Brevet FR2871616A1 — publié le 20051216

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine de la domotique et plus particulièrement les systèmes de régulation de chauffage, de commande d'éclairage, de volets roulants, d'automatismes, de détection de personnes, d'alarmes ou autres. De tels dispositifs connus utilisent un circuit de commutation de puissance qui, selon le niveau de performance requis pour l'application, sera plus ou moins sophistiqué. Dans le cadre d'un chauffage, par exemple, pour réaliser une régulation précise, la charge doit être commutée rapidement. La commutation est en général réalisée par l'intermédiaire d'un relais ou d'une interface à semi-conducteur de puissance tel qu'un triac, un transistor MOS ou IGTB, ou autre semi-conducteur de puissance. Le choix de la technologie destinée à réaliser cette commutation est lié à la puissance de la charge à commuter. Ainsi, dans le cas de charges présentant des courants de commutation jusqu'à 30 ampères, un relais de taille réduite et de faible consommation permet, à moindre frais, de commuter ces charges sans conduire à une trop forte dissipation de chaleur. Toutefois, ce type de réalisation présente trois inconvénients majeurs, en effet, lors de la fermeture et de l'ouverture des contacts du relais, et de manière renforcée lors de la commutation de charges inductives, capacitives ou à fort courant de démarrage, sont générées des perturbations électromagnétiques. De plus, un tel relais présente une durée de vie électrique relativement faible (environ 100 000 manoeuvres à la puissance nominale du relais et pour une charge purement résistive), ce qui limite la fréquence de commutation. Le dernier inconvénient est le bruit lié à la commutation des contacts, qui peut être gênant dans une utilisation domestique du dispositif de commutation, et plus particulièrement si le dispositif est placé en zone de vie, tel que par exemple le thermostat. Dans le cas de charges de plus faible puissance, on utilise généralement un ou plusieurs semi-conducteurs. Au-delà d'une charge supérieure à environ 500 Watts, les semi-conducteurs dissipent trop de puissance en conduction nécessitant l'installation d'un radiateur. Or le rajout d'un radiateur n'est pas adapté pour des produits compacts et dont l'esthétique est importante. En outre, dans des cas d'application tels que des thermostats d'ambiance, la dissipation intrinsèque de chaleur du ou des semi-conducteurs a un impact sur la mesure de la température ambiante, ce qui a pour conséquence de générer une régulation inadaptée à la température ambiante réelle de la pièce. Par contre, les semi- conducteurs ne créent pas de perturbations électromagnétiques et sont silencieux. Il existe également des principes de commutation connus alliant les deux technologies citées précédemment, c'est-à-dire le relais et le(s) semiconducteur(s). Dans ce cas, chaque élément a une fonction précise qui s'établit chronologiquement comme décrit ci-après: 1) Pour fermer le circuit de commutation, on active tout d'abord le dispositif à semi-conducteurs qui vient fermer le circuit de commutation et fixer la tension à un niveau proche de zéro sans créer d'arc électrique, puis on active le relais qui ferme son contact en parallèle au dispositif à semi-conducteurs, c'est-à-dire sur une tension quasi nulle. 2) Pour ouvrir le circuit de commutation, on active tout d'abord le dispositif à semi-conducteurs, puis on commande l'ouverture du contact du relais. Dès lors que le contact s'ouvre, le dispositif à semi-conducteurs maintient un faible niveau de tension aux bornes du contact du relais, permettant à ce dernier de s'ouvrir sans provoquer d'arc électrique. Ce type de système présente l'avantage de pouvoir rallonger de manière significative la durée de vie du relais et d'éviter les problèmes de pollution électromagnétique par le simple fait que l'ouverture et la fermeture du circuit sont réalisés par l'intermédiaire du dispositif à semi-conducteurs. Toutefois, il reste un inconvénient majeur qui est le bruit de commutation. Ce dernier est lié au principe constructif des relais étudiés pour commuter de manière directe (sans assistance) un circuit basse tension. Une telle contrainte impose au constructeur un basculement rapide de la lame de contact mobile à l'ouverture et à la fermeture, qui a pour effet de générer un bruit. La présente invention a notamment pour but de surmonter ces inconvénients et de proposer un dispositif de commutation de charge adapté à commuter des charges quelle que soit leur puissance, tout en étant silencieux, c'est-à-dire sans aucune génération de bruit lors du basculement des contacts. En outre, le dispositif devra présenter un faible encombrement, dissiper peu de chaleur, ne pas générer de perturbations électromagnétiques, nécessiter une faible consommation et présenter une longue durée de vie. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif de commutation de charge constitué par un relais présentant un élément de contact fixe, un élément de contact mobile, une bobine relais, une interface de commande à semi-conducteurs et deux contacts de connexion d'entrée du circuit de puissance, et par un dispositif électronique de commande de l'interface de commande à semi-conducteurs et de la bobine relais, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'un moyen ralentisseur et amortisseur du mouvement de l'élément de contact mobile supprimant le bruit de commutation. