Brevet FR2749450A1 — publié le 19971205

Dispositif d'alimentation électronique pour film à cristaux liquides L'invention se rapporte à un dispositif d'alimentation électronique pour films à cristaux liquides produisant une tension de sortie quasi-sinusoïdale de 110 volts synchrone et asservie à la tension d'entrée alternative sinusoïdale d'un réseau secteur 230 volts, la commande de démarrage de cette tension de sortie est déclenchée simultanément au zéro d'une des alternances du dit r é s e a u s e c t e u r. Les alimentations de films de types connus à cristaux liquides délivrent pour la majeur partie d'entre elles une tension alternative. Cette tension engendre une réaction connue ayant pour effet la modification de l'état naturel des cristaux engendrant soit une opacité soit une transparence des dits films. Ces films à cristaux liquides sont souvent montés en vitrage et employés dans des applications de séparation d'espace pour le bâtiment; ainsi le vitrage est opaque sans alimentation et devient transparent lorsqu'il est alimenté. Nous appellerons pour simplifier par la suite film LCD, le film à cristaux liquides. Les caractéristiques de la tension alimentant ces films LCD sont fixées par la nature du cristal employé. De fait, les variations d'amplitude, de fréquence, ou de démarrage au zéro de l'alternance sont eux-memes fixés pour chaque nature et technologie de cristal. La majeur partie des films LCD de type connus peuvent être alimentés par un signal alternatif sinusoïdale de valeur efficace maximum 110 volts et de fréquence 50 hertz. Il est très souvent impératif de respecter la valeur efficace de l'alimentation sous peine de détruire le film LCD. Ces films LCD sont capacitifs et doivent en général être impérativement alimentés par un signal démarrant au zéro de l'alternance et déchargés jusqu'à zéro volts à l'arrêt de l'alimentation. Cette valeur efficace de 110 volts nécessite sur la plupart des réseaux d'alimentation européens, fixés à 230 volts, l'utilisation d'un transformateur pour abaisser la tension, afin d'utiliser les tensions secteurs pour 1 alimentation des dits films. Ces transformateurs de types connus sont constitués par une bobine d'entrée et une bobine de sortie reliées par un cadre ferromagnétique. Ces transformateurs sont bien sûr fonctionnels mais revendiquent en contre partie de nombreux désavantages notamment sur le plan du rapport poids/puissance, de l'encombrement, de la consommation à vide, du rendement de conversion, du déphasage entre la tension d'entrée et la tension de sortie . En effet, ces transformateurs lourds et encombrants sont parfois difficiles à installer, ceci est lié à leur technologie somme toute archaïque. La consommation à vide est pénalisante car inutile, elle peut représenter la consommation d'une surface de film LCD d'un mètre carré. Le rendement de conversion n'atteint dans le meilleur des cas que 90%. Le déphasage engendré par un transformateur à bobine est très gênant si on désire visualiser, à travers le film LCD, I'image vidéo provenant d'un poste de télévision connecté au secteur car dans ce cas le déphasage est matérialisé par une barre noire sur 1' écran En outre ces transformateurs doivent être équipés d'un système de démarrage au zéro de leur alternance secondaire pour ne pas engendrer la destruction du film LCD et d'un système de décharge de l'énergie capacitive ainsi emmagasinée. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif d'alimentation électronique compact et léger délivrant une tension de sortie asservie par la tension du réseau secteur 230 volts, possédant un rendement de conversion de 99%, une consommation à vide très faible, une synchronisation au signal du réseau, un démarrage au zéro de l'alternance, un système automatique de décharge ainsi qu'une protection pour la limitation de tension de sortie du film LCD fixée à 110 volts. Selon la figure 1 et sur une période 0 à T, le dispositif d'alimentation électronique pour film à cristaux liquides est caractérisé, sur un réseau secteur alternatif sinusoïdale Ev4(t) et par rapport à une tension de référence Vref définie, en ce qu il produit un signal Cv4(t) asservi par les signaux Ev4(t) et S2(t) et défini par Cv4(t)=Ev4(t)-S2(t) avec S2(t)=0 