Brevet FR2885271A1 — publié le 20061103

TENSION DE GACHETTE DE REGULATEUR REGLEE PAR DIODE ZENER La présente invention concerne la limitation automatique à une certaine valeur d'une tension fournie par un régulateur, par montage d'une diode zener conduisant par effet de seuil et assurant ainsi, une tension limite maximum à un circuit. Historiquement, nous savons par expérience qu'il est très difficile de régler et stabiliser la tension de régime maximum désiré pour un circuit à tension réglable pour plusieurs raisons. D'une part, les nombreuses approximations sont dues aux réglages manuels précalculés, mais aussi et d'autre part, à cause des potentiomètres dont les valeurs variables sont dues à la tolé- rance sur la piste résistive, mais aussi aux résistances de bornage, cros, et autres commutateurs à résistances chutrices cms et carbones, et autres composants, tel que fusible variateur, diodes, parfois autres semi-conducteurs, câbles, condensateurs, connexions, etc. Ces ensembles ont un caractère variable et exponentiel qui leur est inhérent, et qui est amplifié par effet joule endogène, pour des composants dont la valeur est liée au système. Pour les composants et les facteurs qui sont externes au système de réglage, il faut distinguer en tout premier lieu les alimentations. Elles sont principalement de deux types, et composées des éléments suivants qui ont des conséquences très importantes sur leur fonctionnement. Si elles sont de type seffique, il y a un double enroulement cuivrique sur noyau ferrique (stockage calorique) donc effet ohmique, baisse de tension, diodes de redressement avec aussi des effets joule, filtres capacitifs, grande consommation et ronflements mécaniques dégradants. Si elles sont de type à découpage à thyristor, présence de diodes, résistances, filtres, et capacités, avec faible échauffement, quelques parasites, mais un rendement inférieur à 70 %. Par ailleurs, on a vu que dans les demandes de brevet N 04-13549, N 0413935, Na 05-00002, N 05-00457 et N 05-03041, la tension de fin de course du module de réglage par potentiomètre, ou par rotocontacteur, résistance variable, etc, était déterminée par un jeu ou une résistance complémentaire d'ajustage de tension sur la gâchette. D'autre part, de par le choix et le confinement d'une alimentation basse tension entre des valeurs étroites de 14 à 18 volts pour 500 à 800 mA de courant, et qui, en dehors de ces contraintes de fonctionnement, avait pour conséquence de dérégler tout le système mis en place. Les différents modèles d'alimentation disponibles, leur puissance à vide, la courbe de charge incurvée, les vices de fabrication sur le cuivre, sur l'isolant, et les différents genres de curseurs de choix de tension, les courbes de charge et réponse différentes anéantissent toutes tentatives de réglage uniforme, standardisé. D'un autre coté, la tension du réseau joue aussi, pouvant varier entre 200 / 240 Volts outre la périodicité et les pertes de charge dues aux autres matériels en fonctionnement. La tension continue des alimentations non stabilisées (régulés) ou voire stabilisées trop haut, ou pour une charge trop faible, devient au niveau de la gâchette particulièrement instable variable, flottante. Ceci d'autant que les résistances cms ne sont ni filtrantes ni stabilisantes, ne sont pas montées en diviseur de tension, et sont de coefficient positif amplificateur. Cette tension flottante très peu amortie par les résistances et le régulateur, se répercute intégralement sur le circuit d'application, d'où manque de régularité dans l'émission lumineuse, oscillations, et risque constant d'emballement thermique si le courant devient trop important. 20 25 50 2885271 2 Tous ces facteurs largement sous estimés montrent que la tension continue maximum désirée sur un circuit, peut être sensiblement différente de celle envisagé, en excès, et si l'on n'y prend garde, met en cause le réglage et le rendement optimum qui s'en trouvent affectés. En conséquence de tous ces dérèglements il a été nécessaire de trouver et d'apporter une solution définitive qui puisse enfin résorber tous ces disfonctionnements, la plupart étant dus aux alimentations basse tension avec leurs différentes puissances et voltages. Il s'agit donc de rendre le système de réglage par régulateur insensible à tous les agents extérieurs, dérèglements ci dessus énumérés, et non limitatifs. Le système de réglage proposé selon l'invention, vise à résoudre tous ces problèmes. La tension flottante selon l'invention devient contrôlée et la partie non désirée et non utile est éliminé en permanence par une diode typique et un schéma de connexion propre à l'invention. Plus précisément, cette limitation est effectué par une valve électronique bien connue sous le nom de zener, ou diode zener, spécialement conçue pour exploiter le claquage inverse. La tension de claquage ou tension de zener est ici relativement faible, ce qui permet ainsi selon l'invention, par un montage tout à fait inédit, nouveau et original, d'écrêter toutes les tensions destinées à la gâchette, et qui sont supérieures à la valeur de la zener utilisée. Selon l'invention pour une zener de 13 volts, celle-ci conduit lorsque la tension inverse est supérieure à la tension de zener, et dérive vers la masse ou négatif les tensions supérieures au delà de cette valeur de zener. Ces tensions au dessus de 13 volts ne peuvent plus croître, la zener limitant alors la tension sur la gâchette à sa valeur, d'où un régulateur ayant une plage de travail déterminée, à une tension limite fixée, à la fois restreinte et protectrice, ce qui allonge la durée de vie du régulateur, souvent dégradé par une usure prématurée due à l'effet joule. Plus précisément, cet écretage est effectué par une diode zener et sa résistance, et il est réalisé en sortie de potentiomètre ou de commutateur à cms, avant l'entrée de cette tension brute sur la gâchette (adj.) d'un régulateur LM 317 T. Sachant que la chute de tension dans le régulateur est proportionnelle à la charge utilisée, la valeur de la zener est fixé en conséquence à la tension