Brevet FR2756683A1 — publié le 19980605

',PROCEDE ET DISPOSITIF DE COMMANDE TACTILE, ET APPLICATION À DES EQUIPEMENTS D'ECLAIRAGE" La présente invention concerne un procédé de commande tactile. Elle vise également un dispositif de commande tactile mettant en oeuvre ce procédé, ainsi que des applications de ce procédé à des équipements d'éclairage. Le réglage de l'intensité lumineuse d'équipements d'éclairage par des dispositifs de commande tactile est désormais largement connu, comme l'illustre par exemple le document GB-A-2 249 378. Dans la plupart des équipements proposés, la zone de commande tactile est de surface limitée, par exemple une pastille conductrice, la base d'une lampe de chevet ou encore la structure métallique d'un abat-jour. On connaît également par le document FR-A-2 701 792 des luminaires dans lesquels la zone de contact tactile est constituée par tout ou partie de la surface extérieure du support de ces luminaires, ce support étant préalablement soumis à un traitement par imprégnation en vue de le rendre conducteur. La plupart des équipements lumineux à commande tactile ont par ailleurs en commun de mettre en oeuvre un triac, composant d'électronique de puissance très répandu, pour appliquer sur une charge résistive et/ou inductive, notamment une ampoule ou un tube, une forme d'onde de tension correspondant à une fraction réglable des demi-arches de la forme d'onde sinusoidale de la tension secteur. Ce triac est commandé par un circuit électronique directement branché sur le secteur et conçu autour d'un circuit intégré spécialisé de commande de triac, tel que le circuit SLB 0587 de SIEMENS. Ce circuit spécialisé procure une commande de triac particulièrement adaptée pour le réglage d'équipements d'éclairage. Il est très iargement utilisé dans une structure de circuit électronique préconisée par le constructeur. Ce circuit est en fait typiquement adapté pour des applications dans esquelles la zone sensitive ou de contact n'est située u1à quelques centimètres du circuit lui-même, par exemple pour un interrupteur mural sensitif. Il s'agit d'applications qui peuvent être désignées sous le terme de contact sensitif direct. Or, il a été constaté par le présent déposant que l'application du circuit préconisé par le constructeur du circuit SLB 0587 à des luminaires pourvus de zones tactiles éloignées du circuit de commande de phase pouvait conduire dans certaines situations et configurations à des problèmes de fiabilité et de manque de performance dus au fait que la zone sensitive peut se trouver à plus d'un mètre du circuit et que la transmission du contact se fait par la structure même de l'appareil et non par un fil électrique. En outre, pour des luminaires comportant une grande surface de contact, on a constaté expérimentalement une forte sensibilité aux perturbations électromagnétiques rayonnées ou conduites pouvant conduire à des déclenchements intempestifs. Par ailleurs, les circuits électroniques de commande tactile actuels s'avèrent parfois sensibles aux perturbations conduites sur le secteur. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de commande tactile qui soit adapté à l'utilisation de zones tactiles de grande dimension ou éloignées en présentant une meilleure immunité aux perturbations électromagnétiques. Ceci est obtenu avec un procédé de commande tactile, pour commander l'alimentation d'un équipement électrique, notamment un équipement d'éclairage, à partir d'une source de tension alternative monophasée, comprenant une commande de phase pour appliquer une fraction réglable de chaque demi-cycle de la source de tension alternative sur ledit équipement électrique, cette commande de phase dépendant d'une détection de courant de fuite entre une zone tactile située à proximité d'une zone électriquement conductrice ou elle-même électriquement conductrice et une référence de neutre associée à ladite source de tension lorsqu'un utilisateur met en contact une partie de son corps, notamment un ou plusieurs doigts, avec ladite zone tactile électriquement conductrice. Suivant l'invention, la détection de courant de fuite comprend un traitement en amont d'un signal de courant de fuite prélevé en un point de ladite zone électriquement conductrice, pour discriminer tout signal non tactile, notamment tout signal induit sur ladite zone électriquement conductrice par des perturbations extérieures. Comme on le verra