Brevet FR2679075A1 — publié le 19930115

Dispositif de détection du dysfonctionnement d'une charge telle qu'un magnétron L'invention concerne la commande d'une charge unidirectionnelle en courant placée dans un circuit d'alimentation en tension continue ou redressée telle que par exemple, un magnétron et plus particulièrement un dispositif de détection du dysfonctionnement de ladite charge. Une charge unidirectionnelle en courant telle que, par exemple, un magnétron fonctionnant au démarrage avec une puissance de consigne élevée et branchée aux bornes de l'enroulement secondaire d'un transformateur haute tension d'une source d'alimentation subit parfois, lors de son fonctionnement, des fluctuations de tension dues aux variations de puissance et de température. Lesdites fluctuations provoquent des variations indésirables de la puissance de sortie qui entraînent, généralement, un échauffement du magnétron. Par conséquent, une répétition des fluctuations de tension entraînerait une détérioration dudit magnétron. Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient en montant sur la source d'alimentation de la charge unidirectionnelle, un dispositif permettant de contrôler le fonctionnement de la charge unidirectionnelle pour éviter les renouvellements trop fréquents des fluctuations de tension. Selon l'invention, le dispositif de détection du dysfonctionnement d'une charge unidirectionnelle comporte - un moyen de mesure de la valeur crête de tension aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur haute-tension - un moyen de mémorisation de ladite valeur de tension mesurée à des instants successifs - un moyen de comparaison entre deux valeurs successives de tensions délivrant, dans le cas d'un écart de valeur, un signal de dépassement et - un moyen de détection du signal de dépassement pour calculer la fréquence d'apparition du dysfonctionnement de ladite charge. Grâce au dispositif selon l'invention, les fluctuations de tension sont mesurées, mémorisées et analysées pour surveiller le fonctionnement de la charge unidirectionnelle telle qu'un magnétron. Ainsi, les échauffements réguliers de la charge unidirectionnelle sont limités, voire même supprimés, ce qui prolonge la durée de vie du magnétron et protège les composants électriques et électroniques contre les surtensions. En outre, on peut s'abstenir de mettre des sécurités coûteuses dans le circuit d'alimentation ce qui permet de réaliser une économie. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente un exemple de montage d'un dispositif de détection du dysfonctionnement selon l'invention et positionné dans un circuit d'alimentation d'un magnétron ; la figure 2 représente un circuit d'un dispositif de détection du dysfonctionnement d'une charge unidirection nelle, adaptée à être monté dans le circuit de la figure 1 ; la figure 3 représente des courbes de signaux de tension et d'horloge servant à expliquer le fonctionnement du dispositif selon l'invention. Dans l'exemple de réalisation décrit sur la figure 1, le circuit est destiné plus particulièrement à l'alimentation d'un magnétron 1 d'un four à micro-ondes à partir d'un réseau alternatif de distribution arrivant aux bornes 3 et 4 du circuit. Ces bornes 3 et 4 sont reliées à un redresseur 5 qui est formé par un pont de diodes double alternance et dont la sortie est branchée à deux lignes 6 et 7 d'alimentation d'un transformateur haute tension 8. Le redresseur 5 comporte en sortie un filtre d'antiparasitage constitué par une bobine 9 et un condensateur 10. Les lignes 6 et 7 sont branchées respectivement aux extrémités 11 et 12 de l'enroulement primaire 13 du transformateur 8. La ligne 7 comporte également un élément de commutation 14 présentant une gâchette 15 reliée à un circuit de commande 16. Ledit élément de commutation 14 est constitué par un interrupteur unidirectionnel en courant. Le circuit comporte également un condensateur 18 branché en parallèle audit enroulement 13, ainsi qu'une self induction 17 montée en série avec l'ensemble ainsi constitué par le condensateur 18 et l'enroulement primaire 13. La self induction 17 est couplée à un enroulement secondaire 17' dont les extrémités sont reliées à l'élément chauffant 20 du magnétron 1. L'enroulement secondaire 19 dudit transformateur 8 comporte respectivement deux bornes 21 et 22 branchées respectivement à deux lignes d'alimentation 23 et 24 reliées l'une 23 à la cathode 20 du magnétron 1 et l'autre 24, à l'anode 25 dudit magnétron qui est relié également à la masse 26. Le dispositif de détection 27 du dysfonctionnement du magnétron est branché, par exemple, en parallèle aux bornes de l'enroulement secondaire 19 sur les lignes d'alimentation 23 et 24 par des lignes d'alimentation A et B. Ce dispositif