Brevet FR2770942A1 — publié le 19990514

La présente invention concerne un procédé et dispositif de variation (réduction) de puissance avec ou sans courant contrôlable ou variateur d'intensité sur le secteur ou à la sortie d'un transformateur en contrôlant l'angle de la NON conduction ( en synchronisme avec le secteur) La plupart des variateurs de tension connus à ce jour procède par la détection du passage à zéro de la tension en association avec un interrupteur du type TRISOC ou THYRISTOR. L'angle de la commande de la conduction est entre le zéro et 18() degré après le passage à zéro de la tension le déphasage détermine la tension disponible aux bornes de la charge. (déphasage zéro = tension maxi.) I'arrêt de la conduction s'tablit à la tension zro Les variateurs de courant consiste souvent dz mettre une self en série et varier l'inductance en faisant circuler du courant continu dans le circuit magnétique celle-ci est lourd et coûteux et ne perrnet pas un courant zéro. Ces dispositifs du fait de leur conduction a une tension plus ou moins élevée et l'arret à zéro génère un courant assez élevé. et ne petit arrêter la conduction avant la tension zéro Ces dispositifs malgré une utilisation de plus de trois décennies présentent plusieurs inconvénients, par exemple ne peut dispenser un courant constant en variant la charge génère des perturbations des parasites et présente certaine difficulté avec la conformité C.E.M. nécessitant un circuit selfique important pour atténuer les parasites et l'incapacité à accepter des charges à composantes capacitives ou accumulateur d'énergie du type condensateur électrochimique ou batterie a recharger sans une self conséquente. Pour ce qui concerne la limitation du courant lors de la mise sous tension Le brevet No. F.R.2742013 97 en opérant deux intérrupteurs successifs il est moins éfficace et plus coûteux en énergie et son prix est plus élevé à la production. Le dispositif selon l'invention vise à remédier aux inconvénients cités ci-dessus en proposant un procédé et dispositif simple et économique de contr & le et de variation de tension et d'intensité dont la conduction est opérée à zéro de tension et l'angle de non conduction est contrôlée par rapport du zéro de tension Le dispositif selon l'invention comprend au moins un élément de détection de passage à zéro un interrupteur et un élément. de temporisation Le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait que l'établissement de la conduction est établit pendant le zéro de tension et l'arrêt de la conduction à une tension et/ou à un courant voulu. compris entre zéro et le maximum de tension. ou courant voir Fig.(2b P.L. 1/2 ) les pointillés représentent la tension d'entrée et le tracé noir démontre la tension de sortie la (Fig.2c.P.L. 1) démontre le courant en entrée et en sorti c sur une charge résistive en l'absence de la capacité (24) ( à l'inverse qui se fait habituellement à ce jour). Le dispositif selon l'invention, du fait qu'il procède la commutation en établissant la conduction au voisinage de zéro et l'arrêt de la conduction à une tension ou un courant défini,ce procédé, engendre très peu des parasites., en outre il accepte des charges de nature résistives, capacitives ou du type accumulateur d'énergie. et pennet la disjonction et/ou la diminution de la tension de sortie dans le cas de surcharge, du court-circuit ou diminution de la résistance de sortie IJne réalisation possible de l'invention est décrite ei-dessous: elle comprend un pont redresseur (1). un transistor MOS (2). pour la commutation un circuit d'alimentation, complerlallt la résistance (3a) la diode (4), la Zenner (5), un électrochimique (6) ,la détection de passage à zéro comprend le "trigger" de Selunitt (7) les résistances (3a-3b ). A la sortie du "trigger" (7) (voir point A (Fig. 2.a P I,.1) on obtient des signaux rectangulaires dont les fronts positifs correspondent au zéro de tension. L'établissement de la tension devant la diode (9) déclenche les "triggers" (13 et 14) et sature le transistor (2) à travers de la résistance (1 5).et la capacité'(l()) La durée de la