écrêter les surtensions ou parasites de courte durée qui peuvent spparaftre sur le réseau alternatif d'alimentation. Par la suite, on utilisera selon l'habitude l'abréviation AC pour qualifier une tension alternative, et l'abréviation DC pour une tension continue. Le dispositif de protection externe visé par l'invention est destiné à se brancher en amont d'un système informatique comprenant une prise standard d'alimentation AC qui peut être commune pour les unités centrales du système et pour ses écrans ou terminaux ; le dispositif conforme à la présente invention comprend en combinaison - des moyens d'entrée adaptés pour être connectés au réseau AC et recevoir la tension alternative présente sur ce réseau, dite tension d'entrée, - un redresseur, de préférence en pont double alternance, ayant une entrée alternative reliée aux moyens d'entrée et une sortie continue délivrant une tension continue DC de valeur correspondant à la tension crête présente sur les moyens d'entrée, - un condensateur de stockage de capacité adaptée pour contenir une charge de maintien d'une tension équivalente à celle du réseau AC pendant la durée de sécurité, ce condensateur ayant ses bornes reliées à la sortie continue DC du redresseur de façon à stocker la charge sous une tension de valeur équivalente à la tension crête du réseau AC, - un onduleur haute tension ayant une entrée continue reliée aux bornes du condensateur de stockage et une sortie alternative, ledit onduleur comprenant un oscillateur interne et des circuits de puissance et de commande, adaptés pour délivrer en sortie une tension alternative de fréquence et de valeur efficace égales à celles de la tension d'entrée, - des moyens de sortie, reliés à la sortie de l'onduleur et adaptés pour le branchement de la prise standard d'alimentation AC du système informatique. Ainsi, dans le dispositif de l'invention, la tension alternative d'entrée est d'abord redressée pour fournir une tension continue de valeur équivalente, puis à nouveau transformée en une tension alternative de valeur et de fréquence identiques à la tension d'entrée. Ce fonctionnement paradoxal permet de stocker sous tension élevée dans le condensateur situé entre l'étage continu et l'étage alternatif une énergie qui sera restituée en cas de microcoupure. En phase de fonctionnement normal, le dispositif n'apporte aucune modification à l'alimentation du système informatique puisqu'il délivre vers celui-ci une tension alternative comparable à la tension d'entrée, propre à alimenter à la fois les unités centrales et les écrans et terminaux ; il assure simplement un écrêtage très favorable des éventuelles surtensions de la tension AC du réseau.En cas de microcoupure, le condensateur de stockage, maintenu chargé en permanence, restitue l'énergie emmagasinée sous forme ed'un courant continu qui prolonge le courant normal fourni par le réseau pendant la durée de la microcoupure ; ce courant est transformé par l'onduleur et est délivré en sortie du dispositif sous la forme d'un courant alternatif d'alimentation du système informatique : la microcoupure est donc masquée notamment pour les unités centrales, et les informations contenues dans leurs mémoires de même que les supports de celles-ci sont préservés.Le dispositif de 1 invention assure ainsi une protection des systèmes informatiques parfaitement efficace à l'égard des microcoupures, au moyen d'un dispositif structurellement très simple, dépourvu des divers moyens auxiliaires qui accroissent considérablement le coût des systèmes de protection connus (moyens de détection des défauts, moyens de commutation rapide, moyens de synchronisation, batterie...). De plus, l'onduleur prévu dans l'invention est un onduleur simple (ni élévateur, ni abaisseur de tension) et son coût demeure réduit il est essentiel de noter que le condensateur de stockage est alimenté en continu à la tension crête du réseau (haute tension), de sorte que, compte-tenu de l'énergie à stocker, la taille de ce condensateur demeure relativement réduite et son coût compatible avec le bas prix de revient du dispositif. En particulier, pour un système informatique appelé à être alimenté sous une tension alternative de 220 volts, la tension continue délivrée par le redresseur est d'environ 300 volts (220 C2). Si P est la puissance du système informatique exprimée en watts et T la durée de sécurité exprimée en secondes, la capacité C du condensateur, exprimée en microfarads, sera choisie comprise entre 10 P.T et 50 P.T. Pour une puissance nominale courante inférieure à 100 watts du système informatique, cette capacité sera avantageusement comprise entre 2000 et 5000 microfarads, ce qui représente une énergie stockée comprise entre 90 et 225 joules, apte à assurer un maintien du courant d'alimentation pendant au moins 2 secondes (généralement les microcoupures ont des durées inférieures à la seconde). Il est à noter que certains systèmes informatiques comportent au niveau de certains de leurs sousensembles, des condensateurs-tampons basse tension intégrés dans des circuits internes. Mais, aucun de ces circuits ne permet, comme c'est le cas du dispositif de l'invention, de protéger globalement un système informatique en alimentant l'ensemble des unités centrales et écrans ou terminaux en courant alternatif aussi bien en phase normale qu'en phase de microcoupures, par un fonctionnement caractéristique (et paradoxal) consistant d'abord à redresser la tension d'entrée, à assurer la charge d'un condensateur sous tension continue élevée, puis à transformer en sens inverse la tension continue en une tension alternative équivalente. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit en référence aux dessins annexés qui présentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'invention ; sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description : - la figure 1 est une vue en perspective du dispositif de 11 invention et de ses raccordements au réseau AC et à un système informatique de faible puissance, - la figure 2 est un schéma électronique du dispositif. Le dispositif de protection représenté à titre d'exemple aux figures est en particulier destiné à alimenter un système informatique tel que 11 (figure 1) possédant une unité centrale et un écran qui sont alimentés par un oeul branchement électrique grâce à une prise mâle standard de châssis 10. Le dispositif de l'invention est logé dans un bottier 1 qui comporte des moyens d'entrée constitués par une prise mâle de châssis 2 destinée à être raccordée au réseau alternatif par un prolongateur 3. En l'exemple, le réseau est supposé d'amplitude égale à 220 volts et de fréquence égale à 50 hz. Un cordon mobile 8 s'échappe du boîtier et porte à son extrémité des moyens de sortie constitués par une prise femelle 9, destinée à se brancher sur la prise mâle 10 du système informatique. En l'exemple, le boîtier 1 comporte également d'autres moyens de sortie constitués par une prise femelle de châssis 4 destinée à être raccordée, par l'entremise d'un prolongateur 7, à la prise mâle standard de châssis d'un autre système informatique non secouru (qui n'est pas représenté). Comme le représente la figure 2, la prise mâle 2 est reliée à la diagonale alternative d'un redresseur en pont 13, constitué par un pont double alternance de quatre diodes. Une résistance 14 de limitation de courant de charge est insérée en amont du redresseur 13, cependant qu'un fusible à effet retardé 15 (par exemple 200 ms) est inséré en série sur la prise mâle d'entrée 2. Un condensateur électrolytique 16 est relié en parallèle à la sortie de la diagonale continue du redresseur 13. Ce condensateur présente en l'exemple une capacité de 3300 microfarads, assurant un bon compromis entre taille, prix et protection garantie (supérieure à 2 secondes pour un système informatique de 60 watts). En pratique, l'on choisira, comme déjà indiqué, la capacité du condensateur 16 dans une plage comprise entre 10 P.T et 50 P.T (P : puissance de la ou des unités centrales en watts ; T : durée de sécurité en secondes ; C exprimé en microfarads). Les bornes du condensateur 16 sont reliées, à travers un interrupteur 12, à l'entrée continue d'un onduleur haute tension 17 qui reçoit soit le courant redressé issu du redresseur 13 (phases normales), soit le courant engendré par le condensateur 16 (microcoupures). L'interrupteur 12 est placé en aval du condensateur 16 de façon à maintenir celui-ci en charge au cours des interruptions et à réduire les contraintes subies par l'interrupteur lors des mises sous tension. L'onduleur 17 est un onduleur haute tension, connu en soi, du type comprenant un oscillateur 18, une logique de commande 19 et un circuit de puissance 20 adaptés pour délivrer en sortie une tension alternative de fréquence (50 hz) et de valeur efficace (220 V) égales à celles de la tension présente sur les moyens d'entrée 2 (tension d'entrée). En l'exemple, l'onduleur 17 est un onduleur en demi-pont, suivant la loi de 1500, équipé d'un transformateur 20a de rapport 1 ; de façon habituelle, l'oscillateur et la logique de commande sont alimentés par un circuit 22 prélevant une fraction de la tension continue. La fréquence de l'oscillateur 18 (en l'exemple 600 hz) et les divisions engendrées par la logique de commande 19 (1/12) conditionnent une fréquence de sortie égale à 50 hz. La sortie alternative de l'onduleur 17 est reliée à la prise femelle 9, avec insertion en série d'un fusible rapide 21. Ainsi, dans le dispositif de l'invention, l'onduleur 17 est toujours en service (aucun besoin de moyens de commutation). En régime normal, lorsque la tension alternative d'entrée présente une valeur normale, celle-ci est redressée et la tension continue haute tension sert à charger le condensateur 16. Cette tension continue est à nouveau transformée en tension alternative de même valeur efficace (220 volts en l'exemple) et de même fréquence (50 hz en l'exemple) que la tension d'entrée, en vue d'être délivrée à la sortie 9 du dispositif. En cas de microcoupure, le condensateur 16 branché à l'entrée de l'onduleur 17 prolonge le courant que reçoit celui-ci pendant la microcoupure. Ce courant se retrouve à la sortie 9 sous la forme d'un courant alternatif de valeur efficace et de fréquence identiques au courant présent avant la microcoupure, laquelle est ainsi masquée pour le système informatique. Par ailleurs, une dérivation 22 est connectée sur la prise d'entrée 2 en aval du