Brevet FR2782184A1 — publié le 20000211

DISPOSITIF D'ENTREE LOGIQUE A RECUPERATION D'ENERGIE POUR UN AUTOMATISME INDUSTRIEL. L'invention est relative à un dispositif d'entrée logique d'un équipement électronique pour un automatisme industriel comportant un premier étage de détection ayant une pluralité de circuits d'entrées, et un circuit d'acquisition des signaux d'entrées détectés par lesdits circuits d'entrées. La fonction entrée logique mise en oeuvre dans les équipements électroniques pour des automatismes d'installations embarquées, notamment de véhicules de transport ferroviaire, nécessite généralement un courant important dans les entrées logiques. Le problème posé dans les équipements classiques est alors celui de la dissipation thermique dans les résistances de mesure, car une entrée logique sous une tension de 110 Volts par exemple, et un courant d'intensité de 10 mA, dissipera une puissance thermique de 1,1 W. La dissipation thermique globale est bien entendu proportionnelle au nombre d'entrées logiques, et nécessite souvent l'emploi de dispositifs de refroidissement par radiateur ou caloducs pour dissiper la chaleur vers lI'extérieur. L'alimentation électrique de l'équipement s'effectuant à partir d'un réseau de sécurité à batterie d'accumulateurs, il en résulte en plus une perte d'énergie électrique du véhicule. L'objet de l'invention consiste à réaliser un dispositif d'entrée logique à échauffement réduit et à récupération d'énergie électrique. Le dispositif d'entrée logique selon l'invention est caractérisé en ce que - chaque circuit d'entrée du premier étage de détection comporte un premier transformateur ayant un enroulement primaire relié à l'entrée correspondante par l'intermédiaire d'un premier transistor de hachage, et un enroulement secondaire connecté à un circuit de redressement à diode, une première horloge est destinée à envoyer des signaux de commande au premier transistor de hachage, - des moyens de réglage coopèrent avec la première horloge pour l'ajustage de la fréquence des signaux de commande ou du rapport cyclique pour l'adaptation en tension dudit circuit d'entrée, - un détecteur de niveau logique est inséré dans le circuit secondaire du premier transformateur, et se trouve en liaison électrique avec le circuit d'acquisition, - et un deuxième étage de récupération est connecté à une batterie d'alimentation de l'équipement pour restituer l'énergie drainée par l'ensemble des circuits d'entrées du premier étage de détection. s5 La dissipation thermique est ainsi réduite, et il en résulte en plus une économie de l'énergie suite à l'effet de restitution à la batterie. Selon une caractéristique de l'invention, le détecteur de niveau logique est formé par une résistance d'un shunt de mesure ou par un élément optocoupleur, ayant un récepteur délivrant le signal d'entrée vers le circuit d'acquisition. Selon un mode de réalisation préférentiel, le deuxième étage de récupération d'énergie comporte un deuxième transformateur élévateur de tension, doté d'un enroulement primaire en liaison électrique avec le circuit de redressement à diode du premier transformateur, et d'un enroulement secondaire connecté à la batterie au moyen d'un circuit de redressement et de filtrage à diode et condensateur. Un condensateur de filtrage est associé au circuit de redressement à diode de chaque circuit d'entrée en étant inséré dans le circuit secondaire après le détecteur de niveau logique. L'enroulement primaire du deuxième transformateur est relié électriquement en série avec un deuxième transistor de hachage piloté par une deuxième horloge. La deuxième horloge se trouve en opposition de phase avec la première horloge. Selon une autre caractéristique de l'invention, un capteur de tension est associé à l'entrée du deuxième étage de récupération, et coopère avec un circuit de régulation de la deuxième horloge pour régler la fréquence des signaux de découpage appliqués au deuxième transistor. Le deuxième transistor de hachage peut être supprimé dans le circuit primaire du deuxième transformateur si la tension redressée par les circuits d'entrées n'est pas filtrée. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés, dans lesquels: io - la figure 1 est une vue schématique des deux étages du dispositif d'entrée logique selon l'invention, trois des n circuits d'entrées étant représentés à titre d'exemples; - la figure 2 montre le schéma d'une variante de réalisation d'un circuit d'entrée précédant le deuxième étage de récupération; - la figure 3 est une autre variante de la figure 2. Sur la figure 1, un dispositif d'entrée logique 10 d'un équipement électronique pour un système d'automatisme industriel, comporte un premier étage de détection 12 ayant une pluralité de circuits d'entrées CE1, CE2,...CEn, et un deuxième étage de récupération 14 de l'énergie, lequel est raccordé à une batterie 16 ou une autre source à courant continu, ayant un pôle positif +BAT, et un pôle négatif -BAT. Les circuits d'entrées élémentaires CE1, CE2,... CEn du premier étage de détection 12 sont tous identiques entre eux, et sont reliés respectivement aux entrées El, E2, En de l'équipement électronique. Les circuits d'entrées CE1, CE2, CEn sont raccordés d'autre part en parallèle à l'entrée du deuxième étage commun de récupération 14. Par la suite, seul le circuit d'entrée CE1 du premier étage de détection 12 sera décrit en détail. Le circuit d'entrée CE1 comporte un premier transformateur TR1, ayant l'enroulement primaire 18 relié à l'entrée E1 par l'intermédiaire d'un premier transistor de hachage T1. Un condensateur Cl de filtrage est connecté en parallèle aux bornes de l'enroulement primaire 18 en série avec le premier transistor de hachage T1, de manière à assurer le lissage du courant pour conserver une entrée logique du type DC à courant continu. Le premier transistor de hachage T1 est piloté par une première horloge H1 destinée à envoyer des signaux de commande dont la fréquence est ajustable entre 3-500 kHz. L'enroulement secondaire 20 du premier transformateur TR1 est connecté à une diode D1 de redressement et à une résistance de mesure R1 constituant un détecteur de niveau logique DL, destiné à délivrer le signal d'entrée logique SE1 à un circuit d'acquisition 22 de l'équipement. Les signaux d'entrée SE2, SEn des autres circuits d'entrée CE2, CEn sont également appliqués au même circuit d'acquisition 22. A la sortie du circuit secondaire du premier transformateur TR1, un condensateur C2 io de filtrage est connecté en parallèle entre la cathode de la diode D1, et la résistance R1 du shunt de mesure. Le circuit d'entrée CE1 du premier étage de détection 12 travaille en courant constant, car il est dépourvu de circuit de régulation du signal de découpage. La source du premier transistor T1 du type MOS est reliée à cet effet à un potentiel non flottant, constitué par exemple par la masse ou le pôle négatif de la batterie 16. L'entrée E1 est d'autre part adaptive en tension, soit par l'ajustage de la fréquence des signaux de la première horloge H1, soit par le réglage de son rapport cyclique. Le deuxième étage de récupération 14 commun à l'ensemble des circuits d'entrées CE1, CE2, CEn, comprend un deuxième transformateur TR2 élévateur de tension, dont l'enroulement primaire 24 est branché aux bornes du condensateur C2 de filtrage de chaque circuit d'entrées CE1, CE2,... CEn, par l'intermédiaire d'un deuxième transistor de hachage T2. L'enroulement secondaire 26 du transformateur TR2 est connecté à la batterie 16 par l'intermédiaire d'un circuit de redressement et de filtrage, formé par une diode D2 et un condensateur C3 de filtrage. Le deuxième transistor de hachage T2 du type MOS est commandé par une deuxième horloge H2 délivrant des signaux de découpage en opposition de phase avec ceux de la première horloge H1, de manière à provoquer la conduction du deuxième transistor T2 pendant la phase de blocage du premier transistor T1, et réciproquement. Le deuxième étage 14 restitue ainsi vers la batterie 16 l'énergie drainée par l'ensemble des circuits d'entrée CE1, CE2,... CEn du premier étage de détection 12. La mise en série du deuxième étage de récupération 14 avec le premier étage de détection 12 pour assurer la fonction d'entrée logique réduit la dissipation thermique au niveau de l'équipement électronique, et permet une économie de l'énergie suite à sa récupération par le deuxième étage qui la restitue à la batterie 16. Un autre avantage d'un tel agencement est l'adaptation en tension des signaux d'entrées par ajustage du rapport cyclique ou de la fréquence de la première horloge H1. La détection de niveau logique est ainsi effectuée au niveau de chaque circuit d'entrée CE1, CE2,... CEn, sans échauffement et sans dégrader l'énergie consommée dans le dispositif d'entrée logique 10. En référence à la figure 2, la résistance R1 du shunt de mesure constituant le détecteur de niveau logique dans chaque circuit d'entrées CE1, CE2,... CEn, est 0o remplacée par un élément optocoupleur OP1 dont le récepteur renvoie le signal d'entrée SE1 vers le circuit d'acquisition 22. Un capteur de tension V peut être avantageusement branché aux bornes du condensateur C2 pour mesurer la tension appliquée à l'enroulement primaire 24 du deuxième transformateur TR2. Un circuit de régulation 28 de la deuxième horloge H2 est piloté par le capteur de tension V pour i5 régler la fréquence des signaux de découpage appliqués au deuxième