décharge de la capacité (1 O) détermine la tension et/ou le courant de sortie, la résistance (1 lb) à pour rôle de compenser la variation de la tension d'ventrée et de rendre négligeable l'eflèt de la capacité (10) pendant les premiere instants de la commutation , résistance (11c) protège la sortie du trigger (7) la résistance variable (1 la) dèteimine la durée de la décharge de la capacite (] O) on obtient ainsi une variation de tension à la sortie (S1-S2) en variant la résistance (11 a). Celle-ci peut être remplacée ou secondée par un élément actif (exemple phototransistors photorésistance (pour contrôler une luminosité ambiante ) coupleur optique (pour contrôler la régularité de la tension ou le courant de sortie.) ou tout autres éléments agissant d'une façon dynamique). Le transistor (2) MOS peut être remplacé par un Darlington, un GTO ou tout autre élément faisant une fonction similaire (par exemple un relais statique MOS bidirectionnel. Dans ce cas le pont (1) peut devenir supertlu pour les sorties alternatives ..La détection de zéro et la commutation peuvent être realiser avec des circuits du commerce, exemple: comparateurs ampli OP porte logique etc. L'adaptation de l'alimentation et le choix de la qualité et des valeurs des composants dépendent de l'application voulu ils sont à la portée de l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. Une autre caractéristique de l'invention est de pouvour réguler la tension de sortie malgré la variation de la charge et/ou de la tension d'entrée (E1-E2) il est nécessaire pour cela d'insérer un circuit de détection de tension entre les bornes( S1 S2 ) cet élément peut être réaliser avec un coupleur optique aux bornes de la charge. Ce circuit peut comprendre la diode (21). la rsistance (22), la résistance variable (2.3) et une capacité (24). On obtient ainsi une tension régulée aux bornes de la charge (S 2) quelque soit la valeur de la charge et/ou la valeur de la tension d'entrée (E1-E2). la décharge de la capacité (10) peut se faire de plusieurs t'maçon l )par temporisation fixe ou variable 2)par la tension d'entrée et/ou sortie la tension de sortie 3) par le courant du circuit 4) par une décharge programmée (exemple décharge très courte l'ors de la mise sous tension et puis de plus en plus longue. La figure (3 P.L. 1) représente une autre variante possible du dispositif selon l'invention caractérisé par le fait qu'il comprend un limiteur de courant. Il est réalisé à partir du dispositif déjà décrit ci-dessus ( voir Fig. 1 P.LI) en insérant une résistance (16), un transistor (17 a) et une résistance variable (lE). La tension prélevée aux bornes d'un élément quantifiant le courant matérialisé par la résistance (16), (de très faible valeur de l'ordre 0,2 à 2,2 Ohms qui peut être remplacer par une impédance ou un transformateur de courant) ,est amplifiée par le transistor (17a) décharge la capacité (10). La valeur de la résistance variable (18) en association avec la résistance (16) déterminent la limitation du courant de sortie (S 1-S2). De ce fait le dispositif peut disjoncter immédiatement, dans un délai qui peut être inférieure à 1 micro-seconde, après une surcharge. dans le cas d'application avec une charge à forte intensité C.C.,la self (31) et la diode (32 ) sont utiles pour atténué le courant de pointe. La figure 4 représente une autre variante possible du dispositif selon l'invention ,caracterisé ,par le fait qu'il peut varier ,contrôler et/ou limiter le courant de sortie. Il est réalisé à partir du dispositif déjà présenté ( Fig. 3 P.L. 1/3) et en intégrant la tension générée aux bornes de la résistance (16) I'intégration est réalisé avec la capacité (20) et la résistance (19) .De ce fait le dispositif peut varier la tension en fonction de la valeur de la charge présente à la sortie ( S1-S2). de ce fait on peut réguler le courant malgré la variation de la charge et/ou la tension d'entrée Dans le cas de charge type accumulateur d'énergie la diode (21) est nécessaire.. Le dispositif selon l'invention peut également écrété les surtensions qui peuvent surgir du secteur, en arretant