dans la suite, cette fonction de discrimination suppose non seulement un filtrage des signaux parasites ne résultant pas d'une action tactile mais également un haut niveau de sensibilité pour pouvoir détecter des courants de fuite provenant de zones tactiles éloignées ou de grande dimension. Le mérite de cette invention réside notamment dans le fait qu'elle permet de prendre en compte des surfaces de contact beaucoup plus grandes que celles actuellement admissibles avec les procédés de commande tactile actuels. La zone tactile peut revêtir de nombreuses formes et être réalisée à partir de divers types de matériau de conductivité variable, pouvant aller de l'isolant électrique jusqu'au conducteur métallique. A titre d'exemples non limitatifs, on peut citer: - une ou plusieurs couches de peinture ou de vernis pouvant atteindre une épaisseur de l'ordre du mm, - des revêtements ou traitements spéciaux, ou - un habillage en bois. Il suffit de prévoir une isolation entre la zone tactile et l'assise de l'équipement électrique qui présente une impédance très grande devant l'impédance de fuite de la zone tactile. La zone conductrice située à proximité de la zone tactile est de préférence réalisée à partir d'un matériau bon conducteur électrique, par exemple un matériau métallique, un matériau poreux chargé de particules métalliques ou bien encore un matériau isolant tel que la terre cuite ou de la céramique sur lequel a été déposée, au pinceau ou par pulvérisation, une couche d'un produit conducteur électrique par exemple à base de carbone ou de tout autre produit conducteur. On peut également envisager que la zone tactile soit constituée par des émaux réalisée sur une terre cuite et soit en même temps considérée comme zone conductrice. Dans une version préférée de l'invention, le procédé de commande tactile comprend en outre un traitement amont de la tension alternative monophasée de source pour limiter toute surtension susceptible d'induire des commandes de phase intempestives. Le procédé de commande tactile selon l'invention comprend en outre de préférence un accroissement du courant de fuite transitant via la zone tactile et la zone conductrice, par rapport au niveau de courant de suite qui serait obtenu avec un procédé actuel de commande tactile. En outre, le traitement du signal de courant de fuite est adapté pour procurer une détection de commande tactile dans une large gamme d'impédance de fuite. Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif pour commander en mode tactile l'alimentation d'un équipement électrique, notamment un équipement d'éclairage, à partir d'une source de tension alternative monophasée, comprenant: - des moyens interrupteurs bidirectionnels commandés pour générer des fractions réglables de demi-cycles de tension d'alimentation à partir de la source de tension alternative monophasée, - des moyens pour commander en phase lesdits moyens interrupteurs bidirectionnels, notamment à partir d'un signal de courant de fuite entre une zone tactile électrique à proximité d'une zone électriquement conductrice ou elle-même électriquement conductrice et une référence de neutre associée à ladite source de tension alternative monophasée, ce courant de fuite étant généré lorsqu'un utilisateur met en contact une partie de son corps avec ladite zone tactile, ce dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Suivant l'invention, le dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour traiter le signal de courant de fuite prélevé en un point de la zone conductrice de façon à discriminer tout signal induit sur ladite zone tactile par des perturbations extérieures. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, les moyens de traitement du signal de courant de fuite sont agencés pour procurer une détection de courant de fuite lorsque l'impédance de fuite associée au contact de commande est de module très élevé. On peut aussi avantageusement prévoir que les moyens de traitement du signal de courant de fuite soient en outre agencés pour procurer une détection de courant de fuite lorsque l'impédance de fuite associée au contact de commande est de module très bas. Il est en outre préférable de prévoir que les moyens de traitement du signal de courant de fuite soient agencés pour obtenir un accroissement de l'intensité du courant de fuite. Dans un mode de réalisation préféré d'un dispositif de commande tactile selon l'invention, celui-ci comprend en outre des moyens pour traiter la tension alternative monophasée en amont des moyens de commande de phase de sorte que les moyens de commande de phase soient sensiblement immunes à toute perturbation conduite en provenance de la source de tension alternative monophasée. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - La figure 1 illustre sous la forme de schémas-blocs les fonctions essentielles d'un dispositif de commande tactile selon l'invention; et - la figure 2 illustre un exemple pratique de circuit électronique mis en oeuvre dans un dispositif de commande tactile selon l'invention conçu autour du circuit SLB 0587 de Siemens. On va maintenant décrire les fonctions et modules essentiels d'un dispositif de commande tactile selon l'invention, en même temps que le procédé de commande associé, en référence aux figures précitées. Dans la suite, on désignera par une même référence des éléments ou composants communs aux deux figures. On considère un équipement d'éclairage 1 comportant un luminaire 2 comprenant par exemple une base 21, une structure tubulaire 24 au moins partiellement métallique, un module 26 pour recevoir une ampoule électrique 22 à incandescence ou halogène, et un variateur électronique intégrant un dispositif de commande tactile 10 selon l'invention. La structure tubulaire 24 présente sur au moins une partie de sa surface extérieure une zone tactile 20 constituée à partir d'un matériau 28, par exemple de la peinture ou un vernis en une ou plusieurs couches, et couvrant une zone électriquement conductrice 27 réalisée par exemple sous la forme d'un tube métallique dans lequel on fait notamment passer un câble électrique 29 d'alimentation de l'ampoule 22, ou sous la forme d'une couche d'un matériau électriquement conducteur déposé sur une structure en matériau isolant (par exemple de la terre cuite) ou faiblement conducteur. La zone tactile 20 est nécessairement isolée, par exemple par une pièce isolante 25, de la base 21 si celle-ci est conductrice et de la surface 40 sur laquelle est posé le luminaire 2. Le niveau d'isolation électrique que doit présenter la pièce isolante 25 dépend directement de la conductivité électrique du matériau constituant la zone tactile et de des dimensions de celle-ci. Le dispositif de commande tactile 100 comprend une partie de contrôle C et une partie de puissance P comportant un triac 15 faisant fonction d'interrupteur bidirectionnel commandé et contrôlant l'alimentation électrique de l'ampoule 22 à partir d'une source de tension alternative monophasée V qui est en général le secteur, via un transformateur 14. Un circuit FC de la tension alternative d'entrée est disposé en amont du triac 15 pour prémunir le dispositif de commande tactile 100 de toute commande intempestive due à une perturbation sur le secteur. La partie de contrôle C est construite autour d'un circuit de contrôle de phase 100, en pratique un circuit intégré spécialisé tel que le circuit SLB 0587 de SIEMENS ou un circuit équivalent, recevant un signal de courant de fuite provenant de la zone tactile 20 à travers un circuit de discrimination FR relié à la zone conductrice 27 et émettant un signal T de déclenchement du triac 15. Le signal de courant de fuite préalablement traité par le circuit de discrimination FR est appliqué en entrée 5 et soumis à un contrôle d'entrée IC, puis à une évaluation et reconnaissance de signal SE et appliqué en entrée d'une boucle à verrouillage de phase PLL (Phase Loop Lock). Cette boucle à verrouillage de phase est couplée à un module de synchronisation SC relié via une entrée 4 à la partie de puissance P pour prélever une image de la tension aux bornes du triac 15, et est connectée à un circuit intégrateur extérieur RC via les broches 3 et 7 du circuit intégré 100. La boucle à verrouillage de phase assure la synchronisation des impulsions de déclenchement du triac 15 sur le signal de tension alternative, et fournit des signaux d'horloge CK à un module de blocage de sécurité ST, à une logique de commande de temporisation CL, au module d'évaluation et de reconnaissance SE, à un compteur SC de stockage de la consigne d'éclairage et à un module comparateur CO. Le circuit de commande de phase 100 comprend en outre une logique TP de sortie d'impulsions de déclenchement et un étage de sortie OS délivrant en sortie 8 les impulsions de déclenchement T, et