Brevet FR2826798A1 — publié le 20030103

La présente invention concerne un circuit d'alimentation d'une charge à partir d'une tension alternative, notamment du réseau électrique. Il existe de multiples dispositifs d'alimentation d'une charge à partir d'une tension alternative, notamment du réseau électrique, consistant à commuter directement la charge ou par l'intermédiaire d'un relais. La présente invention a pour but de développer un circuit d'alimentation d'une charge à partir d'une tension alternative, permettant de commuter la charge dans des conditions simples et en mettant en peuvre des moyens réduits, notamment pour l'alimentation d'appareils électroménagers d'une puissance de quelques centaines de watts jusqu'à quelques kW. A cet effet, l'invention concerne un circuit d'alimentation caractérisé en ce qu'il comprend : - en parallèle, un relais et un commutateur électronique commandé pour brancher la charge à la tension alternative d'alimentation, - une commande pour envoyer un signal de branchement ou de coupure de la charge, - un circuit de commande branché entre les bornes de la tension d'alimentation, pour en détecter les passages à 0, recevant les signaux de commande de la charge pour - émettre, à la réception d'un signal de branchement de la charge, * un signal de conduction destiné au commutateur commandé pour le débloquer à un instant donné, fixé à un passage par 0 de la tension d'alimentation et de durée suffisante pour permettre la fermeture du relais entre deux passages à 0 de la tension d'alimentation, * un signal de fermeture destiné au relais pour en commander la fer- meture pendant le temps d'alimentation de la charge, ce signal de fermeture étant postérieur au signal de conduction, - émettre, à la réception d'un signal de coupure de la charge, * un signal destiné au composant commandé pour le débloquer entre deux passages par 0 de la tension d'alimentation, pendant le temps nécessaire à l'ouverture du relais, pour se fermer avant l'ouverture du relais et s'ouvrir après la fermeture de ce relais, * un signal pour ouvrir le relais, ce signal étant envoyé au relais après le signal bloquant le composant. Ce circuit permet de brancher une charge, par exemple de manière cyclique, pendant une durée au minimum de quelques minutes tout en bénéficiant de la précision de la commutation assurée par un commutateur électronique sans pour autant que celui-ci ne doive être dimensionné pour dissiper la puissance qu'il consommerait lui-même, s'il restait en service pendant toute la durée d'alimentation de la charge. Ceci permet de sous-dimensionner le commutateur électronique du fait de son temps de conduction très court se traduisant par une puissance dissipée très faible. Cela permet également de couper la tension de manière précise lors de son passage au 0 de tension. De façon avantageuse, le commutateur électronique est un triac. Ce triac est de préférence en série avec un fusible de protection. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma par blocs d'un circuit d'alimentation d'une charge selon l'invention, - la figure 2 est un mode de réalisation du schéma de la figure 1, - la figure 3 montre dans ses parties A, B, C, D, E, les chronogrammes d'une commutation de charge avec le circuit d'alimentation selon l'invention. Selon la figure 1, l'invention concerne un circuit d'alimentation d'une charge CH par une tension d'alimentation alternative V, par exemple le réseau électrique fournissant une tension de 230 V sous une fréquence de 50 Hz. Ce circuit d'alimentation se compose d'un montage en parallèle formé d'un relais R et d'un commutateur électronique commandé TR. Ce montage est branché entre l'une des bornes d'alimentation, de préférence la borne de phase PH et la charge CH. Le circuit comprend également une commande C qui dans le cas le plus simple peut être un bouton marche-arrêt de mise en oeuvre de la charge CH ou de sa coupure. La commande C envoie un signal de branchement SF pour mettre en oeuvre la charge ou un risque de coupure SC pour couper la charge CH. Le circuit d'alimentation comprend également un circuit de commande CC branché entre les deux bornes PH/N de l'alimentation en tension alternative pour