la conduction du transistor (2) en effet la surtension qui peut surgir du secteur se trouvera aux bornes de la diode (33) celle-ci saturera le transistor (17a) cette saturation se détermine par rapport des valeurs entre les résistances (31 32) voir figure (4) ,en variant la résistance (3 i) on peut varier également la tension de sortie. Les dispositifs décrits ci-dessus supposent une charge nécessitant ou acceptant du courant continu. d'une part et disposant de deux fils dentée et deux fils de sortie .d'autre part. Pour les charges nécessitant obligatoirement un courant alternatif et ne disposant que de deux fils (c'est-à-dire que la charge est en série avec l'alimentation ) il est nécessaire pour cela de shunter la sortie (S1-S2), et d'insérer la charge avant la borne d'entrée (El ou E2) et de retarder la transmission du signal de détection du zéro. La figure (5 P.L.3/3) représente un exemple de réalisation possible de l'invention..L'insertion de la résistance (26) et de la capacité (27) et les trigger (35 36) pennettent de réaliser un retard du signal de la détection de zéro, on peut limiber la détection du zéro pendant la durée de la conduction avec la diode (30) .On peut ainsi disposé la charge entre l'alimentation et le dispositif en série Le dispositif selon l'invention permet la variation de la tension sinusoïdal d'une façon symétrique indifféremment de la nature de la charge résistive et associée à une impédance capacitive ou selfique. Dans le cas ou on peut diposer plus que de deux conducteurs (voir Fig.6 P.L. 2) la détection du zéro ainsi que l'alimentation interne sont prélevé avant la charge ,de ce fait les circuits du retard et de l'hinibition seront superflus La figure.( 7 P.L.3/3) représente une variante très simple et économique de l'invention elle comprend le pont redresseur (38) le transistor (39) la zenner (40) la capacité (41) la diode (42) les rsi.st.mces (43 44 45 46 47 ) la capacité (49) et le transistor (50)..Le fonctionnement est le transistor (39) conduit à faible tension et se bloque au -de-là d'une tension plus élevé qui peut saturer le transistor (50) à travers les résistances (45 46 ) et la résist,ce (44) Le dispositif selon l'invention peut trouver un champ d'application dans de nombreuses domaines il peut se substituer avantageusement aux TRIAC et. Thyristors self induction dans des nombreuses applications, telles que la variation de lumière à charge résistive, selfique, et/ou capacitive ( type lampe incandescent, halogène tube à décharge à alimentation classique et/ou électronique).. Il peut également servir dans les alimentations en courant continu régulé en tension ou en courant, les systèmes de recharge d'acculllulateurs d'énergie nécéssitant une tersion régulée ou un courant régulé (exemple chargeur de batterie etc.), alimentation des LED directement sur le secteur, variateur de vitesse pour des moteurs à courant continu, ou alternatif, dans les installations de la variation et/ou graduations de lumière, graduations des enseignes lumineuses, interface entre le secteur et les alimentations électroniques, en effet il peut les protéger contre la surcharge des éléments dont la résistance ou l'impédance sont d'une va leur très faible lors de la mise sous tension et la surtension qui peut surgir en cours d'utilisation., il peut également servir le démarrage progressif des moteurs alternatifs mono et/:ou triphasé. .En effet, du fait qu'il permet d'agir indifféremment sur la tension et/ou le courant, il atténue d'une façon substantielle le courant de pointe lors de la mise en marche par exemple des postes de télévisions des plaques et/ou four à induction etc. Il peut se substituer aux relais électromécaniques pour certaines applications, par exemple les moteurs munis d'une capacité de déphasage. alimentation en basse tension des moteurs, des lampes etc;) Le dispositif selon l'invention permet en oûtre d'être indifférent à la tension d'entrée (tant que la tension désirée en sortie reste inférieure à celle présentée en entrée). Un des nombreux usages possibles est son adaptation automatique à la tension d'entrée 240.V.A.C ou 110 V. A.C. selon le pays d'utilisation.