est pourvu d'un circuit VS pour fournir à partir de la tension secteur une tension d'alimentation redressée en entrée 7 par rapport à une référence de masse 1. Un exemple pratique de réalisation d'un dispositif de commande tactile 10 selon l'invention est illustré en figure 2. Le circuit de discrimination FR est ici réalisé sous la forme de deux condensateurs Csl, Cs2 (1 nF, 2 kV) en série avec la mise en parallèle d'une résistance Rp (4,7 MS) et d'un condensateur Cp (10 nF). La résistance 12 disposée entre la ligne de phase Ph et l'entrée de détection 5 est de préférence déterminée en fonction de chaque type de luminaire commandé. A titre d'exemple pratique, la résistance 12 est choisie dans une gamme de 100 kQ à 800 kQ, donc à des valeurs significativement inférieures aux valeurs préconisées par le constructeur, à savoir de 1 MQ à 4,7 Mn. Le recours à une résistance 12 de plus faible valeur a permis d'obtenir une sensibilité de détection satisfaisante dans des situations de commande où la zone tactile est de grande dimension, les valeurs préconisées par le constructeur étant en fait adaptées à des utilisations de commande par touche sensitive. La présence du condensateur Cp en parallèle sur la résistance Rp a pour effet d'accroître l'intensité du courant de fuite tout en n'affectant pas sa composante active. Cet effet classique du au déphasage capacitif apporté par le condensateur est ici mis à profit pour obtenir une plus grande sensibilité du dispositif de commande tactile selon l'invention. Par ailleurs, les condensateurs Csl, Cs2 connectés en série contribuent à renforcer la sécurité de l'utilisateur. Le circuit d'alimentation VS adopté dans le dispositif de commande tactile selon l'invention diffère de celui préconisé par le constructeur par le fait que l'un des condensateurs de filtrage 16 est choisi à une valeur (68 pF) significativement plus faible que celles préconisées par le constructeur, à savoir entre 10 et 100 nF. Ce choix a permis de renforcer considérablement 1 immunité du circuit de commande de phase aux perturbations HF conduites sur le secteur en éliminant de nombreuses situations de commande intempestive. Il faut par ailleurs noter qu'il est nécessaire de prévoir une diode Zener 17 de régulation de la tension d'alimentation du circuit de commande de phase qui soit surdimensionnée en courant par rapport aux préconisations du constructeur pour un fonctionnement en commande sensitive, afin de garantir un fonctionnement satisfaisant du dispositif de commande tactile 10 selon l'invention. A titre d'exemple pratique, on a utilisé ici une diode Zener de référence BZX85C. Par ailleurs, dans certaines applications particulières du dispositif de commande tactile selon l'invention, il peut être avantageux de placer une résistance 18 entre la ligne de phase et l'anode de la diode Zener 17, afin d'augmenter encore la sensibilité de détection sans détériorer pour autant la fiabilité du dispositif. Cette résistance 18, qui peut par exemple être choisie égale à 680 kQ, a notamment pour effet de décharger le condensateur 19 du circuit d'alimentation VS et donc d'éviter une dérive de tension aux bornes de ce condensateur. Outre le circuit de filtrage HF 13 préconisé par le constructeur, il est prévu en amont du circuit de commande de phase 100 un circuit FC de traitement de la tension d'entrée pouvant être matérialisé dans sa forme de réalisation la plus simple par une varistance qui présente une résistance très élevée tant que la tension à ses bornes reste inférieure à une tension de seuil, cette résistance s'effondrant au delà de cette tension de seuil. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif de commande tactile selon l'invention. Lorsqu'un utilisateur 30 met en contact un ou plusieurs de ses doigts 32, ou une autre partie de son corps, en un point quelconque de la zone tactile 20 du luminaire 2, un courant de fuite circule alors entre la phase du secteur et le neutre N à travers le circuit de discrimination FR, la zone conductrice 27, le matériau 28 constituant la zone tactile 20, le(s) doigt(s) 32, la main et le corps de l'utilisateur 30, et le sol. Les différents composants conducteurs extérieurs au dispositif de commande tactile 10 peuvent être modélisées par une impédance de fuite Zf dont le module varie considérablement en fonction du lieu où est disposé le luminaire 2, en particulier du caractère humide