maximum à atteindre sur le circuit, soit aux alentours de 12 volts. Le régulateur de type LM 317 T subit une chute de tension interne entre l'entrée V/in et la sortie V/out, de l'ordre 0.7 à 2 V selon l'application, et il est nécessaire d'en tenir compte pour tous les calculs de tension de zener, et si besoin est, remonter en conséquence d'autant la tension zener à la gâchette (Adj.) pour compenser cette chute interne, soit changer de diode. Cette chute de tension est d'environ -1 volt lorsque la gâchette est à 13 volts avec une charge de 40 leds basse consommation, et un circuit de réglage complet décrit ci après. On a donc à ce moment précis, une tension de sortie applicative qui avoisine les 12 V, valeur approchante sécurisée, recherchée sur tous les circuits filles ou autres selon l'invention. Cette limitation volontaire de la tension sur le circuit d'application a pour objectifs de satisfaire à des conditions de réglages déterminées et ou à des maximums propres à assurer la sécurité électrique du circuit, sous les différentes formes possibles, active, passive,cachée, mais aussi de satisfaire aux différentes normes, comme celle de l'industrie du jouet, du cinéma, etc. Connaissant la tension désirée sur le circuit secondaire ou d'application, soit ici aux alentours de 12 volts, on place en dérivation entre la gâchette et la masse, une zener qui limite et régule la tension appliquée à la gâchette à une valeur précise, et obtenir en contre partie une autre tension limitée et calculée pour une charge située après la sortie V/out du régulateur. 10 45 50 2885271 3 A l'heure actuelle, un commutateur ou un potentiomètre avec régulateur sans diode de zener, permettent de faire varier la tension de circuit entre 7.5 et 13.5 V maximum, selon le jeu résistif employé et imaginé, avec une tension d'alimentation transformateur en entré de circuit de commande, ou de réglage, de l'ordre de 18 volts. Dans le cas d'introduction d'une zener de 13 volts placé sur la plage entre la gâchette et le bornage haut d'une part, et la masse d'autre part, la tension maximum circuit tombe alors à 12.10 V pour une charge de 4 watt, ceci par le fait que la zener devienne passante à 13 Volts bloquant tout accroissement de tension dans le régulateur, et par conséquent sur l'application, ou, faut il le rappeler, le courant appelé et consommé est déterminé par la tension délivrée. La tension V/out circuit correspond à la tension d'entrée V/in moins la chute interne du régulateur, du fusible, des autres composants, des leds, et du bornage bas cros. Le réglage selon l'invention, consiste à placer sur la gâchette d'un régulateur LM317T une zener de faible puissance 0.5 w, 1 w, ou 1.3 w, de tension appropriée, soit par une diode unique, soit par tension composée avec plusieurs diodes. Ici pour une valeur de 13 volts, elle permet à ce que le point limite ou tension calculée envoyé vers la gâchette corresponde à la tension maximum délivrée admissible sur le circuit d'application, qui est ici fixé à 12 Volts et quelques, sous forme continue linéaire (potentiomètre) ou en paliers (commutateur à cms). Les 12 V maximum de différence de potentiel, s'entendent entre la masse et le circuit d'application fille. Il est évident que compte tenu des chutes et pertes de tension dans le semi-conducteur du régulateur (chute interne), mais aussi des autres composants à cette tension de régime, (fusible et ms de sortie) la tension de commande de la gâchette et de la diode zener, sont toujours supérieure de plusieurs dixièmes de volts, à la tension recherchée en sortie qui est ici, selon l'invention, toujours aux alentours de 12 volts et quelques dixièmes. Dans le cas d'un montage sur la sortie d'un potentiomètre Radiohm 4.7 K PB 160, à piste résistive ou d'un rotocontacteur type 417 à résistances cms montées en cascade à valeurs cumulés, avec toujours le même coté résistif à contrôler, il faut placer une résistance de zener selon les schémas habituels, avant ladite diode ceci pour la protéger en tension. La formule de la résistance de zener Rz = Ve - V z 0.5 x Iz max Cette formule correspond au cas de régulation par diode zener, la diode zener et la résistance de zener vont maintenir une tension fixe haute, aux bornes de l'utilisation. Mais en alimentation en courant fixe, on a R z = Ve - V z Iu + I z Cette formule se rapporte au montage selon l'invention, dans lequel la diode de zener et la résistance de zener, corrigent les variations de tension de source ou d'entrée, et en contre partie en tension zener maximum, le courant aura une valeur fixe, mais tenir compte facteur 2. Mais devant la résistance du potentiomètre shunté, ou des résistances CMS cascades de détermination de paliers de réglage du rotocontacteur, la valeur de cette résistance de zener est si faible, soit de l'ordre de quelques pourcentage d'ohm, qu'elle peut être négligée lors du montage, cela n'ayant alors aucune incidence pour le réglage de celui-ci. 2885271 4 R z = 15.5 - 13 = 50 ohms 0.5 x 0.100 R totale du potentiomètre ou de la cascade CMS du rotocontacteur = 2600 ohms ohms / 2600 ohms = 0. 0192 ou 1.92 % 5 On voit donc que la résistance de zener est très faible et peu significative, en comparaison de la résistivité totale des éléments de réglage et du très faible courant de gâchette, et qu'éventuellement, elle peut être omise dans certains montages, et s'en dispenser sans de trop grandes conséquence sur le fonctionnement et le montage de la zener et régulateur, dans certains cas, mais il faut une valeur totale résistive de 1500 ohms minimum avant la zener de la gâchette. Par ailleurs, la charge ohmique du variateur et du circuit, ensemble ou séparément, sont faibles aussi, à u/ max. Régulateur delta 1 V, A 0.25 P = 0.25 w ohm = 4 Circuit de 40 leds delta 12 V, A 0.25 P = 3 w ohm = 48 Résistance de bornage de sortie fusible inclus ohm = 6.8 Diode 4007 ohm = 0.2 Total ohm = 59.00 Pour une tension service d'environ 12.15 volts environ sur circuit de 40 leds BC, il se trouve que la valeur de zener la plus proche procurant cette valeur tension, est 13 volts, ce qui est très pratique car valeur réalisée avec une seule diode, d'où un montage et gravure simplifié, 25 de puissance de 1.3 W très suffisante, pour un courant max. de 0.1 A, outre un coefficient 2 Pw=Uv.Ia, ou:1.3W/13V = 0.1A Si l'on utilise deux ou plusieurs diodes, il faudra tenir compte des nouvelles chutes internes de ces zeners séries, voir à augmenter leur valeur pour toujours obtenir une tension de circuit à 12 V ou approchant. De même pour les grosses charges entre 50 et 350 leds, avec chute de tension importante, et pour obtenir aux alentours des 12 volts, on peut composer d' après le tableau ci après, des valeurs de zener toujours en croissance, pour ajustement Valeurs composées diodes zeners 250 mw, 0.4 w, 0.5 w, ou 1.3 w, pour 13 Volts et au delà 6.2+6.8=13.0V (tolérance5%) 5.6+7.5=13.1 V 5.1+8.2=13.3V 4.3+9. 