fusible 15 afin de relier celle-ci à la prise de sortie 4, en vue d'alimenter éventuellement un autre système informatique qui ne sera pas secouru. Cette dérivation comporte un interrupteur 12' à commande couplée avec l'interrupteur 12. Le dispositif de protection conforme à l'invention présente une structure très simple (dépourvue de batterie et de tout système actif de commutation) et peut être fabriqué à un prix réduit, rendant son emploi économiquement compatible avec tous les systèmes informatiques existants, en particulier avec les systèmes à prise d'alimentation commune pour la ou les unités centrales et le ou les écrans ou terminaux. Il assure une alimentation appropriée du système informatique lorsque la tension sur le réseau est normale et masque les microcoupures de cette tension. En outre, ce système présente également l'avantage d'écrêter les éventuels parasites et surtensions de courte durée, présents sur la tension alternative d'alimentation. REVENDICATIONS 1/ - Dispositif de protection externe d'un système informatique à l'égard des microcoupures de l'alimentation électrique de durée au plus égale à une durée prédéterminée, dite durée de sécurité, ledit dispositif de protection externe étant destiné à se brancher en amont du système informatique entre le réseau alternatif d'alimentation électrique AC et ledit système informatique, et étant caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison - des moyens d'entrée (2) adaptés pour être connectés au réseau AC et recevoir la tension alternative présente sur ce réseau, dite tension d'entrée, - un redresseur (13) ayant une entrée alternative reliée aux moyens d'entrée (2) et une sortie continue délivrant une tension continue DC de valeur correspondant à la tension crête présente sur lesdits moyens d'entrée, - un condensateur de stockage (16) de capacité adaptée pour contenir une charge de maintien d'une tension équivalente à celle du réseau AC pendant la durée de sécurité, ce condensateur ayant ses bornes reliées à la sortie continue du redresseur (13) de façon à stocker la charge sous une tension de valeur équivalente à la tension crête du réseau AC, - un onduleur haute tension (17) ayant une entrée continue reliée aux bornes du condensateur de stockage (16) et une sortie alternative, ledit onduleur comprenant un oscillateur interne (18) et des circuits de puissance (20) et de commande (19), adaptés pour délivrer en sortie une tension alternative de fréquence et de valeur efficace égales à celles de la tension d'entrée, - des moyens de sortie (9) reliés à la sortie de l'onduleur (17) et adaptés pour le branchement de la prise standard d'alimentation AC du système informatique. 2/ - Dispositif selon la revendication 1 pour la protection d'un système informatique destiné à être alimenté sous une tension alternative de 220 volts, et présentant une puissance nominale prédéterminée P, caractérisé en ce que le condensateur (16) est un condensateur électrolytique de capacité C comprise entre 10 P.T et 50 P.T où C est exprimé en microfarads, P est exprimé en watts et T est la durée de sécurité exprimée en secondes. 3/ - Dispositif selon la revendication 2 pour la protection d'un système informatique ayant une puissance nominale de l'ordre de 100 watts, caractérisé en ce que le condensateur (16) présente une capacité comprise entre 2000 et 5000 microfarads. 4/ - Dispositif de protection externe selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel l'onduleur haute tension (17) est équipé d'un transformateur (20a) de rapport 1 et d'un oscillateur (18) et d'une logique de commande (19) aptes à assurer une fréquence de sortie égale à celle de la tension d'entrée. 5/ - Dispositif de protection externe selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le redresseur (13) est constitué par un pont double alternance de quatre diodes. 6/ - Dispositif de protection externe selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens d'entrée sont constitués par une prise m le (2). 7/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 pour la protection d'un système informatique dans lequel la prise standard d'alimentation est une prise mâle de châssis, caractérisé en ce que les moyens de sortie comprennent un cordon mobile (8) équipé d'une prise femelle (9). 8/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend de seconds moyens de sortie (4), adaptés pour permettre le branchement de la prise standard d'alimentation d'un autre système informatique non secouru, une dérivation (22) reliant les moyens d'entrée (2) aux seconds moyens de sortie (4). 9/ - Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les seconds moyens de sortie sont constitués par une prise femelle de châssis (4) en vue de la mise en place d'un prolongateur (7). 10/ - Dispositif de protection externe selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel une résistance (14) de limitation de courant de charge est insérée en amont du redresseur (13). 11/ - Dispositif de protection externe selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel : - un fusible à effet retardé (15) est inséré en série sur les moyens d'entrée (2), - un fusible rapide (21) est inséré en série sur les moyens de sortie (9).