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence au dessin schématique annexé dont la figure unique est un schéma électrique par blocs du dispositif de commutation de charge selon une variante de réalisation de l'invention. La figure du dessin annexé représente un dispositif de commutation de charge 1 constitué par un relais 2 présentant un élément de contact fixe 3, un élément de contact mobile 3', une bobine relais 4, une interface de commande à semi-conducteurs 6 et deux contacts de connexion d'entrée 5 du circuit de puissance, et par un dispositif électronique 7 de commande de l'interface de commande à semi-conducteurs 6 et de la bobine relais 4. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif de commutation de charge 1 peut être pourvu d'un moyen ralentisseur et amortisseur 8 du mouvement de l'élément de contact mobile 3' supprimant le bruit de commutation. Selon une première variante de réalisation de l'invention, le moyen ralentisseur et amortisseur 8 peut être relié à l'élément de contact mobile 3'. Ledit moyen ralentisseur et amortisseur 8 peut alors être, avantageusement, du type mécanique à ressort. Dans ce cas, la commutation à la fermeture débute par l'activation ou la commande du circuit de puissance par l'intermédiaire de l'interface de commande à semi-conducteurs 6, puis le basculement de l'élément de contact mobile 3' vers le contact fixe 3, qui s'effectue de manière ralentie et amortie par l'action du moyen ralentisseur et amortisseur 8 de mouvement. Ce dernier peut s'enclencher lorsque la bobine relais 4, mise sous tension par le dispositif électronique de commande 7, créé un champ magnétique. Enfin, dès que le contact du relais est fermé, l'interface de commande à semi-conducteurs 6 est désactivée. La commutation à l'ouverture débute par l'activation de l'interface de commande à semi-conducteurs 6, puis le basculement de l'élément de contact mobile 3' pour s'écarter du contact fixe 3, qui s'effectue de manière ralentie et amortie par l'action du moyen ralentisseur et amortisseur 8 de mouvement. Selon une deuxième variante de réalisation de l'invention, le moyen ralentisseur et amortisseur 8 peut être constitué par le dispositif électronique de commande 7 qui comporte une interface permettant une alimentation progressive de la bobine relais 4 de manière à faire varier le champ magnétique et donc à agir sur la vitesse de déplacement de l'élément de contact mobile 3'. Dans ce cas, les commutations à la sortie et à l'entrée se font de la même manière que précédemment, par contre, le contact mobile 3' est ralenti par la modulation de la tension de la bobine relais 4. Il est bien sûr possible de combiner l'action d'un moyen ralentisseur et amortisseur 8 à celle du dispositif électronique 7 comportant une interface à alimentation progressive pour réaliser l'amortissement de la commutation de charge et supprimer les bruits de commutation. Selon une troisième variante de réalisation de l'invention, le moyen ralentisseur et amortisseur 8 peut se présenter sous la forme d'un liquide non-conducteur, dans lequel sont immergés l'élément de contact fixe 3 et l'élément de contact mobile 3'. Ce liquide peut être de la paraffine, de l'huile, ou tout autre fluide à propriétés diélectriques. Dans un tel cas, la viscosité du liquide ralentit le déplacement de l'élément de contact mobile 3' et absorbe simultanément le bruit de la commutation. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commutation de charge constitué par un relais (2) présentant un élément de contact fixe (3), un élément de contact mobile (3'), une bobine relais (4), une interface de commande à semiconducteur(s) (6) et deux contacts de connexion d'entrée (5) du circuit de puissance, et par un dispositif électronique (7) de commande de l'interface de commande à semi-conducteur(s) (6) et de la bobine relais (4), caractérisé en ce qu'il est pourvu d'un moyen ralentisseur et amortisseur (8) du mouvement de l'élément de contact mobile (3') supprimant le bruit de commutation. 2. Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen ralentisseur et amortisseur (8) est relié à l'élément de contact mobile (3'). 3. Dispositif, selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen ralentisseur et amortisseur (8) est du type mécanique à ressort. 4. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen ralentisseur et amortisseur (8) est constitué par le dispositif électronique de commande (7) qui comporte une interface permettant une alimentation progressive de la bobine relais (4) de manière à faire varier le champ magnétique et donc à agir sur la vitesse de déplacement de l'élément de contact mobile (3'). 5. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen ralentisseur et amortisseur (8) se présente sous la forme d'un liquide non-conducteur dans lequel sont immergés l'élément de contact fixe (3) et l'élément de contact mobile (3') .