transistor de hachage T2 en fonction de la valeur de la tension prélevée aux bornes du condensateur C2 du circuit d'entrée CE1. Sur la figure 3, le deuxième transistor de hachage T2 dans le circuit primaire du deuxième transformateur TR2 peut être supprimé, après enlèvement du condensateur C2 de filtrage dans le circuit d'entrée CE1. La tension redressée par la diode D1 est alors appliquée directement à l'enroulement primaire 24, puis est redressée par la diode D2, et filtrée par le condensateur C3 avant de recharger la batterie 16. Le signal d'entrée SEl est envoyé vers le circuit d'acquisition 22 au moyen de l'optocoupleur OP1 constituant le détecteur de niveau logique, lequel est agencé entre la diode D1 et l'enroulement primaire 24. Il est clair que les diodes de redressement D1 et D2 peuvent être remplacées par des ponts de diodes, et que les transistors MOS de hachage T1, T2 peuvent être remplacées par des éléments semiconducteurs équivalents, notamment des transistors FET. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'entrée logique d'un équipement électronique pour un automatisme industriel comportant un premier étage de détection (12) ayant une pluralité de circuits d'entrées (CE1, CE2,...CEn), et un circuit d'acquisition (22) des signaux d'entrées (SE1, SE2,... SEn) détectés par lesdits circuits d'entrées, caractérisé en ce que: - chaque circuit d'entrée (CE1, CE2,... CEn) du premier étage de détection (12) comporte un premier transformateur (TR1) ayant un enroulement primaire (18) relié à I'entrée (El, E2,... En) correspondante par l'intermédiaire d'un premier transistor de hachage (T1), et un enroulement secondaire (20) connecté à un circuit de redressement à diode (Dl), - une première horloge (H1) est destinée à envoyer des signaux de commande au premier transistor de hachage (T1), - des moyens de réglage coopèrent avec la première horloge (H1) pour l'ajustage de la fréquence des signaux de commande ou du rapport cyclique pour l'adaptation en tension dudit circuit d'entrée, - un détecteur (DL) de niveau logique est inséré dans le circuit secondaire du premier transformateur (TR1), et se trouve en liaison électrique avec le circuit d'acquisition (22), - et un deuxième étage de récupération (14) est connecté à une batterie (16) d'alimentation de l'équipement pour restituer l'énergie drainée par l'ensemble des circuits d'entrées (CE1, CE2,... CEn) du premier étage de détection (12). 2. Dispositif d'entrée logique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur (DL) de niveau logique est formé par une résistance (R1) d'un shunt de mesure. 3. Dispositif d'entrée logique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur (DL) de niveau logique comporte un élément optocoupleur (OP1), ayant un récepteur délivrant le signal d'entrée (SE1, SE2,... SEn) vers le circuit d'acquisition (22). 0o 4. Dispositif d'entrée logique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième étage de récupération (14) d'énergie comporte un deuxième transformateur (TR2) élévateur de tension, doté d'un enroulement primaire (24) en liaison électrique avec le circuit de redressement à diode (D1l) du premier transformateur (TR1), et d'un enroulement secondaire (26) connecté à la batterie (16) s5 au moyen d'un circuit de redressement et de filtrage à diode (D2) et condensateur (C3). 5. Dispositif d'entrée logique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un condensateur de filtrage (C2) est associé au circuit de redressement à diode (D1) de chaque circuit d'entrée (CE1, CE2,...Cn) en étant inséré dans le circuit secondaire après le détecteur (DL) de niveau logique. 6. Dispositif d'entrée logique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'enroulement primaire (24) du deuxième transformateur (TR2) est relié électriquement en série avec un deuxième transistor de hachage (T2) piloté par une deuxième horloge (H2). 7. Dispositif d'entrée logique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la deuxième horloge (H2) se trouve en opposition de phase avec la première horloge (H1), provoquant la conduction du deuxième transistor (T2) pendant la phase de blocage du premier transistor (TI), et réciproquement. 8. Dispositif d'entrée logique selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'un capteur de tension (V) est associé à l'entrée du deuxième étage de récupération (14), et coopère avec un circuit de régulation (28) de la deuxième horloge (H2) pour régler la fréquence des signaux de découpage appliqués au deuxième transistor (T2). 9. Dispositif d'entrée logique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la borne du premier transistor (TIl) à l'opposé de l'enroulement primaire (18) se trouve à un potentiel non flottant.