Brevet FR2691855A1 — publié le 19931203

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour permettre l'alimentation d'un enroulement au moyen de n'importe quelle source de tension qu'elle soit continue ou alternative (de fréquence quelconque) et d'un niveau quelconque par exemple entre 5 et 240 volts. Les enroulements sont utilisés dans de nombreux appareils électro-mécaniques comme par exemple des électrovannes de toutes dimensions, les électro-aimants, les dispositifs à noyau mobile... Il existe en effet un besoin d'équiper certains produits d'enroulements pour l'alimentation desquels l'utilisateur souhaite ne pas chercher une compatibilité entre le courant admissible par l'enroulement et la source de tension susceptible de délivrer ce courant. On conçoit aisément que cette nécessaire compatibilité soit une contrainte pour l'utilisateur qui veut s'affranchir ne serait ce que parce qu'il n'est pas certain de disposer au même endroit d'une source de tension qui soit adaptée. Or on sait qu'un enroulement donné ne peut accepter qu'une puissance donnée au-delà de laquelle il s'endommage. Le problème résolu par l'invention est celui de savoir comment limiter la puissance délivrée à l'enroulement d'une bobine quelle que soit la nature et la valeur de la tension qui est appliquée à ses bornes. A cet effet l'invention a donc pour premier objet un procédé d'alimentation d'un enroulement électrique par une source de tension quelconque, qui consiste - à-filtrer, éventuellement redresser, la tension issue de la source, - à appliquer cette tension aux bornes d'un circuit comportant en série, l'enroulement à alimenter, un interrupteur commandé, et en dérivation aux bornes de l'enroulement, un circuit de décharge de l'extra-courant de rupture, - à détecter au moyen d'un capteur le courant circulant dans la branche principale du circuit et à actionner l'interrupteur à l'ouverture lorsque le courant dépasse un seuil supérieur donné et à la fermeture lorsque le courant franchit un seuil inférieur déterminé. Un second objet de l'invention est un dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé, qui consiste, l'interrupteur étant un transistor et le capteur de courant une résistance en série avec l'enroulement faisant apparaître à ses bornes une différence de potentiel, en un émetteur d'impulsions lorsque la différence de potentiel aux bornes de la résistance atteint un seuil donné, relié à l'entrée d'un composant monostable émettant en sortie à réception de chaque impulsion un signal de niveau bas pendant un temps prédéterminé correspondant au temps mis par le courant dans l'enroulement pour atteindre le seuil inférieur, suivi d'un signal de niveau haut maintenu jusqu'à la réception de l'impulsion suivante, la sortie de ce composant étant reliée à la grille du transistor. Un troisième objet de l'invention est un autre dispositif pour mettre en oeuvre le procédé dans lequel, l'interrupteur étant un transistor et le capteur de courant un circuit RC, disposé en dérivation aux-bornes de l'enroulement pour constituer une image de la constante de temps de cet enroulement et faisant apparaître aux bornes du condensateur une différence de potentiel image du courant dans l'enroulement, un émetteur relié en entrée au capteur de courant émet en partie un signal de niveau haut lorsque la différence de potentiel émise par le capteur de courant est ascendante entre des deux seuils et à niveau bas lorsque cette différence de potentiel est descendante entre ces deux seuils, cet émetteur étant relié à l'entrée d'unoscillateur qui délivre un signal à fréquence constante tant que le signal de l'émetteur est à un niveau haut, en direction de la base d'un transistor de commutation de l'alimentation du circuit primaire d'un module de transformation de tension dont le secondaire délivre la tension grille-source du transistor. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description d'un exemple de réalisation, donné ci-après à titre indicatif. Il sera fait référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un premier dispositif mettant en oeuvre le procédé d'alimentation de l'invention, - la figure 2 est un schéma représentant plus précisément chacun des composants de ce dispositif, - les figures 4A, 4B, 5A, 5B, 6A, 6B, 7A, 7B, 8A et 8B sont des graphes des différents signaux circulant dans le circuit de commande de l'interrupteur du circuit d'alimentation de l'enroulement et des courant et tension dans cet enroulement. - La figure 9 est un schéma d'un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention. - Les figures 10 à 15 sont des graphes des différents signaux et courants circulant dans le dispositif de la figure 9. Au schéma de la figure 1, il apparaît un circuit d'alimentation d'un enroulement 1 (ou bobine) par exemple