1=13.4V 6.2 + 7.5 = 13.7 V 4 0 5.6 + 8.2 = 13.8 V, etc., (étant les tensions de claquage inverse) On peut ainsi, arriver à composer des montages avec plusieurs diodes zener en série, faite de tensions partielles, pour arriver à une tension de zener gâchette entre 11 et 18 Volts Les zeners ayant des valeurs entières et unitaires sont limités. Ainsi, sont disponibles 4 5 toutes puissances confondues:les valeurs: 10. 11.12.13.15.18.20.22.24.27 volts., etc. Les valeurs manquantes sont: 1.2. 3.4.5.6.7.8.9.14.16.17.19.21.23.25.26 volts, etc., par exemple pour obtenir une tension de service de 12.3 V, on utilisera 1 zener de 6.8 + 6. 2 V ce qui donnera 13. V, moins 0.70 volt environ de chute dans régulateur, mais la chute dans le 50 régulateur étant toujours en relation avec la charge, et la chute variant pour une autre zener. La composition est valable pour toutes tensions de services inférieures ou supérieures à celles données en exemple, et même utiliser des diodes compensées en température. 2885271 5 Par exemple, en cas de tension de sortie circuit de 11.4 v, on composera dans l'autre sens, la tension de gâchette à l'aide de 2 diodes zener à savoir, 5.6 v + 6.8 v = 12.4 v, la différence de 1 volt environ correspondant à la chute de tension pour une charge de 50 ohms, mais qui est à recalculer selon la valeur réelle de la charge sur le circuit d'application. Si la consommation est trop importante dans un montage à plus de 40 leds, la chute de tension interne s'amplifie, d'où une tension de circuit plus basse, et nécessité de la remonter en même temps que celle de la gâchette par une valeur zener plus élevée, avec éventuellement un nouveau montage résistif sur le circuit mère pour la nouvelle valeur zener. Pour le jouet, et pour une tension de sortie V/out de 6 v, on réalisera une tension de gâchette composée à l'aide de 2 zeners, à savoir, 3.3 v + 3.6 v = 6.9 v, à laquelle il faudra retrancher moins de -1 volt de chute de tension dans le régulateur, ainsi que vérifier la charge. Par exemple la valeur 14.5 V n'existant pas au catalogue, on la réalise en la composant avec 3 diodes:5.1 + 5.1 + 4.3 V, mais il faut tenir compte des trois chutes internes, à réajuster. Selon l'invention il est possible d'utiliser des zeners spéciales programmables type TL431CLP La tension de sortie circuit est la valeur de zener, moins la résistance interne du régulateur, et des charges résistives constituées par la résistance de bornage basse, du fusible, des autres composants aval, et des 40 leds sur le circuit d'application selon l'invention. Par exemple pour un appel de courant à 0.47 A ou forte puissance, avec une zener de 13 V la chute dans le régulateur est de l'ordre de 1.75 V, soit 11.15 V sur un circuit avec 40 leds à grande consommation (GC), soit une chute de tension trois fois plus importante dans le régulateur, outre l'effet joule, d'où nécessité théorique de remonter la valeur zener à 13. 75 ou 14 V minimum, accroissant encore la consommation, mais qui ne sera jamais effectué pour des raisons évidentes de sécurité, la puissance circuit devant toujours rester sous les 4 watt. La chute de tension dans le régulateur, n'étant que la conséquence de l'impédance des éléments du circuit d'application et des autres composants aval au régulateur, à ajuster. Selon les leds utilisés, notamment quant à leur couleur dénotant un substrat d'une nature résistive inconnue, et par rapport à un réglage classique à base de led rouge BC, l'impédance totale du circuit change, la tension d'entré circuit varie, d'où un nouvel ajustage en tension de la gâchette du régulateur, par zener, pour obtenir aux alentours des 12 volts sur l'application. Le calcul des impédances d'un nouveau circuit et de son ajustage en tension sont indispensables quand à son homogénéité, sa mise en service, bridage et sa diffusion commerciale. Les leds concernées sont toutes les leds, jaunes, vertes, oranges, diffus, clair, ou autres couleurs et formes, notamment de chez Kingbright, non exhaustif d'autres fabrications. Pour utiliser correctement une zener, il faut que la tension préalable d'attaque sur la gâchette soit supérieure à la valeur de cette zener, soit 13.5 V d'attaque minimum par exemple pour une zener de 13 V, ce qui fait 1/2 volt à éliminer, à écrêter par cette zener. Il faut que le claquage inverse soit net, d'où une tension à écrêter largement excédentaire celle-ci n'étant limitée que par celles des alimentations du commerce. Cette zener procure au circuit une protection totale vis à vis de toutes les valeurs de tensions élevées. Le calcul de la chute de tension entre un circuit mère déconnecté d'un circuit fille puis reconnecté à ce même circuit, est sans signification. Dans une application avec potentiomètre type PB 160 de 4.7 k, en position maximum avec une alimentation à découpage non stabilisé de marque Egston de 24 V 500 mA sans zener, on observe une tension circuit de 15.52 Volts prise entre le positif sur le circuit d'application et la masse. 