ou sec du sol, du type de chaussures portées par l'utilisateur et d'autres facteurs environnementaux. Le courant de fuite If est alors détecté et traité par le circuit de commande de phase, par exemple le circuit SLB 0587, qui génère des impulsions T de déclenchement du triac 15 en réglant l'angle ou la phase de déclenchement en fonction de la durée du contact 32 exercé sur la zone tactile 20. Les circuits de commande de phase, par exemple, le circuit SLB 0587, sont généralement conçus pour mémoriser le niveau d'extinction et le rétablir à l'allumage si une broche (2) est laissée libre. Lorsque cette broche est portée à un niveau haut, l'éclairage s'effectue alors au niveau maximum, correspondant à un angle de phase à l'allumage de 1520. La zone tactile est reliée à la broche d'entrée 5 du circuit SLB 0587 à travers le circuit de discrimination FR et une ou plusieurs résistances de plusieurs MQ qui ont pour fonction de protéger l'utilisateur. Par ailleurs, d'autres composants de protection sont prévus au sein du dispositif de commande tactile selon l'invention, tels qu'une diode Zener d'écrêtage et une diode de limitation de la tension directe appliquée. Le passage de l'allumage à l'extinction et de l'extinction à l'allumage s'effectue par un toucher court, de durée comprise entre 50 et 400 millisecondes. Le réglage de l'intensité lumineuse s'effectue en exerçant un contact tactile pendant un laps de temps supérieur à 400 millisecondes. La variation de l'angle de phase, donc de l'éclairement, est quasi-linéaire en fonction du temps jusqu'à un éclairement maximum. Le retour vers un éclairement minimum est obtenu en respectant un laps de temps sans contact puis en exerçant à niveau un contact de durée suffisante. La mise en oeuvre du dispositif de commande tactile selon l'invention a permis en pratique un fonctionnement fiable dans une plage de tension de 150 à 270 Volt, pour des conditions d'utilisation allant d'un état de haute isolation (utilisateur sur une base en matériau plastique d'au moins une dizaine de centimètres d'épaisseur) à un état de conduction élevée (sol mouillé). La présente invention peut avantageusement être appliquée pour la commande tactile de luminaires au moins partiellement métalliques tels que des lampadaires, lampes à poser, appliques murales, etc... Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, la forme et la dimension des zones tactiles peuvent être quelconques. Il en est de même pour les matériaux constituant respectivement la zone tactile et la zone conductrice pour lesquels le choix sera conditionné entre autres par des considérations de conductivité électrique, d'esthétique et de faisabilité. Par ailleurs, on peut envisager d'autres structures de circuit de commande de triac que le circuit SLB 0587 décrit ci-dessus. En outre, la présente invention peut aussi être mise en oeuvre pour la commande de l'alimentation d'équipements électriques autres que des équipements d'éclairage, par exemple pour la commande de petits moteurs électriques. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande tactile, pour commander l'alimentation d'un équipement électrique (2), notamment un équipement d'éclairage, à partir d'une source de tension alternative monophasée (V), comprenant une commande de phase pour appliquer une fraction réglable de chaque demi-cycle de la source de tension alternative (V) sur ledit équipement électrique (2), cette commande de phase dépendant d'une détection de courant de fuite (If) entre une zone tactile (20) située à proximité d'une zone électriquement conductrice (27) ou elle-même électriquement conductrice et une référence de neutre (N) associée à ladite source de tension (V) lorsqu'un utilisateur met en contact une partie (32, 30) de son corps avec ladite zone tactile électriquement conductrice (20), caractérisé en ce que la détection de courant de fuite (If) comprend un traitement en amont d'un signal de courant de fuite prélevé en un point de ladite zone électriquement conductrice (27), pour discriminer tout signal non tactile, notamment tout signal induit sur ladite zone électriquement conductrice (27) par des perturbations extérieures. 2. Procédé de commande tactile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un traitement amont de la tension alternative monophasée de source (V) pour limiter toute surtension susceptible d'induire des commandes de phase intempestives. 