d'électrovanne. Ce circuit comprend une branche principale, entre deux bornes de connexion 2 et 3 à une source de signaux, qui comporte en série, la bobine 1, un interrupteur 4 à ouverture et fermeture commandées et une résistance 5. Aux bornes de l'enroulement í, le circuit comporte une branche secondaire 6 -en dérivation, équipée d'une diode 7 dite "diode de roue libre", qui constitue un circuit de décharge de l'extra-courant de rupture lors de chaque coupure de l'alimentation de l'enroulement. Le circuit d'alimentation comprend en outre un ensemble filtre redresseur 8, en amont de la branche principale du circuit. Le dispositif selon l'invention comporte des moyens de commande de l'ouverture et de la fermeture de l'interrupteur 4 sous la forme d'un circuit électronique de commande qui comporte les composant suivants - un détecteur 10 du courant maximum traversant la résistance 5 (en réalité la tension maximum VSH aux bornes de la résistance 5) émettant en sortie, lorsque ce courant atteint un seuil déterminé, une impulsion VImax, - un composant ll de mise en forme de l'impulsion de sortie de ce détecteur de manière à disposer en sortie de composant, d'un front descendant d'un signal carré VF, - un composant à fonctionnement monostable 12 qui reçoit en entrée le signal VF mis en forme par le composant ll pour, en réponse, émettre un signal de sortie VMono maintenu à un niveau bas pendant une période de temps déterminée et retrouvant automatiquement un niveau haut à la fin de cette période et jusqu'à la réception d'un nouveau front descendant du signal VF. Le circuit de commande de-l'interrupteur 4 comporte en outre un composant 13 de sécurité qui permet d'éliminer l'effet des parasites dûs notamment aux commutations. Ces commutations ont en effet une influence sur la stabilité de la tension d'alimentation des composants électroniques qui est issue d'un dispositif d'alimentation auxiliaire 14 connecté en sortie du filtre redresseur donc susceptible de réagir aux parasites existants dans le circuit d'alimentation de la bobine. Ce dispositif de sécurité n'est pas indispensable si on prévoit un isolement galvanique qui est plus coûteux. A la figure 2, chacun des composants décrits fonctionnellement ci-dessus est représenté sous sa forme détaillée. Le filtre redresseur 8 comporte un pont de diode 15 associé à un condensateur 16. Le composant 10 comporte un amplificateur 17 monte en "trigger" (à déclenchement) de manière que sa tension de sortie passe à l'état bas dès que la tension d'entrée atteint le seuil déterminé et retrouve l'état haut au moment où la tension d'entrée s'annule. Le composant 11 de mise en forme du signal de sortie du détecteur du courant maximum comporte, dans l'exemple de réalisation de la figure 2, deux amplificateurs à déclenchement inverseurs 18 et 19. Un exemple de réalisation du composant monostable 12 associe deux portes NON-ET 20 et 21 à un réseau Résistance-Condensateur 22 qui définit la constante de temps pendant laquelle le monostable maintient sa sortie à un niveau bas. On notera que ce réseau 22 comporte une diode 22a qui autorise une décharge rapide du condensateur permettant une réinitialisation rapide du composant monostable. Le composant de sécurité est représenté par la porte 23 tandis que l'interrupteur 4 est un transistor MOS dont la grille est précédée, de manière connue, d'un "buffer" 24 permettant de transmettre à la grille du transistor un courant de pointe suffisamment important pour saturer et bloquer efficacement le transistor. Lorsque la source de tension est une tension continue comme illustré par le graphe figure 4A, le courant s'établit dans la branche principale du circuit d'alimentation selon la courbe B du graphe 6A. Lorsque ce courant atteint une valeur de seuil déterminée IM qui a été établie en fonction des caractéristiques de l'enroulement et qui se traduit par une tension maximale VSHM aux bornes de la résistance 5 (graphe 7A), une impulsion est émise par le composant 10 qui, par l'intermédiaire du composant de mise en forme 11, attaque le composant 12 dont la tension de sortie Vmono (graphe 8A) passe au niveau bas. La tension à la grille du transistor 4 devient nulle et le circuit d'alimentation de la bobine 1 est ouvert. Le courant qui circule dans cette bobine est l'extra-courant de rupture représenté par la courbe A sur le graphe 6A qui décroît jusqu'à une valeur Im qui est déterminée pour que la bobine reste suffisamment excitée pour que la fonction quelle assure ne cesse pas (par exemple qu'elle continue à maintenir un clapet contre son siège dans le cas d'une électrovanne). Cette valeur Im détermine donc la constante de temps T du composant monostable à l'expiration de laquelle le signal de sortie de ce monostable 12 retrouve son niveau haut, commandant