Brevet FR2696055A1 — publié le 19940325

La présente invention concerne une prise électrique commandée à distance ou locale. Le développement de la domotique nécessite la mise en oeuvre de prises électriques intelligentes, reliées à une centrale de commande pilotée à base de processeurs. Ces prises électriques intelligentes sont placées sur le réseau général et leurs sorties, auxquelles peuvent être reliés les différents appareils domestiques, sont mises sous tension ou mises hors circuit selon les signaux de commande reçus. De plus, ces prises fournissent en retour, à la centrale de commande, des informations sur l'exécution des commandes reçues et, plus généralement, sur le fonctionnement des appareils domestiques qu'elles alimentent. Il est ainsi possible de commander à distance l'ensemble des équipements de la maison. Des prises électriques intelligentes sont connues et peuvent être classées en deux catégories principales: d'une part, les prises comportant un interrupteur ou commutateur électromécanique d'autre part, les prises comportant un interrupteur ou commutateur à semi-conducteur L'objectif de l'invention est une prise électrique intelligente qui ne présente ni les inconvénients dus aux interrupteurs électromécaniques, ni ceux dus aux interrupteurs à semi-conducteurs, et qui puisse être logée dans un volume clos de faible dimension A cet effet, l'invention concerne une prise électrique intelligente commandée par un signal de commande et comportant un interrupteur à semi-conducteur. Selon l'invention, elle comporte également un interrupteur électromécanique et un processeur de signal. L'interrupteur électromécanique est connecté en parallèle sur l'interrupteur à semi-conducteur, et le processeur de signal reçoit le signal de commande et commande l'interrupteur à semi-conducteur et l'interrupteur électromécanique. Différents modes de réalisation associent dans toutes leurs combinaisons techniquement possibles les caractéristiques suivantes. Lors de la mise sous tension de ladite prise, l'interrupteur à semi-conducteur est d'abord fermé, puis l'interrupteur électromécanique est fermé Inversement, à l'ouverture, l'interrupteur électromécanique est d'abord ouvert, puis l'interrupteur à semi-conducteur est ouvert. La prise électrique intelligente est placée sur un circuit principal parcouru par un courant alternatif Le processeur de signal analyse la forme d'onde de la tension du circuit principal, aux bornes du commutateur, et ferme ou ouvre l'interrupteur électromécanique à un instant o la valeur de ladite tension est faible. L'interrupteur semi-conducteur peut être un triac, ou une association de thyristors, ou une association de composants du type Isolation Gate Bipolar Transistor. L'interrupteur électromécanique peut être un relais à contacts de mercure. Le processeur de signal est alimenté par le circuit principal au travers d'un régulateur basse tension. Le processeur de signal est commandé à distance. Le signal de commande du processeur de signal lui est adressé au travers du circuit principal Un modem recevant le signal de commande et l'adressant au processeur de signal, est connecté en parallèle sur le circuit principal. Un mode de réalisation, non limitatif de l'invention, est décrit en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la Figure 1 est un schéma de positionnement de la prise intelligente sur un circuit principal; la Figure 2 est un schéma faisant apparaître les différents éléments constitutifs de la prise intelligente; la Figure 3 est un diagramme des temps représentant le fonctionnement de la prise intelligente lors de son ouverture et de sa fermeture; la Figure 4 et la Figure 5 sont des représentations de la forme d'onde de la tension dans le courant principal et des instants de commutation de l'interrupteur électromécanique dans un mode de réalisation préféré. La prise intelligente 1 est placée entre une charge 2 et un circuit principal de puissance 3. De manière traditionnelle, lorsque la prise intelligente 1 est fermée, la charge 2 est sous tension, son alimentation est produite à partir du circuit principal ou circuit de puissance 3 Au contraire, lorsque l'interrupteur 1 est ouvert, la charge 2 est déconnectée du circuit principal 3 L'ouverture et la fermeture de la prise intelligente 1 sont avantageusement produites à distance, par exemple par un signal circulant dans le circuit de puissance 3 sur une porteuse et démodulé par le modem 4 Une commande locale peut également ou alternativement être prévue. Un processeur de signal Il faisant partie de la prise intelligente 1 reçoit le signal du modem 4 et commande l'ensemble d'interruption 12 interposé entre le circuit principal 3, auquel il est relié par les bornes 5 et 6 et la charge 2. Le modem 4 est également connecté aux bornes 5 et 6, par lesquelles il reçoit le signal modulé provenant du