détecter les variations du signal de tension alternative et notamment ses passages à 0. Le circuit d'alimentation CC reçoit les signaux de la commande C et les combine aux signaux de détection de la tension V, pour générer les signaux S 1 TR, S2TR de mise en oeuvre du commutateur électronique ainsi que les signaux SIR, S2R de commutation du relais R. Le signal S1TR est un signal de conduction destiné au commutateur commandé TR pour le débloquer à un instant donné après la réception par le circuit de commande CC du signal SF de la commande C. Ce signal S1TR débloque le commutateur commandé TR à un passage par 0 de la tension d'alimentation V. Ce signal de conduction S 1 TR reste appliqué pendant une durée courte mais suffisante pour permettre la fermeture du relais R. Le signal de conduction S1TR est supprimé à un passage à 0 de la tension V. Ce signal S 1 TR est représenté par le chronogramme B à la figure 3, en liaison avec la courbe de la tension représentée dans le chronogramme A. Le signal SlR est un signal de fermeture destiné au relais R. Il commande la fermeture du relais pendant toute la durée d'alimentation prévue pour la charge CH. Ce signal est postérieur au signal S 1 TR. Il ferme le relais R après la fermeture du commutateur commandé TR pour être certain que la commutation de la charge CH se fasse au passage à 0 à l'instant tl de la courbe de tension. Dans ces conditions, la charge CH commence à être alimentée dès l'instant tl (chronogramme B, figure 3), le courant passant d'abord intégralement par le commutateur commandé TR à partir de l'instant tl puis il se partage entre les deux branches formées du relais R et du commutateur électronique commandé TR, la quasi-totalitéé du courant passant par le relais R. A l'instant t2, le signal de conduction SI TRI est coupé, ce qui bloque le commutateur commandé TR à l'état non conducteur, l'intégralité du courant passant alors par le relais R. La durée de conduction du commutateur électronique commandé TR est dans l'exemple de la figure 3 égale à une période du signal de tension V. Cette durée peut correspondre à plusieurs périodes. Mais cette durée est très courte comparée à la durée de branchement de la charge CH qui selon l'exemple de la figure 3 est compris entre les instants tl et t4. Le signal S2TR est un signal de conduction destiné au composant commandé TR pour le débloquer et le rendre conducteur pendant un intervalle de temps au cours duquel on ouvre le relais R. Ce signal S2TR est compris entre deux passages à 0 de la tension V. Dans l'exemple, il est représenté également par le chronogramme de la ligne B et s'étend sur une alternance de la courbe de tension V. Le signal SIR représenté par le chronogramme C de la figure 3 est un signal de déclenchement du relais R ou un signal de courant de maintien, alimentant la bobine du relais R. Dans le premier cas, le signal SIR est un signal impulsionnel d'une durée brève alors que dans le second cas le signal a une durée correspondant à la durée de branchement souhaitée pour le relais. Le signal S2R est un signal destiné au relais R pour ouvrir celui-ci. Ce signal S2R est envoyé après le signal S2TR, c'est-à-dire après l'instant T3, pour être sûr que le relais R s'ouvre pendant la période de conduction du commutateur électronique TR. Ce signal S2R est envoyé après l'instant t3. Il produit l'ouverture du relais R et à partir de ce moment tout le courant alimentant la charge CH passe par le commutateur électronique TR jusqu'à l'instant de blocage du commutateur TR à la fin du signal S2TR, c'est-à-dire à l'instant t4. Cet instant correspond, comme déjà indiqué, à un passage par 0. En d'autres termes, le circuit de commande fonctionne de la manière suivante en s'appuyant sur le chronogramme E de la figure 3 : A l'instant TO, la commande C envoie un signal de fermeture SF au circuit CC. Celui-ci déclenche les signaux SI TR, S IR pour fermer d'abord le commutateur commandé TR puis le relais R pour que la fermeture se fasse à l'instant Tl correspondant à un point de passage à 0 de la tension V. Puis après l'instant t2, l'alimentation de la charge CH est assurée exclusivement par le relais R car le commutateur commandé TR étant bloqué