Brevet FR2798538A1 — publié le 20010316

Circuit logique d'entrée sans dissipation thermique et adaptable en tension. Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un circuit d'entrée logique pour un automatisme équipement industriel alimenté par une source de courant continu, notamment une batterie ledit circuit d'entrée comprenant des moyens de détection destines à délivrer signal de mesure représentatif de l'état logique lors de l'ouverture et de la fermeture d'un contact d'entrée. Etat de la technique Une carte entrée logique dans les équipements électroniques pour des automatismes d'installations embarquées, notamment de véhicules transport ferroviaire, nécessite généralement un courant d'entrée important. Le problème posé dans les équipements classiques est alors celui de dissipation thermique dans les résistances de mesure, car une entree 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. dissipation thermique globale est bien entendu proportionnelle au nombre de cartes d'entrées logiques, et nécessite souvent l'emploi de dispositifs de refroidissement par radiateur ou caloducs pour évacuer la chaleur vers l'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. Objet de l'invention L'objet de l'invention consiste à réaliser un circuit d'entrée logique pour un automatisme, adaptable en tension sur une grande gamme de tensions d'entrées et à dissipation thermique très réduite. Le circuit d'entrée selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte - un convertisseur d'énergie élévateur de tension composé d'une bobine d'inductance et d'un transistor de commutation, connectés à l'entrée circuit, - un détecteur de niveau logique branché entre la bobine d'inductance et une diode de redressement d'un circuit de récupération d'énergie, - et un circuit d'horloge pilotant la commutation du transistor par reglage de la fréquence et du rapport cyclique pour adapter en tension les signaux appliqués à l'entrée ainsi que la valeur de la surtension engendrée dans l'état logique haut par la bobine d'inductance lors de la commutation du transistor vers l'état bloqué. La détection de l'état logique est opérée sans dissipation thermique évitant l'usage radiateurs. La majorité de l'énergie est restituée à la batterie par le circuit de récupération d'énergie. La présence du convertisseur d'énergie associé à la bobine d'inductance évite l'emploi de transformateurs élévateur tension. Selon un mode de réalisation préférentiel, le transistor de commutation est connecté entre un potentiel non flottant, notamment d'un conducteur masse, et un point milieu de connexion de la bobine d'inductance au détecteur de niveau logique. Le détecteur de niveau logique comporte un optocoupleur ayant une diode émettrice reliée entre la bobine d'inductance et la diode de redressement, et un récepteur délivrant ledit signal de mesure à un circuit d'acquisition. Selon une caractéristique de l'invention, le circuit de récupération d'energie est doté d'une résistance branchée électriquement en série entre la diode de redressement et la batterie. Un premier condensateur de filtrage est relié en parallèle entre le conducteur de masse et le point milieu de raccordement la diode de redressement à la résistance. Un deuxième condensateur de filtrage est connecté entre l'entrée et le conducteur de masse. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté à la figure annexée. Description d'un mode de réalisation préférentiel Sur la figure, un circuit d'entrée logique 10 d'un équipement électronique pour un automatisme industriel, comporte une entrée E1 connectée à un convertisseur d'énergie 12 élévateur de tension, lequel est composé d'une bobine d'inductance L associé à un transistor TR de commutation. L'émetteur du transistor TR de commutation.est relié à un potentiel non flottant par un conducteur de masse 13, et le collecteur est branché au point milieu 14 de connexion de la bobine d'inductance L à un détecteur de niveau logique La base du transistor est pilotée par un circuit d'horloge H destiné à assurer l'adaptation en tension des signaux d'entrée par réglage de la fréquence du rapport cyclique. II ainsi possible d'appliquer à l'entrée E1 des valeurs de tensions comprises entre 24V et 110V selon le type de batterie 1 Le conducteur de masse 13 est au potentiel du pôle négatif de la batterie 16. Le détecteur de niveau logique DL est formé à titre d'exemple par un élément optocoupleur 20 dont le récepteur 20b délivre un signal de mesure à un circuit d'acquisition de données, ledit signal de commande SE étant représentatif de l'état logique à l'entrée E1. L'anode de la diode émettrice de l'optocoupleur 20 branchée au point milieu 14, tandis que la cathode est reliée au pôle positif de la batterie 16 à travers une diode de redressement D 1 en série avec une résistance R. Un premier condensateur C1 de filtrage est connecté en parallèle entre le conducteur de masse 13, et le point milieu de raccordement de la diode D1 à la résistance R. Un deuxième condensateur de filtrage est branché entre le conducteur de masse 13 et l'entrée E1. La diode de redressement D1, la