circuit de puissance 3. Le processeur de signal 11 peut également émettre un signal indiquant l'état ouvert ou fermé de la prise intelligente 1, ou encore indiquant l'exécution d'une commande Il peut encore transmettre un signal provenant de l'appareil connecté à la prise et représentant sa nature ou son état. Ce signal, émis par le processeur de signal, est adressé par le modem 4 au travers du circuit de puissance 3. Une centrale de commande, reliée par un deuxième modem au circuit principal, dialogue avec le processeur de signal 11. La prise intelligente 1 est décrit plus en détail sur la Figure 2 o l'on retrouve, avec les mêmes numérotations que sur la Figure 1, les bornes 5 et 6 du circuit principal, le modem 4, le processeur de signal 11, l'ensemble d'interruption 12 et la charge 2. L'ensemble d'interruption 12 comporte un interrupteur à semi-conducteur 121 et un interrupteur électromécanique 122 reliés l'un et l'autre aux bornes A et B et donc connectés en parallèle. L'interrupteur à semi-conducteur est avantageusement un triac, dont la gâchette 123 est reliée à un port 1, 124 du processeur de signal 11. Cet interrupteur peut également être une association de thyristors, ou une association de composants du type Isolation Gate Bipolar Transistor. L'interrupteur électromécanique 122 comporte un bobinage 126, dont la mise sous tension commande le déplacement du contact 125 qui est susceptible de relier les bornes 127 et 128. Cet interrupteur électromécanique 122 peut également être bistable. Dans ce cas, il comporte un noyau à aimant permanent et deux bobines La commande de l'une ou l'autre de ces bobines détermine le sens de l'aimantation du noyau. Ainsi, le maintien de l'état de l'interrupteur est conservé, même en cas de rupture de l'alimentation en courant. La borne 129 de commande de l'interrupteur électromécanique est relié au port 2, 130 du processeur de signal 11. Le modem 4 comporte un processeur de signal 41, un amplificateur opérationnel 42 et un transformateur 43. Le primaire du transformateur 43 est relié aux bornes 5 et 6 du circuit principal de courant, un condensateur 143 évitant la transmission des parasites. Les secondaires du transformateur sont reliés à l'amplificateur opérationnel qui est lui-même relié au processeur de signal 41, qui adresse ou reçoit les signaux du processeur de signal 11. Une unité d'alimentation 13, reliée aux bornes 5 et 6, fournit la puissance nécessaire au fonctionnement du processeur de signal 41, de'l'amplificateur opérationnel 42 et du processeur de signal 11. Le fonctionnement de la prise intelligente est maintenant décrit en référence à la Figure 3, dans laquelle est représentée en ordonnée la différence de potentiel V = VB VA, présente aux bornes de l'ensemble d'interruption 12 Le temps est représenté en abcisse. Au temps T 0, la prise intelligente est ouverte, la différence de potentiel V est donc maximum et correspond à la tension fournie par le circuit principal 3. Le modem 4 reçoit à T O un signal de fermeture de la prise intelligente et le transmet au processeur de signal 11, celui-ci déclenche tout d'abord la fermeture du triac, qui est réalisée en T, La différence de potentiel V VA diminue alors considérablement et est réduite à la tension de chute Vc du triac. Peu de temps après, le processeur de signal 11 commande la fermeture de l'interrupteur électromécanique 122. La tension de chute Ve, de l'interrupteur électromécanique 122 étant beaucoup plus faible que la tension de chute V, de l'interrupteur à semi-conducteur 121, la différence de potentiel V = VB VA, est alors réduite à la valeur Ve Elle reste à cette valeur pendant toute la durée de la fermeture de la prise intelligente (situation à T,). L'ouverture de la prise intelligente est réalisée de manière symétrique à la réception de l'ordre de commande correspondant par le processeur de signal 11 via le modem 4. A T, la prise intelligente est fermée, le processeur de signal commande tout d'abord l'ouverture de l'interrupteur électromécanique 122 en T 3, ce qui a pour effet de faire remonter la tension V = VB VA de sa valeur minimum Ve à la valeur Vc égale à la tension de chute de l'interrupteur à semi-conducteur 121. Celui-ci est ensuite ouvert en T 4 ramenant la tension V = VB VA à sa valeur maximum. On comprend ainsi l'avantage essentiel du dispositif lors de son ouverture ou de sa fermeture, l'interrupteur électromécanique 122 n'est soumis à ses bornes A et B qu'à une différence de potentiel égale à la tension de chute V,, de l'interrupteur à semi-conducteur Cela permet donc l'utilisation d'un interrupteur électromécanique faiblement dimensionné et limite son usure. Pour sa part, l'interrupteur à semi-conducteur 121 n'est traversé par le courant d'alimentation de la charge 2 que pendant les périodes de temps comprises entre T 1 et T 2 d'une part, et T 3 et T 4 