de nouveau à l'instant t2. A l'instant Tl, la commande C envoie un signal de coupure SC au circuit CC. Celui-ci commande le déblocage du commutateur TR par l'envoi du signal S2TR. Puis, lorsque le commutateur TR est débloqué, il envoie un signal d'ouverture S2R du relais R pour ouvrir celui-ci, à un instant quelconque de la courbe de tension V. Cela est possible et n'intervient pas sur l'alimentation de la charge puisque cette alimentation est alors assurée en intégralité à travers le commutateur commandé TR. A l'instant t4, lorsque le signal S2TR disparaît, en un point de passage à 0 de la tension V, l'alimentation de la charge CH est coupée. Le chronogramme D de la figure 3 montre le signal rectangulaire représentant l'alimentation de la charge. Il est à remarquer que les signaux de déclenchement SFSC envoyés par la commande C au circuit de commande CC peuvent être des signaux impulsionnels comme représenté par le chronogramme E de la figure 3. Il peut également s'agir d'un signal de type logique 0/1 (marche/arrêt), qui reste appliqué pendant toute la durée TO, Tl. Quelle que soit la nature de ce ou de ces signaux envoyés par la commande C, le déroulement de la commutation de la charge CH correspond aux opérations représentées aux chronogrammes B, C en liaison avec la courbe de tension V du chronogramme A. La commande C peut être une commande manuelle. Il peut également s'agir d'une commande automatique déclenchée par une horloge ou par un capteur, par exemple un capteur de température ou de luminosité. La charge CH représente une puissance de quelques centaines de watts à quelques milliers de watts. Il s'agit notamment d'un appareil domestique tel qu'une plaque de cuisson, un four ou un appareil de chauffage électrique, une installation d'éclairage sans que cet énoncé ne soit limitatif. La figure 2 montre un mode de réalisation du circuit d'alimentation selon l'invention reliant la charge CH à la phase PH et au neutre N d'une source de tension alternative V. Pour le circuit de commande ce circuit d'alimentation comprend un relais R avec sa bobine de commande B et sa lamelle de commutation L commutant entre deux positions, une position ouverte et une position fermée. Ce circuit comporte comme commutateur électronique commandé TR, un triac. En amont du triac, du côté chaud, se trouve un fusible F protégeant le triac. REVENDICATIONS 10) Circuit d'alimentation commandée d'une charge à partir d'une tension alternative, notamment du réseau électrique, caractérisé en ce qu'il comprend : - en parallèle, un relais (R) et un commutateur électronique commandé (TR) pour brancher la charge (CH) à la tension alternative d'alimentation (V), - une commande (C) pour envoyer un signal de branchement (SF) ou de coupure (SC) de la charge (CH), - un circuit de commande (CC) branché entre les bornes de la tension d'alimentation, pour en détecter les passages à 0, recevant les signaux (SF/SC) de commande (C) de la charge pour - émettre, à la réception d'un signal (SF) de branchement de la charge (CH), * un signal de conduction (S 1 TR) destiné au commutateur commandé (TR) pour le débloquer à un instant donné, fixé à un passage par 0 de la tension d'alimentation M et de durée suffisante pour permet- tre la fermeture du relais (R) entre deux passages à 0 de la tension d'alimentation, * un signal de fermeture (SIR) destiné au relais (R) pour en comman- der la fermeture pendant le temps d'alimentation de la charge (CH), ce signal (SIR) étant postérieur au signal (S 1 TR), - émettre, à la réception d'un signal de coupure (SC) de la charge (CH), * un signal (S2TR) destiné au composant commandé (TR) pour le dé- bloquer entre deux passages par 0 de la tension d'alimentation (V), pendant le temps nécessaire à l'ouverture du relais (R), pour se fer- mer avant l'ouverture du relais (R) et s'ouvrir après la fermeture de ce relais (R), * un signal (S2R) pour ouvrir le relais, ce signal étant envoyé au relais (R) après le signal (S2TR) bloquant le composant (TR). 2 ) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant commandé (TR) est un triac. 30) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant commandé (TR) est en série avec un fusible de protection.