3. Procédé de commande tactile selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un accroissement de l'intensité du courant de fuite transitant via la zone tactile (20) et la zone électriquement conductrice (27). 4. Procédé de commande tactile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le traitement du signal de courant de fuite est adapté pour procurer une détection de commande tactile dans une large gamme d'impédance de fuite (31). 5. Dispositif (10) pour commander en mode tactile l'alimentation d'un équipement électrique (2), notamment un équipement d'éclairage, à partir d'une source de tension alternative monophasée (V), comprenant: - des moyens interrupteurs bidirectionnels commandés (15) pour générer des fractions réglables de demi-cycles de tension d'alimentation à partir de la source de tension alternative monophasée (V), - des moyens (100) pour commander en phase lesdits moyens interrupteurs bidirectionnels (15), notamment à partir d'un signal de courant de fuite (If) entre une zone tactile (20) située à proximité d'une zone électriquement conductrice (27) et une référence de neutre (N) associée à ladite source de tension alternative monophasée (V), ce courant de fuite (If) étant généré lorsqu'un utilisateur met en contact une partie (32, 30) de son corps avec ladite zone tactile (20), ce dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (FR) pour traiter ledit signal de courant de courant prélevé sur la zone électriquement conductrice (27) de façon à discriminer tout signal induit sur ladite zone conductrice (20) par des perturbations extérieures. 6. Dispositif (10) de commande tactile selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de traitement (FR) du signal de courant de fuite sont agencés pour procurer une détection de courant de fuite lorsque l'impédance de fuite (Zf) associée au contact de commande est de module très élevé. 7. Dispositif de commande tactile (10) selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens (FR) de traitement du signal de courant de fuite sont en outre agencés pour procurer une détection de courant de fuite lorsque l'impédance de fuite (Zf) associée au contact de commande est de module très bas. 8. Dispositif de commande tactile (10) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens (FR) de traitement du signal de courant de fuite sont en outre agencés pour accroître l'intensité du courant de fuite (If) 9. Dispositif de commande tactile selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (FC; 162) pour traiter la tension alternative monophasée (V) en amont des moyens de commande de phase (100) de sorte que lesdits moyens de commande de phase (100) sont sensiblement immunes à toute perturbation conduite en provenance de la source de tension alternative monophasée (V). 10. Dispositif de commande tactile (10) selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, comprenant en outre des moyens (VS) pour alimenter à partir de la tension alternative monophasée (V) les moyens de commande de phase (100) et des moyens (17) pour réguler la tension d'alimentation générée par lesdits moyens d'alimentation (VS), caractérisé en ce que ces moyens de régulation sont surdimensionnés en courant par rapport au dimensionnement nominal préconisé pour lesdits moyens de commande de phase pour un fonctionnement en commande sensitive. 11. Dispositif de commande tactile (10) selon la revendication 10, dont les moyens d'alimentation (VS) comprennent au moins un composant redresseur et un composant capacitif (19), caractérisé en ce qu il comprend en outre un composant résistif (18) disposé en amont des moyens de commande de phase entre la ligne de phase (Ph) et les moyens d'alimentation (VS) pour décharger ledit composant capacitif (19). 12. Application du dispositif de commande tactile selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, à la commande d'un lampadaire comprenant une structure tubulaire (24), caractérisée en ce que la zone tactile (20) couvre en totalité ou partiellement la face extérieure de ladite structure tubulaire (24). 13. Application du dispositif de commande tactile selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, caractérisé en ce que la zone tactile (20) est réalisée en bois. 14. Application du dispositif de commande tactile selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, à la commande d'un moteur électrique monophasé.