pour toute valeur de Ev4(t) inférieure à Vref et avec S2(t)=Ev4(t)-Vref pour toute valeur de Ev4(t) supérieure ou égale à Vref. Sur la période 0 à T de l'axe des temps sont représentés les repères tl, t2, t3, t4 correspondant à la valeur Vref définie à 110 volts sur l'axe des tensions. Pendant le temps 0 à tl, t2 à t3 et t4 à T: le signal Cv4(t)=Ev4(t)-S2(t) avec S2(t)=0 donc la résultante Cv4(t) est identique au signal secteur Ev4(t). Pendant le temps tl à t2 et t3 à t4: le signal Cv4(t)=Ev4(t)-S2(t) avec S2(t)=Ev4(t)-Vref donc la résultante Cv4(t)=Ev4(t)-(Ev4(t)-Vref) soit Cv4(t)=Vref le signal Cv4(t) possède donc une valeur constante égale à Vref, soit 110 volts, sur ces intervalles temporels. Pour ce faire et selon la figure 2, I'étage (1) délivrant le signal secteur Ev4(t) traverse le fusible Fl pour être antiparasité par le condensateur C1 avant d'être envoyé vers différents étages principaux constitutifs du dispositif selon l'invention qui sont: I'étage (2) réalisant une synchronisation sur le signal secteur Ev4(t); I'étage (3) réalisant la conversion pour engendrer le signal Cv4(t); l'étage (4) réalisant la connexion du signal Cv4(t) au signal de sortie Cv5(t) sur un zéro du signal secteur Ev4(t) engendrée par l'interrupteur de commande formant l'étage (5); l'étage (6) produisant le filtrage et la décharge du film LCD. Selon la figure 3 l'étage (2) est constitué par un recueil directe de la tension secteur effectué par les résistances de chute de courant RI et R2, pour alimenter le pont redresseur PT 1 qui délivre le signal redressé double alternance Avl(t), figure 4, à l'entrée (1, 2) de l'optocoupleur OC l et aux bornes de la résistance variable R3. Le signal Avl(t) est de fait parfaitement synchrone au signal secteur Ev4(t). L'ajustement de la valeur de la résistance variable R3 permet de fixer l'amplitude maximum du signal Av l (t) et par conséquent de fixer le point de polarisation de la sortie transistorisée (4, 6) de l'optocoupleur OC 1, cet état est en outre directement proportionnel à la valeur du signal Avl(t) et donc du signal secteur Ev4(t). Soit Avl(t)=nl.Ev4(t), avec nl représentant le coefficient d'atténuation induit par résistances Rt, R2, et R3. Selon la figure 3, I'étage (3) utilise une alternance du signal secteur Ev4(t) par l'intermédiaire de la diode Dl, de la résistance de chute de courant R4 et du pont redresseur PT2 pour former une tension de 12 volts, Bv2(t) en figure 4, régulée par la diode zener D3 et filtrée par le condensateur de filtrage C2. Le signal Bv2(t) alimente au travers de la résistance R5 la grille (G) du transistor Ti, la diode D2 et le condensateur C3 réalisant une protection de la dite grille, ainsi que la sortie (4, 6) de l'optocoupleur OCt, pour ainsi transmettre la valeur de 12 volts vers le signal Bv3(t). La technologie NMOS spécifique du transistor Tt engendre, entre son drain (D) et sa source (S), une résistance spécifique appelée Rds dont la valeur est inversement proportionnelle à la valeur de la tension Bv3(t) entre la grille (G) et la source (S). De fait, quand la tension Bv3(t) est de l'ordre de 12 volts, la résistance Rds et proche de 0 ohm ce qui correspond à un interrupteur fermé entre (D) et (S); au contraire, plus la tension Bv3(t) s'affaiblit et plus la résistance Rds augmente. Le réglage de R3 fixé permet à la sortie transistorisée (4. 6) de OC t de rester bloquée pendant les temps 0 à tl, t2 à t3 et t4 à T. De fait, la tension Bv3(t) de Tl est de l'ordre de 12 volts et engendre donc un interrupteur fermé entre (D) et (S) pendant ces intervalles de temps. Le réglage de R3 fixé permet également à la sortie transistorisée (4, 6) de OC t d'entrer en conduction pour les intervalles de temps tl à t2 et t3 à t4. L'état de saturation de la dite sortie est directement proportionnel à la valeur du signal Avl(t), et engendre donc une diminution proportionnelle à ce signal de la valeur 12 volts issus du signal Bv2(t) pour former le signal Bv3(t). Par conséquent, Bv3(t)=Bv2(t) (n2.Avl(t)) avec n2 représentant le coefficient de transmission induit par l'optocoupleur OC1. De fait, la valeur de la résistance Rds sur les intervalles tl à t2 et t3 à t4 varie proportionnellement à la valeur du signal Avl(t) et donc du