l'état passant du transistor 4 jusqu'à ce que le courant dans la résistance 5 ait à nouveau atteint la valeur IM de déclenchement. Les graphes 4B à 8B illustrent l'évolution des mêmes variables pour une alimentation en tension alternative redressée avec une échelle différente. A la figure 9, qui est un schéma simplifié d'un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention, on retrouve certains des éléments déjà décrits avec les mêmes références Le détecteur de courant est ici un circuit RC 25 qui délivre une tension aux bornes de son condensateur 26 dont le graphe en fonction du temps est représenté en figure 12, image du courant traversant. la bobine représenté -en fonction du temps en figure 11. Ce signal est transmis à l'entrée d'un dispositif émetteur 27 d'un signal à un niveau haut (voir figure 13) lorsque la tension précédente est ascendante entre un seuil bas et un seuil haut et d'un signal à un niveau bas lorsque cette tension aux bornes du condensateur 26 décroît entre les deux seuils. Ce signal en créneaux 28 attaque un circuit oscillateur 29 qui pendant son excitation fournit un signal à une fréquence fixe (par exemple 250 kHz) tel qu'illustré en figure 14. Ce signal alimente la base d'un transistor 30 de commutation d'un circuit 31 d'alimentation du primaire d'un module de transformation 32 connecté à la source auxiliaire 14. Le secondaire de ce module, avec des diodes de redresse ment fournit au transistor 4 une tension grille-source comme celle représentée à la figure 15. On voit qu'ainsi, on isole toute ltélectronique de commande du transistor 4 de ce transistor par l'isolement galvanique réalisé par le module transformateur 32 tout en conservant une commande de ce transistor très semblable à celle réalisée dans le dispositif précédent, c'est-à-dire dans laquelle la tension d'alimentation (ici continue) est hachée en créneaux (voir figure 10) pour limiter automatiquement la puissance appliquée à l'enroulement en fonction de sa limite d'utilisation. REVENDICATIONS I. Procédé d'alimentation d'un enroulement électrique (1) par une source de tension quelconque, caractérisé en ce qu'il consiste - à filtrer, éventuellement redresser, la tension issue de la source, - à appliquer cette tension aux bornes d'un circuit comportant en série, l'enroulement (1) à alimenter, un circuit de décharge (7) de l'extra-courant de rupture, - détecter, au moyen d'un capteur (5,25), le courant circulant dans la branche principale du circuit et à actionner l'interrupteur (4) à l'ouverture lorsque le courant dépasse un seuil supérieur (IM) donné et à la fermeture lorsque le courant franchit un seuil inférieur (Im) déterminé. 2. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, l'interrupteur (4) étant un transistor et le capteur de courant une résistance (5) en série avec l'enroulement faisant apparaître à ses bornes une différence de potentiel, il comporte un émetteur (10, 11) d'impulsions lorsque la différence de potentiel (VSH) aux bornes de la résistance (5) atteint un seuil donné (VSHM), relié à l'entrée d'un composant monostable (12) émettant en sortie, à réception de chaque impulsion, un signal (VMono) de niveau bas pendant un temps prédéterminé (T) correspondant au temps mis par le courant dans l'enroulement pour atteindre le seuil inférieur (Im) suivi d'un signal de niveau haut maintenu jusqu'à la réception de l'impulsion suivante, la sortie de ce composant étant reliée à la grille du transistor (4). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que préalablement à son entrée dans le composant monostable (12), l'impulsion est transformée en un front descendant d'un signal en créneau par un composant (11) de mise en forme. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, l'interrupteur (4) étant un transistor et le capteur de courant un circuit RC (25) disposé en dérivation aux bornes de l'enroulement (1) et qui constitue une image de la constante de temps de cet enroulement faisant apparaître aux bornes du condensateur (26) une différence de potentiel image du courant dans l'enroulement (1), il comporte un émetteur (27) de signaux relié en entrée au capteur de courant (25) et émettant en sortie un signal (28) à niveau haut lorsque la différence de potentiel émise par le capteur de courant est ascendante depuis un seuil minimum jusqu'à un seuil maximum et à niveau bas lorsque cette différence de potentiel est descendante entre des deux seuils, cet émetteur étant relié à l'entrée d'un oscillateur (29) qui délivre un signal à fréquence constante tant que le signal de l'émetteur est à un niveau haut, en direction de la base d'un transistor (30) de commutation de l'alimentation (31) du circuit primaire d'un module de transformation (32) dont le secondaire délivre la tension grille-source du transistor (4).