20 25 30 35 2885271 6 Après branchement d'une zener de 13 V, on observe une dérivation et une chute de tension de 2.52 V et une tension circuit de 12.10 V, soit une perte ou chute interne de 0.90 V déjà constaté entre la gâchette et circuit fille. Ceci démontre le rôle fondamental joué par la zener. Le très faible courant nécessaire à la gâchette, impose un égal courant de fuite aussi peu significatif dans la zener, de l'ordre de 2.66 ma, ce qui permet compte tenu de ce courant et de la puissance nominale de la zener, d'accepter des tensions élevées jusqu'à 40 Volts. Le double objectif atteint en réalisant ce réglage limité par zener, est de pouvoir enfin utiliser en toute tranquillité n'importe quelle type d'alimentation supérieure à 15 volts, par écretage, et d'autre part de fixer en même temps de manière définitive la tension maximum sur un circuit applicatif, par le contrôle de la tension maximum et de la chute de tension dans le régulateur, l'utilisation de la zener étant la stabilisatrice de tension, ayant ici un double effet. Cette suppression de l'importante partie résiduelle de tension flottante est impérative et indispensable, celle-ci étant nuisible au système de réglages et dangereuse pour le circuit. Dorénavant, tout déréglage dangereux à la hausse, hors des limites de conception du circuit ou de prescription par l'alimentation, devient totalement impossible. La sécurité y gagne en totalité, et elle est dénuée de toute contrainte. Cette sécurité est assuré pour tous types d'alimentation se trouvant sur le marché et s'étageant entre 15 et 24 V, de 0.5 à 3 A, valeurs qui sont largement suffisantes pour les applications selon l'invention, et quels que soient leurs genres, du type stabilisé ou non stabilisé, seffique ou à découpage. Le régulateur avec dissipateur, devient ainsi un montage de base à tous les circuits avec un réglage en tension avec des alimentations au dessus de 15 volts, car cette limitation de la tension maximum garantit précision, sécurité, fiabilité, et stabilité. Il faut rappeler que le très faible appel de courant pour la commande de la gâchette, limite de fait la puissance maximale rentrant dans la zener, ici de l'ordre de quelques mA, soit un égal courant zener et gâchette au dessus de cette tension zener, d'où l'intérêt sur le plan pratique que les diverses tensions maximum des alimentations se trouvant sur le marché ne risqueront pas d'emballer et de détruire la zener par surintensité, car l'appel de courant est insignifiant. Cependant, Il doit y avoir un minimum de courant I z pour opérer correctement, la caractéristique d'une zener étant de maintenir une tension constante lorsque un courant varie, Ainsi, avec une arrivée de tension de 18.5 V sur la plage, et une diode zener de 13 V connectée selon la description de l'invention, il y a un différentiel de potentiel local de 5.5 V à écrêter sous un courant de 2.66 ma, ce qui est très suffisant, et en commun avec la gâchette. Ces éléments donnent une puissance rayonnée de (Pw = Uv.Ia) 0. 01463 Watt, ce qui représente le 1/17 de puissance de la diode utilisé ici, qui est ici de 250 mW, soit la puissance minimum de base, procurant de fait une sécurité totale, et rendant par cela impossible tout claquage de la diode par dépassement de puissance et emballement thermique, libérant alors la tension de gâchette (Adj.) et celle du circuit d'application. La puissance dissipée du régulateur est Pw max = (Uin-Uout) x I, soit: 13 V12.1V x (0.25) = 1 x 0.25 = 0.25W environ Le courant maximal dans la zener correspond au cas ou l'utilisation est débranchée, qui est impossible par construction, résistances de bornage, fusible, même en cas de minimum ou d'arrêt, que ce soit avec potentiomètre au commutateur à cros, il y a toujours un courant de fuite, manométrique, avec tension résiduelle sous le bornage bas, de + 7.5 V vers le circuit. 25 2885271 7 La gâchette par construction, est insensible aux variations et aux courants d'utilisation, et n'agit que par prélèvement infime sur la base. La chute de tension interne dans le régulateur est provoqué par le courant d'utilisation et non par le courant de la gâchette (Adjust.). En pratique, la fourchette de tension d'arrivée sur la plage est plus restreinte, et varie entre 14 et 18 V, ce qui élargi et agrandi le potentiel de sécurité énoncé plus haut. Le montage de la zener et de sa résistance, permet un réglage quasi universel de toutes les alimentations par des régulateurs de tension ajustable, limité seulement à la tension maximum fabricant. Pour les circuits de puissance, on fait appel à d'autres types d'alimentation pouvant aussi utiliser une diode zener, dite spéciale à tension réglable, avec le même principe, et la possibilité de monter un LM 723 de 150 ma pour 2 ème réglage de la zener variable, le régulateur étant un autre LM 350Kou338K. La résistance de zener, viendra s'ajouter avec la valeur des résistances cms de bornage haut arrivant sur la gâchette dans certaines applications, car on a vu précédemment que sa valeur était si faible, que son montage pouvait devenir facultatif, voire inutile. Selon l'invention, l'utilisation d'une diode zener entre gâchette et masse, concerne tous les réglages en tension par régulateur, avec potentiomètre ou avec rotocontacteur à cms, pour les moteurs, les luminaires, les lucioles, et tout particulièrement selon l'invention, les leds ou diodes électro luminescentes en série de 5, et multiples, non limitatif d'autres montages série, notamment par les nouvelles leds mises sur le marché récemment, à impédance différente. L'absence de dispositif de limitation en tension de gâchette (Adj.) des régulateurs ajustables a rendu indispensable ce montage atypique par utilisation d'une zener devenue ainsi l'unique et seul moyen de référence en tension de réglage, irremplaçable au régulateur LM317 et autres pour obtenir des tensions de service régulées à limiter entre 6 V et 34 V, selon l'invention. S'il faut une plage avec une tension de 14 V, 15 V, 16 V, 17 V ou autre, la valeur de la zener sera augmentée, et le montage résistif devant débiter la tension de réglage de gâchette (Adj.) tel qu'un potentiomètre, ou un commutateur à cros, et autres cms, ne seront plus dutout les mêmes. Les valeurs en seront modifiées augmentées pour obtenir cette nouvelle tension d'arrivée théorique sur la de plage, qui doit toujours