de détection 27 comporte une ligne de sortie C émettant un signal de détection qui sera traité par un étage de correction d'erreurs (non représenté) commandant des moyens de régulation de l'alimentation du magnétron. Selon la figure 2, le dispositif de détection 27 du dysfonctionnement du magnétron comporte un moyen de mesure 28 de la valeur de tension aux bornes 21 et 22 de l'enroulement secondaire du transformateur haute tension 8 à un instant déterminé, la valeur mesurée étant la valeur crête de la tension, un moyen de mémorisation 29 de ladite valeur crête de la tension aux différents instants successifs, un moyen de comparaison 30 entre deux valeurs successives délivrant, dans le cas d'un écart de valeur, un signal de dépassement, et un moyen de détection 31 de l'apparition du dysfonctionnement de ladite charge analysant ledit signal de dépassement. La ligne d'alimentation A est connectée à l'entrée non inverseuse d'un amplicateur opérationnel 01 contenu dans un premier circuit intégré LF 398 de chez THOMSON. La sortie de cet amplificateur opérationnel est connectée à l'entrée d'un dispositif de commutation S1 contenu également dans ledit premier circuit intégré. Le dispositif de commutation S1 est commandé par une horloge clk a déclenchant l'activation de la mesure de tension crête Vc2 à un instant déterminé sur un niveau montant de la tension générée par un oscillateur de tension. La sortie de ce dispositif de commutation S1 est reliée, d'une part, à l'entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel 02 faisant partie intégrante du circuit intégré LF 398, et, d'autre part, à un condensateur C1 monté en série avec une résistance B1 et permettant de se charger à la valeur Vc2 lorsque le dispositif de commutation S1 est fermé et de se décharger de ladite valeur lorsque le dispositif de commutation S7 est ouvert. La sortie de l'amplificateur opérationnel O2 est reliée, d'une part, à l'entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel 03 d'un deuxième circuit intégré LF 398 et, d'autre part, à un diviseur de tension R2, B3 dont le point de jonction est relié à l'entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel 04 d'un circuit intégré LM 101 de chez SIEMENS. La sortie de cet amplificateur opérationnel 03 est reliée à l'entrée d'un dispositif de commutation S2 contenu dans le deuxième circuit intégré. Le dispositif de commutation S2 est commandé par une horloge clk b fonctionnant de la même manière que l'horloge clk a mais déclenché à des intervalles de temps différents. La sortie du dispositif de commutation S2 est reliée, d'une part, à l'entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel 05 du deuxième circuit intégré LF 398 et, d'autre part, à un condensateur C2 monté en série avec une résistance B4 et permettant de mémoriser la valeur de la tension VC2 contenue dans le condensateur C1 lorsque le dispositif de commutation S2 est fermé, le dispositif de commutation S1 étant ouvert. La sortie de l'amplificateur opérationnel 05 est connectée, d'une part, à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 04, et, d'autre part, à une extrémité d' un diviseur de tension R5, R6 déterminant une valeur seuil de la tension de fonctionnement du magnétron, l'autre extrémité dudit diviseur de tension R5, R6 étant reliée à la borne négative de tension. Le point de jonction des résistances R5 et B6 est relié, d'une part, par l'intermédiaire d'une autre résistance R7 à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 06 d'un comparateur à fenêtre TCA 965 de chez Siemens, et, d'autre part, à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 07. L'amplificateur opérationnel 04 mesure la différence entre la valeur a de la tension crête VC2 mesurée à l'instant t et la valeur b de la tension crête précédente VC2 à l'instant t-1, le signal correspondant à cette différence a-b est envoyé sur l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 07 du comparateur à fenêtre ainsi que sur l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 08 du même comparateur à fenêtre. Les sorties S7 et S8 de ces amplificateurs opérationnels 07 et 08 sont connectées respectivement à un dispositif de portes logiques 32 comprenant au moins deux portes ET 33 et 34 dont l'une des entrées est connectée à une horloge clk c fonctionnant de la même manière que l'horloge clk a mais de façon décalée après chaque pulse de tension Vc2 ainsi que des portes ET inverseuses 35 et 36. Le signal de sortie C du dispositif de portes logiques 32 permet, par attaque d'un moyen de comptage (non représenté), de définir avec exactitude la fréquence de répétition du dysfonctionnement. La sortie du moyen de comptage determinant la fréquence de répétition du dysfonctionnement est envoyé sur un