Brevet FR2786001A1 — publié le 20000519

"Dispositif de correction automatique de dérive en température pour télévadateur" L'invention est du domaine des dispositifs de contrôle de puissance d'appareils électriques. Elle concerne plus particulièrement la régulation en température de cellules de commutation basse fréquence de type convertisseur à semi-conducteurs telles que variateur de lumière etc. Les cellules de commutation de ce type peuvent présenter un défaut lié à une variation de température, qui trouve son origine soit dans des surcharges qui entraînent un échauffement de la cellule de commutation, soit dans l'élévation anormale de la température ambiante d'installation. L'apparition de ce défaut peut représenter un danger pour l'utilisateur (feu par exemple), ou peut détruire le produit. La présente invention a donc pour but de remédier aux inconvénients précités, en proposant un dispositif et un procédé de correction automatique de dérive en température pour cellule de commutation. L'invention propose à cet effet un procédé de régulation en température d'une cellule de commutation de type convertisseur à semi-conducteur, alimentant une charge, ladite cellule définissant une courbe représentant la température dans la cellule en fonction du temps de conduction, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes: - de mesure de la température dans la cellule de commutation, - de comparaison de cette température à une température seuil Os prédéterminée, et, - si la température mesurée dépasse cette température seuil Os, de diminution selon une première loi du temps de conduction de la cellule de commutation, pour ramener le point correspondant au couple (temps de conduction, température) dans une partie croissante de la courbe représentant la température en fonction de ce temps de conduction en un point correspondant à une température inférieure à la température seuil Os, puis de ré-augmentation à intervalles réguliers selon une seconde loi du temps de conduction tant que la température mesurée est en dessous de la température seuil Os. Selon une mise en oeuvre préférée, si la courbe de température en fonction du temps de conduction O = f (temps de conduction), atteint un maximum pour un temps de conduction prédéterminé appelé temps de rabattement TR, la première loi de réduction du temps de conduction T1 est de la forme: passage de T1 à T= 2.TR -T1, si TI > TR, passage de T1 à T=T1 -Pl, si T1 toujours supérieure à la température seuil Os- et en ce que la seconde loi de modification du temps de conduction comporte une augmentation du temps de conduction T1 par pas de montée P2 jusqu'à atteindre sensiblement la température seuil Os. Selon une mise en oeuvre avantageuse, le temps de rabattement TR vaut sensiblement cinq millisecondes, le pas de descente Pl vaut sensiblement une milliseconde, et le pas de montée P2 vaut sensiblement la moitié du pas de descente Pl. De cette façcon, le point correspondant au couple (temps de conduction, température), est ramené dans la partie croissante de la courbe représentant la température en fonction de ce temps de conduction. Selon une mise en oeuvre préférée, le procédé comporte également des étapes: - de calcul à certains instants du gradient de température dans la cellule de commutation, - de comparaison de ce gradient à une courbe prédéterminée donnant le gradient de température maximal admissible selon la température dans la cellule. - et, si, pour la température mesurée dans le cellule, le gradient calculé est supérieur au gradient plafond, d'arrêt du fonctionnement de la cellule de commutation de manière à ce que l'appareil électrique ne soit plus alimenté. Selon une mise en oeuvre préférée, le procédé comporte également des étapes: - de comparaison de la température mesurée dans la cellule de commutation à une température de coupure Oc prédéterminée, et, - si la température mesurée dépasse cette température de coupure Oc, de coupure du courant dans la charge. Cette disposition permet une meilleure protection du dispositif et de la charge. L'invention vise également un dispositif de régulation en température d'une cellule de commutation, comportant un transistor de commutation, un pilote et les bornes d'un réseau d'alimentation, caractérisé en ce qu'il comporte également un capteur à réponse linéaire de type CTN disposé à proximité du transistor, dont le signal est transmis à un microcontrôleur, monté en amont du pilote. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le microcontrôleur comporte une fonction préenregistrée de régulation de temps de commutation du transistor en fonction du signal issu du capteur CTN. La description et les dessins d'un mode préféré de réalisation de l'invention, donnés ci-après, permettront de mieux comprendre les buts et avantages de l'invention. Il est clair que cette description est donnée à titre d'exemple, et n'a pas de caractère limitatif. Dans les dessins: - la figure 1 est un schéma de principe du dispositif de régulation en température; - la figure 2 est une représentation de la courbe de température en fonction du temps; - les figures 3 et 4 illustrent un exemple de fonctionnement de la cellule de commutation au cours du temps, lors de l'apparition d'un défaut en température. Dans la description qui suit, on fait référence à une cellule de commutation basse fréquence de type convertisseur à semi-conducteur, telle par exemple que celles qui sont utilisées dans les variateurs de lumière dont disposent les usagers pour leur permettre de sélectionner un niveau lumineux quelconque compris dans une plage de valeurs prédéterminée. Dans une telle cellule de commutation 1, un transistor 2 est disposé en amont d'une charge 3 (une lampe par exemple) à alimenter sur un réseau 4, 5. Ce transistor 2 a pour fonction d'interrompre le passage du courant dans la charge 3 de façon régulière selon la tension réseau. Lors d'une demi période de réseau (1/100 seconde), la courbe de courant dans le transistor 2 suit donc la courbe de tension réseau (sinusoïde) pendant une partie de la variation en tension de 0 à Umax lorsque le transistor 2 est fermé, puis commute en position ouverte avec un courant qui repasse à zéro. Le cycle se reproduit à chaque demi période, ce qui limite le courant passant dans la charge 3. L'instant de commutation est piloté par un dispositif de pilotage (driver) 6 asservi à une commande de l'utilisateur. La commutation du transistor 2 n'est pas instantanée, mais au contraire est ralentie, pour éviter de provoquer des perturbations moyenne fréquence qui apparaîtraient en cas de front de commutation raide. La puissance dissipée dans le transistor 2 sous forme de chaleur est alors égale à la somme de la puissance dissipée en conduction et de la puissance dissipée en commutation, en fonction de l'instant de commutation. Le maximum de cette puissance est atteint à chaque sommet de la sinusoïde (par exemple 5 millisecondes après passage à la tension zéro, selon la technologie semi- conducteur utilisée). La valeur atteinte par la température du transistor 2 du fait de cet échauffement, lié partiellement au choix d'une commutation lente, peut donc se trouver supérieure à une valeur limite. Il est donc souhaitable de protéger le transistor 2 en température (pour des surcharges faibles, de l'ordre de 20 à 30% maximum du courant nominal). Dans le dispositif selon l'invention, tel que représenté schématiquement sur la figure 1, sur laquelle on reconnaît le transistor de commutation 2, la charge à alimenter 3, le pilote (driver) 6 et les bornes 4, 5 du réseau d'alimentation, un capteur 7 à réponse linéaire de type CTN est disposé à proximité du transistor 1. Le signal issu de ce capteur CTN 7 est ensuite traité par un microcontrôleur 8, de type connu de l'homme de l'art, monté en amont du pilote (driver) 6. Le microcontrôleur 8 comporte une fonction préenregistrée de régulation de temps de conduction T1 du transistor 2 en fonction du signal issu du capteur CTN 7. Dans le procédé selon l'invention, le microcontrôleur 8 compare le signal de température issu du capteur CTN 7 (mesuré par exemple à intervalles réguliers de secondes) à des informations préenregistrées dans un dispositif mémoire de type classique, non détaillé ici: d'une part, une température seuil Os provoquant la régulation, d'autre part, une température de coupure Oc, provoquant la coupure du courant dans la charge, enfin, une courbe de gradient de température maximal admissible en fonction de la température dans la cellule. 1/ La comparaison à une température seuil Os prédéterminée permet de réguler de faibles surcharges ou une élévation de la température ambiante d'installation. La régulation s'opère en diminuant le temps de conduction de la cellule de commutation 1. Sachant que la courbe de température en fonction du temps de conduction 0 = f (temps de conduction), représentée sur la figure 2, atteint un maximum pour un certain temps de conduction appelé temps de rabattement TR, ici égal à 5 ms, on réduit ce temps de conduction T1 selon la loi suivante: Passage de T1 à T= 2.TR -T1, si TI > TR Passage de T1 à T=T1 - Pl, si TIl descente et valant dans cet exemple une milliseconde. De cette façcon, le point correspondant au couple (temps de conduction, température), est ramené dans la partie croissante de la courbe représentant la température en fonction de ce temps de conduction. Par exemple, en supposant un temps de conduction de 7 ms (point 9 sur la figure 2), on réduit le temps de conduction à 3 ms (point 10). Après stabilisation de la température dans la cellule (par exemple après une nouvelle mesure de température dans la cellule effectuée au bout de 30 secondes), on diminue par pas de descente Pl, par exemple de 1 ms, si la température est toujours supérieure à la température seuil Os. Dans la cas contraire, on augmente le temps de conduction par pas de montée P2, de durée valant sensiblement la moitié du pas de descente (ici 0.5 ms), jusqu'à atteindre la température seuil Os (avec une certaine plage de tolérance). Dans l'exemple de la figure 2, la température mesurée à l'instant correspondant au point 