être supérieure à la tension de la zener utilisée, outre la chute de tension due à la résistance de zener, dont il faudra tenir compte pour obtenir cette tension théorique d'attaque, bien supérieure à la valeur de la zener employé, pour un écrétage net et efficace. De même, l'alimentation externe par transformateur basse tension continue sera revue en conséquence, et l'on devra augmenter d'autant tension et courant de sortie, qui passeront selon le besoin de 15 à 18, ou de 18 à 20, ou de 20 à 24 V et de 0.5 à 1.5 A et plus. Le réglage apparemment simple par zener est en réalité délicat et il impose des calculs. Il doit tenir compte de la tension d'entrée, les valeurs résistives pures, plus celles des autres composants, des variantes de fonctionnement, de montage, et de toutes les chutes de tension. Il y a donc un choix et un ajustage de tension pour une certaine valeur de zener, et qui, compte tenu de la partie flottante résiduelle et excédentaire qu'il faudra calculer aménager et canaliser pour ensuite l'éliminer par zener, sera à effectuer en totalité lors de la conception des nouveaux circuits, notamment les circuits mère-fille, et autres à venir selon l'invention. 35 40 2885271 8 Cette généralisation du contrôle de tension du circuit par le contrôle de la tension de gâchette par zener selon l'invention, rend enfin possible quelque soit la tension en provenance du ballast ou de l'alimentation, un réglage définitif de la tension limite, supérieur en qualité, en régularité et en sécurité, n'ayant rien à voir avec celui utilisé auparavant, qui était caractérisé par une tension libre, variable, flottante généralisée, plus ou moins amplifiée par effet joule. C'est donc une alternative définitive, heureuse, sérieuse, pratique et indispensable pour la mise au point de circuits sécurisés, contrôlés, avec réglages fins, précis, et de tous types. C'est enfin se libérer de l'emprise des fondeurs qui ne veulent fournir de régulateurs ajustables type classiques, limités à des tensions divisionnaires déterminées, selon un choix de croissance volt par volt et qui puisse donc être réglable jusqu'à cette valeur de tension limitée. En effet, dans le cas présent le LM 317 T se règle jusqu'à 37 volts, donc en dessous de cette valeur et non pas au dessus, valeur qui devrait déjà être descendue vers 25 ou 20 volts. Pour ces régulateurs ajustables classiques, les valeurs en dessous des 37 V n'existent donc pas et ils ont par ailleurs, une forte chute de tension interne, de l'ordre de 0.7 à 2 volts, du fait que celle-ci est amplifiée par le courant débité, et l'effet joule engendré. Cependant, des régulateurs ajustables à faible chute interne (low drop) existent pour des valeurs jusqu'à 34 volts, série LM 2940, ils forment une bonne alternative, mais ils sont surtout utilisés de préférence pour les basses tensions, 3.3, 5, 9 Volts ou leur faible résistance interne est exploitée. La diode zener et sa résistance sont montées sur ces régulateurs selon les mêmes modes que les régulateurs classiques; avec les mêmes calculs, y compris les bornages. le LM 2941 CT Low Drop est réglable jusqu'à la tension de 20 volts, trop haute, avec l'incongruité d'un brochage à 5 pattes, inadapté aux montages simples et rapides, et entraînant un circuit compliqué outre un montage fastidieux de la zener. Les low drop utilisables figurent aussi dans la série des régulateurs type LT 1086 à 1083 CP, particulièrement à 34 Volts. De même, il y a le LM 1185 CT, mais il possède également 5 broches problématiques, et seul reste le LM 1083 CP mais en boîtier TO3 P, trop volumineux et trop coûteux. Ce contrôle de la tension maximum de réglage circuit par diode zener selon l'invention, a été recherché d'une part pour obtenir un rendement lumineux optimum, mais aussi d'autre part connaissant les méfaits évidents des dérives thermiques d'un système sans contrôle, de préserver toutes les qualités techniques du montage, des composants, et ne pas les soumettre ainsi que les autres éléments du circuit, tel les décors à des contraintes dommageables. Ce contrôle vise aussi les fortes différences de potentiel locales qui sont dues aux très 4 5 nombreux tracés de piste, avec succession continue d'îlots en chute permanente de tension. Il y a aussi les très nombreuses soudures à cheval entre îlots, et qui par certains de leurs défauts ne manqueront pas d'être disruptives si une surtension vient à être provoque par un dérèglement quelconque, même en interne, malgré et hors des tests et contrôles en fabrication. Les différences de tension permanente sur toute la surface du circuit, présentent donc de gros risques d'amorce de court circuit, de perçage du circuit, et ignitifs qu'il faut maîtriser, voire éliminer, et qui peuvent aussi entraîner à court terme, la destruction du circuit et de ses composants, et aussi des éléments formant le support, et ceux de son environnement direct. 15 35 40 2885271 9 Pour des tensions d'application non entières, la valeur de tension de gâchette sera une composition de différentes valeurs de zener disponible. La tension de zener étant par définition toujours supérieure à la tension de sortie V/out, et plus encore, à celle du circuit, du fait des chutes de tension propre au régulateur, à la résistance de bornage bas, et à celle du fusible. L'intérêt d'une telle diode consiste en ce qu'elle est bloquante sous sa Valeur Nominale donc permet un réglage par montages résistifs, variable, linéaire ou logarithmique, ou paliers, et qu'elle devient passante à sa V. N d'où une montée en tension stoppé avec arrêt du réglage et élimination de la tension fluctuante, flottante. Le corollaire en est un calibrage extrêmement précis de la tension sortante, V/out, pour l'application. A partir de ce principe et connaissant la chute de tension dans le régulateur, plus les composants avals, dont ceux du circuit d'application, on peut déterminer très précisément la tension maximum sur un circuit d'application ou de fonctionnement. Ce contrôle est fondamental pour satisfaire aux nombreux préceptes sur la sécurité, la qualité, la longévité, et le respect des normes d'utilisation. L'intérêt d'une telle diode et de son montage selon l'invention, est donc de fournir à un circuit une tension maximum contrôlée et autorégulée, tout en préservant le réglage en tension puissance de ce circuit, jusqu'à cette valeur maximum décidée, déterminée. 