des entrées d'un moyen de comparaison (non représenté), l'autre entrée étant relié à un composant (non représenté) delivrant une valeur de fréquence seuil. Suivant l'écart entre la valeur de fréquence de répétition du dysfonctionnement et la valeur de fréquence seuil, un signal de sortie du moyen de comparaison agit sur l'alimentation du magnétron soit par sa mise hors service soit par la variation de puissance de consigne PO de l'alimentation du four au démarrage, la mise hors service de l'alimentation et la variation de puissance de consigne PO étant commandés par un étage de correction d'erreurs. La figure 3 a représente la tension crête qui apparaît aux bornes de l'enroulement secondaire et qui est mesurée pour détecter le dysfonctionnement du magnétron. La figure 3 b représente le cycle de l'horloge clk a déclenchant l'activation du dispositif de commutation du moyen de mesure de la valeur crête de VC2. La figure 3 c représente le cycle de l'horloge clk b déclenchant l'activation du dispositif de commutation du moyen de mémorisation de la valeur crête de VC2 mesurée par le moyen de mesure. La figure 3 d représente la tension mesurée a appliquée à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 04. La figure 3 e représente la tension mémorisée b appliquée à l'entrée inverseuse de l'amplification opérationnel 04. La figure 3 f représente la différence de tension (a-b) entre la valeur crête de la tension VC2 mesurée à l'instant t et celle mesurée à l'instant t-l. La figure 3 g représente le cycle de l'horloge clk c déclenchant l'activation du dispositif de portes logiques ET afin d'obtenir un signal pour le moyen de comptage permettant de définir la fréquence de répétition du dysfonctionnement du magnétron. La figure 3 h représente un signal d'une détection du dysfonctionnement du magnétron. Selon la figure 3 a, des valeurs crêtes Vc2 de tensions successives sont détectées aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur. Chaque valeur de tension VC2 est mesurée par le moyen de mesure 28 lors de la fermeture du dispositif de commutation S1 activé par l'horloge clk a comme représenté sur la figure 3 b. Ladite mesure de la tension Vc2 est mémorisée par le moyen de mémorisation 29 lors de l'ouverture du dispositif de commutation S1 du moyen de mesure 28, et la fermeture du dispositif de commutation S2 du moyen de mémorisation 29 (activation clk b). Les horloges clk a et clk b ont la même période mais sont déphasées, le déphasage de l'horloge clk a par rapport à l'horloge clk b correspondant à une demi-période. Lors de la première mesure de tension VC2 à l'instant t, la valeur de tension étant sensiblement égale à une tension normale VC2 de fonctionnement du magnétron, aucun signal n'apparaît aux entrées a et b (figure 3 d et figure 3 e) de l'amplificateur opérationnel 04. Lors de la deuxième mesure de tension Vc2 à l'instant t + 1, la valeur crète de tension VC2 étant supérieure à la tension normale VC2 de fonctionnement du magnétron, un signal a 1, (figure 3 d) apparaît à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 04. L'horloge Clk b étant déclenchée avec un déphasage d'une demie-période, le signal b1 (figure 3 e) apparaît à l'entrée inverseuse de l'ampli opérationnel. Ce dernier mesurant la différence de tension fait apparaître à sa sortie un signal (a-b) avec une impulsion positive P1, pendant une demi-période comprise entre l'activation de l'horloge clk b et l'activation de l'horloge clk a, une impulsion nulle P2 pendant une demi-période comprise entre l'activation de l'horloge clk b et une nouvelle activation de l'horloge clk a et une impulsion négative P3 pendant une demi-période comprise entre l'activation de l'horloge clk a et l'activation de l'horloge clk b. L'impulsion positive P1 correspond à la variation de la valeur crête de tension Vc2 entre une valeur crête de tension normale à l'instant t, par exemple, VC2 à peu près égale à 4000 V et une valeur crête de tension anormale VC2 à l'instant t + 1 à peu près égale à 4800 V. L'impulsion négative P3 correspond à la variation de la valeur crête de tension VC2 entre la valeur crête de tension anormale Vc2 à l'instant t + 1 et la valeur crête de tension normale Vc2 à l'instant t + 2. Les impulsions de l'horloge clk c , (figure 3 g) sont déphasées par rapport aux impulsions des horloges clk a et clk b. Les impulsions de cette horloge clk c sont déclenchées à la fin de chaque signal VC2 apparu aux bornes de l'enroulement secondaire et représentée sur la figure 3 a pour analyser le signal a-b (figure 3 f). Sur la sortie C du dispositif de portes logiques 32 (figure 3 h) représentant le signal de détection du dysfonctionnement de la charge, en l'occurrence le magnétron, on obtient une impulsion positive P4 