résistance R et le premier condensateur C1 filtrage forment un circuit de récupération d'énergie 26, dont les sorties S1 et sont branchées en parallèle aux bornes de la batterie 16. Le transistor TR de commutation peut être constitué par un transistor MOS, , IGBT, etc.. autres circuits d'entrée logique (non représentés) sont identiques à celui décrit précédemment, et sont tous branchés en parallèle aux bornes de la batterie 16. Le fonctionnement du circuit d'entrée logique 10 est le suivant: Lee éléments du circuit d'entrée logique 10, notamment le transistor TR de commutation, sont dimensionnés pour la tension maximum d'entrée, par exemple 110V. L'entrée E1 est adaptative en tension par l'ajustage de la fréquence du circuit à horloge H, et par le réglage de son rapport cyclique. Elle permet ainsi de régler la durée de conduction et la durée de blocage du transistor TR de commutation. Dans l'état logique bas (0), la tension appliquée à l'entrée E1 est nulle, et le blocage de la diode D1 empêche toute circulation de courant dans la bobine d'inductance L, que le transistor TR soit conducteur ou non conducteur. L'optocoupleur 20 reste également bloqué, et n'est traversé par aucun courant. Dans l'état logique haut (1), la tension appliquée à l'entrée E1 est sensiblement égale à la tension de la batterie 16. Lorsque le transistor TR est passant, un courant s'établit entre l'entrée E1 et le conducteur de masse 13 en traversant la bobine d'inductance L. Après la commutation du transistor TR vers l'état bloqué, la bobine d'inductance L génère une surtension aux bornes du transistor TR, et le potentiel du point milieu 14 devient supérieur à celui de la sortie S1 reliée au pôle positif de la batterie 16. Un courant moyen de l'ordre de 10mA s'etablit alors vers la batterie 16 en traversant l'optocoupleur 20, la diode D1 et la résistance R. La détection de l'état logique haut (1) intervient par l'émission du signal mesure SE au circuit d'acquisition 22, laquelle est opérée sans dissipation thermique, car la majorité de l'énergie est restituée à la batterie 1 par le circuit récupération d'énergie 26. L'élévation de tension au point milieu 14 est relativement faible pour conserver un bon rendement, mais suffisante pour assurer le passage du courant moyen de 10 dans l'optocoupleur 20 et la résistance R. La valeur de l'élévation de tension fonction du rapport cyclique du transistor TR, et permet au circuit d'entrée logique 10 de travailler en courant constant indépendamment de la tension d'entrée. La borne du transistor TR à l'opposé du point milieu 14 se trouve avantageusement au potentiel de la masse, ce qui simplifie la commande simultanee de plusieurs transistors en cas d'une pluralité d'entrées logiques en parallèle. Revendications 1. Circuit d'entree logique pour un automatisme d'un équipement industriel alimenté par une source de courant continu, notamment une batterie (16), ledit circuit d'entrée comprenant des moyens de détection destinés à délivrer un signal de mesure (SE) représentatif de l'état logique bas (0) et de l'état logique haut (1), caractérisé en ce qu'il comporte: - un convertisseur d'énergie (12) élévateur de tension compose d'une bobine d'inductance (L) d'un transistor (TR) de commutation, connectés à l'entrée (E1) du circuit (10), - un détecteur de niveau logique (DL) branché entre la bobine d'inductance (L) et une diode de redressement (D1) d'un circuit de récupération d'énergie (26), - et un circuit d'horloge (H) pilotant la commutation du transistor (TR) par réglage de la fréquence et du rapport cyclique pour adapter en tension les signaux appliqués à l'entrée (E1), ainsi que la valeur de la surtension engendrée dans l'état logique haut (1) par la bobine d'inductance (L) lors de la commutation du transistor (TR) vers l'état bloqué. 2. Circuit d'entrée logique selon la revendication 1, caractérise en ce que le transistor (TR) de commutation est connecté entre un potentiel non flottant, notamment d'un conducteur de masse (13), et un point milieu (1 de connexion de la bobine d'inductance (L) au détecteur de niveau logique (DL). 3. Circuit d'entrée logique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le détecteur de niveau logique (DL) comporte un optocoupleur (20) ayant une diode émettrice (20a) reliée entre la bobine d'inductance (L) et la diode de redressement (D1), et un récepteur (20b) délivrant ledit signal de mesure (SE) à un circuit d'acquisition (22). 4. Circuit d'entrée logique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de récupération d'énergie (26) est doté d'une résistance (R) branchée electriquement en série entre la diode de redressement (D1) et la batterie 6). Circuit d'entrée logique selon la revendication 4, caractérisé en ce 'un premier condensateur de filtrage (C1) est relié en parallèle entre le conducteur de masse (13) et le point milieu (24) de raccordement de la diode de redressement à la résistance (R), Circuit d'entrée logique selon la revendication 5, caractérisé en ce 'un deuxième condensateur de filtrage (C2) est relié en parallèle entre le conducteur de masse (13) et l'entrée (El).