2 5 On peut calculer la valeur de la zener en partant à l'envers. Soit, la tension de service du circuit, plus les composants avals, tels fusible, résistances diverses, capacités, plus la chute interne régulateur, le total donnant la tension de zener approchante, à vérifier avec l'appel en courant pouvant accentuer la chute dans le régulateur, d'où une tension zener à remonter. Selon l'invention, et en prenant en compte à chaque fois la chute de tension dans le régulateur, on peut utiliser 1 zener de 14 V ou plus pour une tension circuit de 13 V environ, une zener de 15 V ou plus pour une tension circuit de 14 V environ, mais aussi, avec plus que cet écart de 1 V environ, si le courant augmente et accentue la chute interne du régulateur Ceci toujours pour rester toujours à la même valeur déterminée circuit, soit +12 volts environ. Par ailleurs, on peut aussi utiliser une zener de 12 V pour une tension circuit de 11 V, et ainsi de suite avec les ajustements nécessaires, mais cela n'a aucun intérêt dans le cas des leds quand elles sont montées en série de 5, la plage de réglage étant alors trop restreinte pour restituer une brillance significative, ce qui n'est pas le cas des lucioles, luminaires, moteurs,etc. La tension élevée aussi ne représente aucun intérêt quand à la luminance des leds, car aux alentours de 12.5 V, le rendement luminance / consommation n'est plus proportionnel et l'on assiste seulement à un accroissement dangereux et exponentiel du courant. Le système devient un système bouclé à réaction positive, c'est un système instable. Au delà de cette tension de 12.5 V, l'augmentation de température contribue aussi à l'accroissement du courant, et la puissance consommée dans les jonctions augmentent à nouveau, et par conséquent, la température va encore croître. Cela ne peut que conduire à la dégradation très rapide des diodes par emballement thermique et claquage, et ne peut répondre aux règles de sécurité si minimales soient elles, et conceptuelles, voire réglementaires, d'où nécessité d'un limiteur électronique. 20 40 2885271 10 Dans le cas d'un rotocontacteur à 12 positions ou autre, avec résistances cms cascade série spécialement calculées, et à la dernière position la plus résistive, il y a une tension sortie du commutateur de 14.5 V, soit qu'il reste à éliminer cette tension flottante de 1.5 V par la diode zener. Cette tension de zener de 13 V assurera donc, toujours compte tenu de la chute dans le régulateur, une tension avoisinant 12,10 volts sur l'application, et qui sont recherchés. Cette zener et sa gravure particulière manquaient sur les premiers circuits réalisés sur époxy 8/10, cet élément indispensable de réglage et de sécurité, a été difficile à mettre au point 10 ayant été par ailleurs, cherché durant très longtemps. La zener (1) selon l'invention est placée et soudée sur la zone C (26) d'arrivée du cms de 1.1k de bornage haut (7) qui relie la patte du potentiomètre (11) ou aussi placé et soudé aussi sur la zone B (25) d'arrivé du cms de 1.2 k de bornage haut reliant le bras de sortie (5) du commutateur 417 à cms (10-12) . Sur ces zones C ou B (25,26) respectivement, et avant la gâchette (4) du régulateur (3) est soudé le coté cathode (32) de la zener, le coté anode (31) étant soudé directement sur la piste (23) extérieure gauche (H) au négatif, cas avec un potentiomètre, ou sur la piste négative gauche (23,H,18) cas avec un commutateur rotatif. Cette diode zener est soudée longitudinalement (34) au bord supérieur du circuit (33) imprimé, à cheval entre les deux zones B et H, (25,23) avec gravure (6) explicités plus haut. Tous ces éléments sont montés sur un circuit mère (16) ou de commande, le circuit fille ou d'application ( 17) portant des leds et étant connecté au circuit mère par des ressorts (14), fixé sur les zones H et G (23-24) du circuit imprimé mère, en résine epoxy. Dans le cas de réalisation d'une tension avec zener à valeurs composées, par exemple (6.2+6.8) elles sont montés série l'une à la suite de l'autre, dans des secteurs gravés (20) spéciaux multiples, étant toujours disposé à cheval entre la zone de gâchette et la piste gauche, au négatif pour laisser le plus de place possible au soudage du ressort de contact gauche (19). Selon l'invention, la partie cathode de la zener est soudé coté gâchette sur la petite (9) plate forme B ou plage après les résistances de bornage haut, de 1.2 k, placées après les cms du rotocontacteur, ou de fin de piste du potentiomètre, la base de la zener ou anode étant toujours soudé au négatif, sur la piste gauche du circuit imprimé (6). Cette plate forme ou plage (9) peut servir à la fois de lieu de soudure de la gâchette du régulateur comme dans la demande de brevet à variateur soudé, ou aussi d'emplacement de soudure d'un des fils (35) d'un connecteur volant (17) pour régulateur, propre à la connexion de la gâchette en sortie de régulateur, on a V/out (26), le fusible (13) à cheval entre D et F (28-27) et les cms (10) de bornage bas (8-29). La résistance de zener (2) s'il y en a une, est placé sur l'arrivé de courant la plage zener gâchette (9,1,4) du régulateur (3). Par ailleurs, si pour des raisons de sécurité encore plus drastiques, ou autres impératifs il faut au circuit d'application une tension davantage maîtrisée, il faut utiliser une autre zener en sortie de régulateur Notamment dans les cas nombreux d'échauffement du régulateur, pour toutes causes endogènes et exogènes ou l'accroissement de température ambiante est due à des phénomènes extérieurs, ou des conditions exceptionnelles et anormales. 