dès que sur la sortie de l'amplificateur 04, est détectée une impulsion positive P1 de variation de tension Vc2. De part la période de cette impulsion, on détermine la fréquence d'apparition du dysfonctionnement de la charge. En effet, dans notre cas particulier, l'impulsion P4 a une durée d'apparition équivalente à la période de l'horloge clk c , la rupture de cette impulsion P4 s'effectuant pendant l'apparition sur la sortie de l'amplificateur 04 de l'impulsion négative P3 signalant une variation importante de la valeur crête de tension Vc2. Le dysfonctionnement de la charge étant ainsi détecté, un comptage de ladite fréquence d'apparition permet d'agir sur l'étage de correction d'erreurs empêchant toute détérioration de la charge telle le magnétron, soit par coupure de l'alimentation soit par régulation de la puissance de consigne de démarrage PO de ladite charge. Revendications 1. Dispositif de détection du dysfonctionnement d'une charge unidirectionnelle en courant qui fonctionne au démarrage avec une puissance de consigne élevée Po, et qui est branchée aux bornes (21,22) de l'enroulement secondaire (19) d'un transformateur haute-tension (8), faisant partie d'un circuit d'alimentation électrique de ladite charge caractérisé en ce qu'il comporte, un moyen de mesure (28) de la valeur de tension crête prélevée dans ledit circuit d'alimentation, un moyen de mémorisation (29) de ladite valeur de tension mesurée à des instants successifs, un moyen de comparaison (30) entre deux valeurs successives de tensions délivrant, dans le cas d'un écart de valeur, un signal de dépassement (a-b), et un moyen de détection (31) du signal de dépassement adapté à émettre un signal d'un dysfonctionnement vers un moyen de comptage pour déterminer la fréquence dudit dysfonctionnement 2. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la charge unidirectionnelle en courant est un magnétron (1) 3. Dispositif de détection selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que , le moyen de mesure (28) est branché aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur haute-tension (8). 4. Dispositif de détection selon la revendication 3, caractérisé en ce que, le moyen de mesure (28) de la valeur crête de tension aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur haute-tension comporte un amplificateur opérationnel 01 dont l'entrée non inverseuse est reliée aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur (8), un dispositif de commutation S1 déclenché par une horloge Cîk a et connecté à la sortie de l'amplificateur opérationnel 01, un condensateur C1 branché entre la sortie du dispositif de commutation S1 et la masse, et un amplificateur opérationnel 02 dont l'entrée non inverseuse est connectée à la sortie du dispositif de commutation 5. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, le moyen de mémorisation (29) de la valeur crête de tension comporte un amplificateur opérationnel (04) dont l'entrée non inverseuse est reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 02, un dispositif de commutation S2 activé par une horloge Clk b et branché à la sortie de l'amplificateur opérationnel 03, un condensateur C2 monté en série avec une résistance R4 entre la masse et la sortie du dispositif de commutation S2, ainsi qu'un amplificateur opérationnel 05 dont l'entrée non inverseuse est connectée à la sortie du dispositif de commutation S2 et à la résistance R4. 6. Dispositif de détection selon la revendication 5, caractérisé en ce que, le moyen de comparaison (30) comprend un amplificateur opérationnel 6 dont l'entrée inverseuse est connectée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 05 et l'entrée non inverseuse est connectée à un point de jonction d'un diviseur de tension (R2,R3) relié à la sortie de l'amplificateur opérationnel 02. 7. Dispositif de détection selon la revendication 6, Caractérisé en ce que le moyen de détection (31) comprend deux amplificateurs opérationnels 07 et 08 dont deux entrées de polarité inverse sont reliées en commun au signal de sortie (a-b) de l'amplificateur opérationnel 04, et dont les deux autres entrées sont connectées respectivement d'une part, à un diviseur de tension (R5, 56) déterminant une valeur seuil de tension de fonctionnement du magnétron, et, d'autre part, à la sortie d'un amplificateur opérationnel 06 dont l'entrée inverseuse est reliée audit diviseur de tension (R5, R6), ainsi qu'un dispositif de portes logiques ET (32) commandées par une horloge Clk c et permettant de détecter le signal du dysfonctionnement. 8. Dipositif de détection selon la revendication selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif est connecté aux bornes d'un enroulement secondaire complémentaire du transformateur haute-tension (8).