signal secteur Ev4(t). Le drain (D) et la source (S) du transistor T l sont respectivement connectés à la borne positive (+) et à la borne négative (-) du pont redresseur PT2. Le pont redresseur PT2 est, dans ce montage, utilisé en interrupteur bidirectionnel, c' est à dire que la création d'un circuit fermé entre sa borne positive (+) et sa borne négative (-) engendre vis à vis de ses bornes alternatives un interrupteur fermé dont le schéma équivalent peut être représenté par deux diodes têtes beches; au contraire, la création d'un circuit ouvert entre sa borne positive (+) et sa borne négative (-) engendre vis à vis de ses bornes alternatives un interrupteur ouvert. Une des bornes alternative du pont redresseur PT2 est connectée à la ligne secteur E, tandis que l'autre est connectée à la sortie C du dispositif selon l'invention. Pendant les temps 0 à tl, t2 à t3 et t4 à T, le transistor T I forme un interrupteur fermé (Rds = 0) entre son drain (D) et sa source (S) qui engendre pour les bornes alternatives du pont redresseur PT2 un interrupteur fermé et donc pour la tension Cv4(t), figure 4, une parfaite similitude avec le signal secteur Ev4(t). Pendant les temps tl à t2 et t3 à t4, la valeur de la résistance Rds de T1, disposée entre les bornes (+) et (-) du pont redresseur PT2, varie proportionnellement à la valeur du signal Av l (t) et du signal secteur Ev4(t). Cette variation synchrone au signal secteur Ev4(t) engendre une diminution de ce meme signal proportionnelle à la valeur du signal Avl(t) et donc proportionnelle à la valeur du signal secteur Ev4(t). Cet effet permet de créer, entre les lignes C et v4, le signal Cv4(t) asservit par le signal secteur Ev4(t) et possédant sur les intervalles tt à t2 et t3 à t4 une valeur constante égale à Vref fixé par la résistance variable R3. La résistance R6 et le condensateur C4 connectés en parallèle sur Cv4(t) permettent d'améliorer la forme de ce signal tandis que la varistance VRt et le fusible F1 forment les éléments de sécurité limitant la tension Cv4(t) à 110 volts. En cas de problème de surtension, la varistance VR 1 se met en court-circuit et déclenche le fusible Fl disposé en série et en amont sur la ligne secteur v4. Selon la figure 3, l'étage (4) permet d'engendrer le signal Cv5(t) par sa connexion au signal Cv4(t) réalisée par le triac T2 connecté à la ligne secteur v4 pour former un interrupteur série, entre la ligne v4 et la ligne v5, et commandé, via la résistance R8, par la sortie (4, 6) de l'optocoupleur OC2. L'optocoupleur OC2 possède un système interne de démarrage au zéro d'une alternance. Selon la figure 3, l'étage (5) réalise l'interrupteur de commande I1 de l'étage (4). L'interrupteur Il connecte au signal secteur Ev4(t) le condensateur C6 en parallèle à la résistance R9 constituant une source de courant redressée par le pont redresseur PT3 et filtrée par le condensateur C 7 pour créer la tension Dv6(t), figure 4, servant à alimenter en série le relais Re 1, muni d'une diode D4 de roue libre, et l'entrée (t, 2) de l'opotocoupleur OC2. Lorsque l'interrupteur Il se ferme, I'optocoupleur OC2 commande le triac T2 qui connecte le signal Cv4(t) au signal de sortie Cv5(t) sur un zéro d'une alternance du signal secteur Ev4(t). Selon la figure 3, l'étage (6) le condensateur C5 sert à filtrer et à maintenir le signal de sortie CvS(t) lors d'un fonctionnement à vide. La bobine du relais Rel est excitée par la fermeture de l'interrupteur Il pour déconnecter la résistance R7 de décharge du film LCD. A l'inverse, quand l'interrupteur I1 est ouvert, le relais Re 1 connecte la résistance R7 pour décharger le film LC D de l'énergie emmagasinée et ainsi empêcher sa destruction. La figure 4 citée précédemment décrit les chronogrammes des différents signaux repérés sur la figure 3. La succession des différents étages (t, 2, 3, 4, 5, 6) engendre une synchronisation des signaux alternatifs Avl(t), Bv3(t), Cv4(t) et Cv5(t) sur le signal secteur Ev4(t) que ce soit à l'instant de commande par l'interrupteur I1 ou pendant le fonctionnement continu du dispositif. Le rendement du dispositif selon l'invention est de l'ordre de 99 % car la puissance de sortie est directement issue du réseau secteur. A puissance équivalente, le poids