20 35 40 45 50 2885271 11 La plaque dissipatrice n'ayant plus son rôle refroidisseur, mais de coélévateur thermique. En conséquence le régulateur peut subir une dérive thermique exponentielle, ce qui aura pour conséquence un accroissement de tension et de courant délivré, avec nouvel effet thermique. L'utilisation de cette zener d'affinage ou de coté circuit a pour but A affiner à froid, la tension du circuit d'application ou secondaire B contrôler à chaud, la tension par avalanche complémentaire, avec le poste A La tension de service vers le circuit d'application peut être réduite et maîtrisée, la diode zener de gâchette effectuant un premier dégrossissage ou un calibrage préliminaire sur la tension de commande de gâchette. Ainsi par exemple une tension V/out de 12.10 V arrivant sur le circuit, peut être réduite à 12 V par la zener de circuit de cette valeur, laquelle agit indépendamment de la première, et n'étant par ailleurs pas reliée au précédent système de régulation, mais placée seulement sur la sortie V/out, ce qui évite les conflits des séries pour des éléments actifs, et assure par cette dissociation et indépendance, une meilleure maîtrise des effets thermiques. La tension au dessus de cette valeur nominale de 12 V étant à nouveau écrêtée par cet effet d'avalanche bien connu, le surplus est dérivé vers la masse ou le négatif du système. La résistance de zener coté circuit reste à calculer, ci-après, et si elle s'impose dans un certain nombre de cas, son emplacement est avant la diode zener, sur le circuit de commande ou d'application, le tout dans des secteurs intentionnellement gravés et fonctionnels. La zener de circuit, coté circuit, est placée soit sur le circuit de commande, soit sur le circuit secondaire, et elle a le même effet sur le réglage que la zener de gâchette, et elle vient uniquement en complément de celle-ci, car autre origine et processus technique, mais à savoir qu'elle permet toujours une amélioration du réglage en tension du circuit d'application. Celui-ci est formé principalement de leds en réseau de 5, ou série de 5, et multiples. Cette zener de circuit ou d'affinage de tension dont il faut tenir compte de ses caractéristiques, est une zener de référence en tension exacte, ce que ne pouvait procurer la zener de gâchette, compte tenu des chutes variables et mouvantes dans le régulateur, si minimes soient elles. Cette autre zener d'affinage est facultative, le fabricant se réservant le droit et ou l'obligation de la monter selon la précision à apporter au circuit d'application Avec une diode zener 12 V, 0.5 W, l'intensité maximale que supporte la diode correspond à la formule 4 5 p wz = Vu z. I a z max, ce qui donne Iz max = 0.5/12 = 0.0416 A soit 42 mA A) Valeurs maximales résistance de zener coté circuit, alimentation courant variable a) Si 12.10 V à écrêter (0.10 V) Rz = 12.10 - 12 = 0.10 4,76 ohms 0.5 x 0. 042 0.021 b) Si 12.30 V à écrêter (0.30V) 25 2885271 12 Rz = 12.30- 12 = 0.30 14.29 ohms 0.5 x 0.042 0.021 Puissance Résistance: Pw = R.12(1), Pw = U. I (2) a) Pw (1) 4.76 (0.021)2 = 0.002 W b) Pw (1) 14.29 (0.021)2 = 0. 006 W a) Pw (2) 0.10 (0.021) = 0.002 W b) Pw (2) 0.30 (0.021) = 0.006 W B) Valeur maximale résistance de zener coté circuit, alimentation à courant fixe 0.23 A ou différent, par exemple, et selon le type de montage et de leds montées a) si 12.10 V à écrêter (0.10 V) Rz = 12.10- 12 = 0.10 0.230 0.230 b) si 12.30 V à écrêter (0.30V) Rz = 12.30 -12 = 0.30 0.230 0.230 Puissance Résistance: Pw = R. I 2 (1) , Pw = U.1(2) a) Pw (1) 0.44 (0.230) 2 = 0.023 W b) Pw (1) 1.30 (0.230)2 = 0.068 W a) Pw (2) 0.10 ( 0.230) = 0. 023 W b) Pw (2) 0.30 ( 0.230) = 0.005 W On voit dans cet exemple que les résistances cms suffisent largement en puissance et que leur taille est un atout très important, et qu'elles peuvent être omises ou compensées dans certains montages, vu leur faible valeur, avec certains autres composants. Les diodes zener de gâchette et de circuit sont en fait à utiliser en pool ou ensemble car on ne peut être certain de la tension sur le circuit qu'avec la seule zener de gâchette, pour les différents problèmes et les divers éléments déjà évoqués plus haut. Dans le cas d'une alimentation folle, A.F, c'est à dire non régulée et/ou non stabilisée, et à moyenne tension soit, entre 18 et 37 VCC et/au plus, et sans zener de gâchette, la tension V/out circuit, soit après régulateur, exige un redressement très important pour rester dans la tension prédéterminée, qui est ici selon l'exemple de 12 volts en réglage position maximum. Le LM317 acceptant 37 volts d'entrée maximum, nous sommes arrêtés par cette valeur. Exemple d'une tension circuit après le régulateur 16 V, V/out, sans zener de gâchette Avec 16 volts, il est à envisager un appel de courant de 0.5 A au minimum, jusqu'à 1 A le courant circuit d'application étant bien de 0.25 A maximum dans un montage à 40 leds BC. Il est à revoir pour recalculer des limites, selon les montages à réaliser 20 25 40 0.44 ohms 1.30 ohms 2885271 13 a) 16V-12V = 4 8 ohms 0. 5 A 0.5 Puissance résistance Pw = R. I 1) , P w = U. I (2) Pw (1) 8 (0.5) 2 = 2W Pw (2) 4 (0.5) = 2 W Mais si I = 1 A Alors on a: Pw (1) = Pw (2) = 4 W Ces dernières puissances de 2 et 4 W sont énormes à dissiper, elles nécessitent un dispositif spécial et très compliqué, et s'ajoutent aussi à celle du régulateur, ici 2 W pour 18 V et 0.5A (16V-(16+2)=2Vx0.5A=1 à 2 Watt) que doit déjà évacuer la plaque dissipatrice, soit 2+4W. Nous voyons dans ce cas d'une A.F associée à une seule zener pour l'ensemble de l'appareil, et située en entrée du circuit d'application, cela conduit par la valeur de tension et du courant à redresser, à l'utilisation d'une résistance de puissance incompatible avec les circuits actuels. Il sera donc très difficile de placer cette résistance sur les circuits de commande, d'application si ce n'est impossible, vu le dégagement nécessaire et le caractère exigu des emplacements, de même sur le dissipateur, outre un dédoublement nécessaire pour des raisons de sécurité. L'usage de la diode zener de circuit est donc par conséquent destinée uniquement à affiner la tension entrant sur le circuit d'application, à une valeur précise, outre un rôle de correcteur d'une dérive possible de la tension sortant du régulateur (effet joule), mais ne