(sans intervention de l'utilisateur.) Le dispositif selon l'invention peut également servir de disjoncteur contre la surcharge etlou court-circuit, lors d'une surcharge etíou court-circuit il établira son courant nominale à chaque demi période à une tension très proche du zéro pendant une durée très courte, la connection se rétablira immédiatement après la disparition de la surcharge. Le dipositif selon l'invention peut servir d'interface pour varier, interrompre et rétablir le circuit d'une façon autonome ou non. il peut également servir d'interface pour le démarrage des moteurs C.A. monophasé et triphasé, sa conception peut délivré un courant constant quelque soit la résistance, ou l'impédance de la charge. il peut également étalé dans le temps la puissance de sortie d'une façon programmée il peut également se substituer aux transformateurs variac pour certaines applications, il peut remplacé avantageusement les régulateurs de tension ou de courant classique à la sortie d'un transformateur exemple: (LM317) avec beaucoup moins de pertes thermiques mais avec un peu plus de résidu alternatif. REVENDICATIONS 1) Dispositif de variation de tension connecté sur une alimentation alternative comprenant au moins un intermpteur. un détecteur du passage à zéro, un élément de temporisation caractérisé par le fait que la conduction de l'interrupteur (saturation) est actionné pendant le passage à zéro eL la non conduction (blocage) est actionné après une temporisation déterminée fixe ou variablc 2) Dispositif,selon la revendication l,caractérisé par le fait que l'interrupteur est conducteur à faible tension ct sc bloque au-de-là d'une tension plus élévée 3) Dispositif de variation de courant connecté sur une alimentation alternative comprenant au moins un intermpteur, un élément de détection du passage à zéro. caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un élément quantifiant le courant (16) la conduction étant actionnée pendant le passage à zéro et la non conduction est actionnée à partir d'un certain courant( voir Fig.3 P.L. i) transistor (17a) et les résistances-( 16 18) avec ou sans temporisation 4) Dispositif de variation de tension et/ou du courant selon les revendications 1 et 3 caractérisé par le fait , que l'interrupteur bidirectionnelle est matérialisé pat un pont redresseur(1) et un transistor (2) , le détecteur du passage à zéro est matérialisé par un trigger (7),des résistances (3a 3b)et une diode(4). la temporisation est matérialisée par une capacité (10) une diode (9) et des résistances (i la-i lb-l lc) 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédente caractérisé par le fait que la charge branchée à ces bornes accépte et/ou nécéssite une tension continue 6 ) Dispositif, selon l'une des revendieationsi,3,4,5 caractérisé par le fait que la charge est disposée en serie entre l'alimentation et le dispositif voir(Fig.5 P.L2) 7 ) Dispositif selon les revendications 1,3 et 5 caractérisé par le fait que la charge est en série avec le dispositif et que la détection du zéro et l'alimentation du dispositif sont connecté avant la charge (voir Fit.6 P.L.2.) 8) Dispositif, selon l'une quelconque des revendications précédentes carcactérisé par le fait que la charge nécéssite une tension inférieure à la tension du réseau. (alimentation) 9) Dispositif, selon l'une quelconque des revendications précédentes caréctérisé par le fait qu'il limite la puissance sur une charge dont la résistance ou 1' impédance sont d'une valeur très faible lors de la mise sous tension et ensuite s'accroît progressivement jusqu'à ce qu'elle atteint la valeur de fonctionnement normale. 10) Dispositif, selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que la charge est un moteur,un transformateur C.A. ou un moteur C.C. ou une alimentation électronique 11) Dispositif, selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il est utilisé en tant qu'une interface entre le secteur et la charge pour réduire et/ou régulé, contrôlé et varier, interrompre et rétablir le circuit d'une façon autonome ou non.