et la compacité du dispositif selon l'invention sont de loin bien meilleurs que tous les types de transformateurs classiques. Les éléments représentés en figure 3 ont les valeurs qui suivent. R1 47 KH W R2 47 KH W R3 10 KH ajust 10 T R4 39 KH W R5 100 KH 1/4 W R6 1 MH W R7 2.2 KH 5 W R8 180 H W R9 1 MH W C1 1 ,uF 400 V C2 22 F 25 V C3 5.6 nF 56 V C4 1 pF 400 V C5 100 nF 400 V C6 470 nF 400 V C7 22 pF 50 V Dl 1N4004 D2 1N4148 D3 BZX 55 C 12 V PTI B380 C1500 PT2 B380 C5000 PT3 B380 C1500 OC1 4 N 25 OC2 MOC 3041 T 1 IRFP 450FI T2 BTA 08 400B Rel JW1FSN12V F1 3.15 A 250 V VR1 1305 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation électronique pour film à cristaux liquides caractérisé sur un réseau secteur alternatif sinusoïdale Ev4(t) et par rapport à une tension de référence Vref définie, en ce qu'il produit un signal Cv4(t) asservi par les signaux Ev4(t) et S2(t) et défini par Cv4(t)=Ev4(t)-S2(t) avec S2(t)=0 pour toute valeur de Ev4(t) inférieure à Vref et avec S2(t)=Ev4(t)-Vref pour toute valeur de Ev4(t) supérieure ou égale à Vref. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le pont redresseur PT2 connecte une borne alternative à la ligne secteur E, son autre borne alternative délivrant la ligne C pour former avec la ligne secteur v4 le signal Cv4(t), également caractérisé en ce qu'il connecte respectivement sa borne positive (+) et sa borne négative (-) au drain D et à la source S du transistor T1 de type NMOS formant ensembles un interrupteur bidirectionnel résistif en série du signal secteur Ev4(t) dont la valeur de résistance est inversement proportionnelle au signal Bv3(t) lui-même caractérisé en ce qu'il est fonction du signal secteur Ev4(t). 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le signal Bv3(t) est défini par la relation Bv3(t)=Bv2(t)-(n2.Avl(t)) avec n2 représentant le coefficient de transmission de l'optocoupleur Oct également caractérisé en ce que le signal Bv2(t) est un signal stabilisé de valeur constante, et que le signal Avl(t) est défini par Avl(t)=nl.Ev4(t) avec nl représentant le coefficient d'atténuation induit par les résistances Rl, R2 et R3. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le signal Bv2(t) est issu d'une alternance du signal secteur Ev4(t) atténuée par la résistance de chute de courant R4 puis redressée par la diode Dl et le pont redresseur PT2, pour former une tension de 12 volts, régulée par la diode zener D3 et filtrée par le condensateur C2; en outre caractérisé en ce que le signal Avl(t) est issu de la tension du signal secteur Ev4(t) atténué par les résistances Rl et R2 puis redressé en double alternance par le pont redresseur PT t pour être appliqué à la résistance R3 et alimenter l'entrée (1, 2) de l'optocoupleur OC l. 5. Dispositif suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'interrupteur I1 commande la résistance R9 en parallèle au condensateur C6 pour réaliser un générateur de courant redressé par le pont redresseur PT3 et filtré par le condensateur C7 pour exciter la bobine du relais Rel équipée d'une diode de roue libre D4 et alimenter l'entrée (t, 2) de 1' optocoupleur OC2 et pour ainsi déclencher sur un zéro de l'alternance du signal secteur Ev4(t), via la résistance R8 et le triac T2, la connexion du signal Cv4(t) au signal Cv5(t) réalisant le signal de sortie du dispositif. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la bobine du relais Rel engendre, en état repos, la connexion de la résistance de décharge R7 sur le signal de sortie CvS(t) et engendre, lors d'une excitation, la déconnexion de la résistance de décharge R7 du signal de sortie Cv5(t). 7. Dispositif suivant l'une des quelconques revendications caractérisé en ce que le fusible Fl est connecté en série et en amont de la ligne v4 et que la varistance VR 1 est disposée en parallèle sur le signal Cv4(t) afin d'assurer une protection de la valeur du signal Cv4(t). 8. Dispositif suivant l'une des quelconques revendications, caractérisé en ce que le condensateur C I forme un antiparasitage du signal secteur Ev4(t) ainsi que le condensateur C4 associé à la résistance R6 améliorent la forme du signal Cv4(t), de même que le condensateur C5 filtre et maintien le signal Cv5(t) lors d'un fonctionnement à vide.