pouvant jouer le rôle principal dévolu à la zener de gâchette, et en remplacement de cette dernière. De ce point de vue, on peut considérer, que la première zener de gâchette, est une zener de dégrossissage de tension, et que la deuxième zener de circuit et une zener d'affinage de tension, faisant suite au branchement de la première sur la gâchette. La première zener pouvant être utilisé sans la seconde mais pas l'inverse, au vue des dérives et effets inéluctables. Tout cela veut dire que le placement de la première zener de gâchette est largement justifiée notamment par le très faible courant de gâchette, qui ne peut mettre en péril ni sa construction ni son utilisation, mais au contraire valide sa fonction essentielle de stabilisateur de tension. On voit donc que l'utilisation d'une zener, ou de plusieurs zeners permettent de sauver un système bâtard, grossier, à défauts multiples, et de le transformer en un tout autre système, à hautes performances, et avec une amélioration incontestable de la sécurité et du système de fonctionnement. 10 40 45 50 2885271 14 Le nombre de diodes zener totale sur un ensemble complet selon l'invention, circuit mère ou circuit de commande, et circuit fille ou secondaire ou d'application, n'étant en aucun cas limité, si des tensions partielles sont à envisager, et aussi avec tous autres types de zener possibles et les nombreuses résistances de zener possibles. Ce montage à diode zener est extrapolable à un montage ou le régulateur LM317 est directement soudé en pont sur le circuit mère comprenant potentiomètre ou commutateur à cms, et autres cms, le tout adjacent sur le même circuit, mais aussi, séparé de celui-ci, externe, par localisation dans un autre endroit, dissocié ou bien arrangé en 2 ou 3 parties, à savoir le système de réglage, le système de régulation, et le système de connexion la troisième patte du régulateur étant la V/in (30) zone I, par commande filaire à distance, en boîtier externe. La diode (21) de contrôle polarité 4007 protège le circuit d'une entré inversée haute tension ce que ne peut assurer le régulateur assez fragile. I1 peu être aussi monté sur le circuit mère des condensateurs (22) de filtrage et ou d'antiparasitage, propre au régulateur et ou au circuit. Lorsque le système de commande du régulateur sera réalisé à distance avec conducteur à 3 ou à 5 fils, boîtier externe, la zener pourra être placée soit à proximité du composant actif régulateur, soit à coté des composants passifs, potentiomètre, commutateur 417 ou Lorlin, à multipositions de contact, ou autre type de régulateur ajustable résistif. Ce montage, réglage et contrôle de tension par diodes zener, selon l'invention, pour les circuits mères et les circuits d'application ou filles est applicable et extrapolable à toutes mes demandes de brevet passées, en cours, et à venir, telles les demandes N 04-13549, 04-13935 05-00002, 05-00457, 05-03041, et autres, non limitatives à toutes mes autres fabrications en cours et à venir, et autres que les systèmes à leds. 15 20 25 2885271 15 Numéro Description figures 1 Zener (diode de) 6 2 Résistance de zener 6 3 Régulateur LM 317 T 6 4 Gâchette adj. 6 Bras de sortie 6 6 Secteur gravé 6 7 Bornage haut 6 8 Bornage bas 6 9 Plage tension pour gâchette zener 6 cms 6 11 Potentiomètre 6 12 Rotocontacteur ou commutateur 417 ou lorlin 6 13 Fusible 6 14 Ressorts 6 Résine epoxy 6 16 Circuit mère ou de commande 6 17 Connecteur femelle 6 18 Piste gauche du circuit imprimé 6 19 Ressort contact gauche 6 Secteur de gravure zener série 6 21 Diode 4007 6 22 Condensateurs de filtrage et ou antiparasitage 6 23 ZONE H piste gauche anode Z masse négatif départ fille 5 24 ZONE G piste droite positif départ fille 5 ZONE B plage cathode Z bornage haut et gâchette 5 26 ZONE C sortie V/out 5 27 ZONE F fusible à cheval 1 patte avec D 5 28 ZONE D fusible à cheval 1 patte avec F 5 29 ZONE E bornage bas cms 5 ZONE I V/in 5 31 Zener anode 6 32 Zener cathode 6 33 Circuit imprimé 6 34 Diode zener soudée à cheval longitudinalement entre B et H 6 Soudure un des fils connecteur volant pour gâchette (adj.) 6 16 REVENDICATIONS 1) Circuit de régulateur de tension pour circuit à leds série, caractérisé en ce que la tension limite de sortie V/out, est réglée par une diode zener (1) de tension limite 2) circuit selon revendication 1, caractérisé en ce que la tension de seuil de la diode zener limite la tension arrivant sur la gâchette à cette valeur de seuil, en dérivant toutes les valeurs supérieures vers la masse ou négatif 3) circuit selon revendication 1, caractérisé en ce que la cathode (32) de la zener est soudée sur une plage (20,25) ou est également soudée la gâchette (4) du régulateur (3) ou de celle d'un des fils (35) d'un connecteur volant (17) pour régulateur (3) 4) circuit selon revendication 1, caractérisé en ce que la tension de la zener est supérieure à la tension maximum délivrée à la charge d'application ou circuit à leds (33) 5) circuit selon revendication 1, caractérisé en ce que la zener est montée en dérivation sur la gâchette, anode (31) coté masse, entre le bornage haut (7) d'un potentiomètre ou d'un commutateur rotatif (12) à cros et le régulateur 6) circuit selon revendication 1, caractérisé en ce que la valeur effet de seuil zener, peut être composée à l'aide de plusieurs diodes zeners montées en série 7) circuit selon revendication 1, caractérisé ne ce que le régulateur de tension comporte en sortie V/out, une diode zener de circuit ou diode d'affinage de tension ou diode de circuit 8) circuit selon revendication 7, caractérisé en ce que la tension au dessus de la valeur de la zener étant écrêtée, le surplus est dérivée vers la masse ou le négatif du système 9) circuit selon revendication 7, caractérisé en ce que la zener de circuit ou d'affinage disposée en sortie V/out de régulateur, peut être placée soit sur le circuit (16) de commande, soit sur le circuit d'application ou secondaire (33). 10) circuit selon revendications 1 et 7, caractérisé en ce que le circuit complet peut comporter plusieurs diodes zeners montés sans résistance (2) de zener