2 étant supérieure à la température seuil Os, le microcontrôleur réduit encore le temps de conduction à 2 ms (point 11). Puis, le temps de conduction T1 est ré augmenté par pas de montée P2 (partie 12 sur la figure) jusqu'à ce que la température soit dans la plage de tolérance autour de la température seuil Os. 2/ la comparaison à une température de coupure Oc prédéterminée, provoquant la coupure du courant dans la charge, permet de prendre en compte des augmentations anormales de température ambiante par exemple. A cet effet, le microcontrôleur 8 compare régulièrement la température mesurée dans la cellule de commutation à la température de coupure Oc mémorisée, et, si la température mesurée est supérieure à cette température de coupure Oc, le microcontrôleur 8 interrompt l'alimentation de la charge 3 par l'intermédiaire de la cellule de commutation 1. 3/ La comparaison à une courbe prédéterminée de gradient de température maximal admissible en fonction de la température dans la cellule permet la régulation en température par rapport à de fortes surcharges (typiquement 50% au dessus du courant nominal), la montée en température étant rapide dans ce cas. A cet effet, le microcontrôleur 8 calcule régulièrement le gradient de température, et, si la variation instantanée de température est supérieure à un gradient caractérisé par ladite courbe (dépendant de la température mesurée dans la cellule), le microcontrôleur 8 interrompt l'alimentation de la charge 3 par l'intermédiaire de la cellule de commutation 1. La courbe de gradient maximal admissible est mémorisée de façon classique, et par exemple sous forme de fonction paramétrée, ou encore sous forme d'une série de couples (température, gradient maximal admissible), entre lesquels le microcontrôleur 8 effectue des interpolations linéaires. Ce type de surcharge est donc ici traité suffisamment rapidement pour éviter tout emballement ou destruction thermique. Il est clair que le gradient limite de température au point initial est choisi supérieur à la montée en température qui apparaît lors de la mise en marche de la charge 3. Les figures 3 et 4 illustrent un exemple de déroulement de régulation en température, pour le cas d'une température seuil Os prédéterminée de 110 C (ligne 13), et d'une température de coupure Oc valant 130 C. Les courbes 14, 15 sur la figure 3 illustrent les puissances dissipées par le transistor 2 en conduction et en commutation respectivement, en fonction du temps de conduction, exprimé en millisecondes. La somme de ces deux courbes donne la courbe de puissance dissipée totale 16, dont le sommet correspond à une température dans la cellule de commutation de 100 C (point 17). Ces courbes, données strictement à titre d'exemple non limitatif, correspondent à un cas de puissance dans la charge de 1000 W, avec une température ambiante de C. Une autre courbe 18 correspondant au cas de puissance dans la charge de 1200 W, avec une température ambiante de 35 C est également illustrée. Cette courbe 18 coupe la ligne 13 de température seuil Os pour un temps de conduction légèrement inférieur à 4 ms (point 19). Dans ces hypothèses, la figure 4 illustre l'évolution de la température dans la cellule de commutation 1 au cours du temps. Après la mise en marche de la charge par l'utilisateur (point 20) avec un temps de conduction initial de 6 ms (prédéterminé par le microcontrôleur 8), la température monte suivant la courbe 21, et passe au dessus de 110 C au bout d'un certain temps (point 22). Le microcontrôleur 8 réduit alors le temps de conduction à 4 ms, selon la loi de réduction exposée plus haut. La température dans la cellule de commutation 1 suit alors une courbe de plus faible progressivité 23, et la température se stabilise en un point 24 de valeur supposée ici supérieure à 110 C (correspondant au point 24b sur la figure 3), valeur choisie comme température seuil Os. Selon la loi de modification du temps de conduction, le microcontrôleur 8 réduit à nouveau le temps de conduction à 3 ms. La température dans la cellule descend selon la courbe 25 vers le point de stabilisation 26 (correspondant au point 26b sur la figure 3). Selon le procédé de l'invention, le temps de conduction est alors progressivement ré-augmenté tant que la température reste inférieure à 11 0 0C (courbe 27). Lorsque la température redevient supérieure à 1 10 C (point 28), le microcontrôleur 8 réduit à nouveau le temps de conduction de 1 ms, ce qui provoque la baisse de température (courbe 29) etc. La droite 30 illustre la pente maximale correspondant au gradient de température seuil à ne pas dépasser à partir de la température d'arrêt de la cellule (selon le second critère de régulation en température). La courbe 31 représente la courbe de gradient de température maximal admissible en fonction de la température mesurée. Cette pente est choisie supérieure à la vitesse de montée en température normale de la cellule de commutation 1, dans des conditions de température ambiante normale. L'originalité du principe est de comparer le signal de température