d'autre part. Les effets négatifs dus à son échauffement lors du passage d'un courant fort sont donc réduits et quasiment éliminés. De préférence, T 2 et T 1 d'une part, T 4 et T 3 d'autre part ne sont séparés que par un très faible intervalle de temps, par exemple correspondant à quelques oscillations, lorsque la tension dans le circuit principal 3 est alternative.35 Un mode de réalisation préféré, que nous décrirons en référence à la Figure 4, permet de diminuer encore les contraintes pesant sur l'interrupteur électromécanique 122. Dans ce mode de réalisation, le processeur de signal 11 analyse la forme d'onde de la tension V = VB VA aux bornes de l'ensemble d'interruption 12. Lorsque la tension du circuit principal est une tension sinusoïdale, la tension V = V VA a la même forme et, dans les périodes de temps séparant T 2 et T_ d'une part, T 3 et T 4 d'autre part, elle varie entre + V, et V=. Le processeur de signal 11 utilise le résultat de son analyse, en sorte de déclencher l'ouverture et la fermeture de l'interrupteur à semiconducteur 121 à des instants T 2 et T 3 voisins d'un instant de passage par zéro de la tension V C'est-à-dire que le point T 2, par exemple, est positionné entre les instants t'2 et t" 2 correspondant à des tensions V O et Vy, de valeur absolue beaucoup plus faible que la tension maximum Vc pouvant être présente entre les bornes A et B, lorsque l'interrupteur à semi- conducteur 121 est fermé. Ainsi, l'interrupteur électromécanique 122 ne change d'état que lorsque la tension a ses bornes à une valeur absolue au plus égale à Vy, c'est-à-dire très faible. La prise intelligente de l'invention a un faible volume et son échauffement est faible Elle est donc bien adaptée à l'encastrement dans les murs des habitations. Cette invention peut être réalisée avec des composants de différentes origines. De bons résultats ont été obtenus en utilisant un triac comme interrupteur semi-conducteur 121, en utilisant les composants commercialisés par la Société SGS-THOMSON (marque déposée) sous les références suivantes: pour le processeur de signal Il: ST 6, ST 7, ST 8 ou ST 9, pour le modem 41: ST 7536 ou ST 7537. L'interrupteur électromécanique 122 est avantageusement un relais à contacts de mercure. A titre d'exemple, l'invention peut être mise en oeuvre dans les conditions suivantes. La tension V du circuit principal étant de 200 V à 50 ou 60 Hz, on a: V = 1,2 V à 1,7 V Ve _ 100 m V L'intervalle de temps entre T 2 et T est égal à 100 à s. L'intervalle de temps entre T 3 et T 4 est égal à 100 à 200 lis. Les signes de référence, insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières, et n'en limitent aucunement la portée. REVENDICATIONS 1 Prise électrique intelligente commandée par un signal de commande comportant un interrupteur à semi- conducteur ( 121), caractérisée en ce qu'elle comporte un interrupteur électromécanique ( 122) et un processeur de signal ( 11), l'interrupteur électromécanique ( 122) étant connecté en parallèle sur l'interrupteur à semi-conducteur ( 121), le processeur de signal ( 11) recevant le signal de commande et commandant l'interrupteur à semi- conducteur ( 121) et l'interrupteur électromécanique ( 122). 2 Prise électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que lors de la mise sous tension de ladite prise, l'interrupteur à semi-conducteur ( 121) est d'abord fermé, puis l'interrupteur électromécanique ( 122) est fermé et que, inversement, à l'ouverture, l'interrupteur électromécanique ( 122) est d'abord ouvert, puis l'interrupteur à semi-conducteur ( 121) est ouvert. 3 Prise électrique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle est placée sur un circuit principal ( 3) parcouru par un courant alternatif, que le processeur de signal ( 11) analyse la forme d'onde de la tension du circuit principal, aux bornes du commutateur, ferme ou ouvre l'interrupteur électromécanique ( 122) à un instant o la valeur de ladite tension est faible. 4 Prise électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'interrupteur semi-conducteur est un triac. Prise électrique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'interrupteur électromécanique ( 122) est un relais à contacts de mercure. 6 Prise électrique selon l'une des revendications 1 à , caractérisée en ce que le processeur de signal ( 11) est alimenté par le circuit principal ( 3) au travers d'un régulateur basse tension. 7 Prise électrique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le processeur de signal ( 11) est commandé à distance. 8 Prise électrique selon la revendication 7, caractérisée en ce que le signal de commande du processeur de signal ( 11) lui est adressé au travers du circuit principal ( 3), et en ce qu'un modem ( 4) recevant le signal de commande et l'adressant au processeur de signal ( 11) est connecté en parallèle sur le circuit principal ( 3).