capté à des informations préenregistrées: a) une température seuil Os à réguler, b) une température de coupure Oc à ne jamais dépasser, b) une courbe de gradient de température maximal La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails des formes de réalisation ci- dessus considérées à titre d'exemple, mais s'étend au contraire aux modifications à la portée de l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation en température d'une cellule de commutation (1) de type convertisseur à semi-conducteur (2), jalimentant une charge (3), ladite cellule définissant une courbe représentant la température dans la cellule en fonction du temps de conduction, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes: - de mesure de la température dans la cellule de commutation (1), - de comparaison de cette température à une température seuil Os prédéterminée, et, - si la température mesurée dépasse cette température seuil (Os), de diminution selon une première loi du temps de conduction de la cellule de commutation, pour ramener le point correspondant au couple (temps de conduction, température) dans une partie croissante de la courbe représentant la température en fonction de ce temps de conduction en un point correspondant à une température inférieure à la température seuil (Os), puis de ré- augmentation selon une seconde loi du temps de conduction tant que la température mesurée est en dessous de la température seuil (Os). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que si la courbe de température en fonction du temps de conduction 0 = f (temps de conduction), atteint un maximum pour un temps de conduction prédéterminé appelé temps de rabattement (TR), la première loi de réduction du temps de conduction (T1) est de la forme: passage de T1 à T= 2.TR -T1, si T I> TR, passage de T1 à T=T1 -P1, si TI toujours supérieure à la température seuil Os. et en ce que la seconde loi de modification du temps de conduction comporte une augmentation du temps de conduction (T1) par pas de montée (P2) jusqu'à atteindre sensiblement la température seuil (Os). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le temps de rabattement (TR) vaut sensiblement cinq millisecondes. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que le pas de descente (Pl) vaut sensiblement une milliseconde. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le pas de montée (P2) vaut sensiblement la moitié du pas de descente (P1). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte également des étapes de: - de calcul à certains instants du gradient de température dans la cellule de commutation, - de comparaison de ce gradient à une courbe prédéterminée donnant le gradient de température maximal admissible selon la température dans la cellule. - et, si, pour la température mesurée dans la cellule, le gradient calculé est supérieur au gradient plafond, d'arrêt de l'alimentation de l'appareil électrique. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le procédé comporte également des étapes: - de comparaison de la température mesurée dans la cellule de commutation à une température de coupure (Oc) prédéterminée, et, - si la température mesurée dépasse cette température de coupure (Oc), de coupure du courant dans le produit. 8. Dispositif de régulation en température d'une cellule de commutation, comportant un transistor de commutation (2), un pilote (6) et les bornes (4, 5) d'un réseau d'alimentation, caractérisé en ce qu'il comporte également un capteur (7) à réponse linéaire de type CTN disposé à proximité du transistor (1), dont le signal est transmis à un microcontrôleur (8), monté en amont du pilote (6) et des moyens de mise en oeuvre des étapes: - de mesure de la température dans la cellule de commutation, - de comparaison de cette température à une température seuil Os prédéterminée, et, - si la température mesurée dépasse cette température seuil (os), de diminution selon une première loi du temps de conduction de la cellule de commutation, pour ramener le point correspondant au couple (temps de conduction, température) dans une partie croissante de la courbe représentant la température en fonction de ce temps de conduction en un point correspondant à une température inférieure à la température seuil (Os), puis de ré-augmentation selon une seconde loi du temps de conduction tant que la température mesurée est en dessous de la température seuil (Os). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le microcontrôleur (8) comporte une fonction préenregistrée de régulation de temps de commutation du transistor (2) en fonction du signal issu du capteur CTN (7). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le microcontrôleur (8) compare le signal de température issu du capteur CTN (7) à des informations préenregistrées d'une part, une température seuil (Os) provoquant la régulation, d'autre part, une température de coupure (oc), provoquant la coupure du courant dans la charge, enfin, une courbe de gradient de température maximal admissible en fonction de la température dans la cellule.