Brevet FR2936119A1 — publié le 20100319

Dispositif de commande incluant un capteur photovoltaïque La présente invention se rapporte à un dispositif de commande d'un circuit électrique. Ce dispositif présente la particularité de comporter un capteur photovoltaïque permettant notamment de convertir une énergie lumineuse en une énergie électrique. Il est connu du brevet FR 2 606 912 ou FR 2 618 242 un dispositif émetteur autonome utilisant un capteur photovoltaïque permettant de générer une énergie électrique suffisante pour émettre un signal à destination d'un récepteur distant commandant un appareillage électrique. En plus du capteur photovoltaïque, un tel dispositif comporte un bouton-poussoir de commande mécanique actionné pour l'émission du signal à destination du récepteur. L'utilisation d'un bouton de commande mécanique présente deux inconvénients majeurs qui sont la sensibilité à l'usure et un encombrement important. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de commande d'un circuit électrique qui soit compact, qui puisse être complètement autonome et qui ne soit pas soumis à l'usure de pièces mécaniques et à l'encrassement. Ce but est atteint par un dispositif de commande d'un circuit électrique qui 20 comprend : un capteur photovoltaïque pour convertir une énergie lumineuse en une énergie électrique disponible pour le dispositif, des moyens de détection pour détecter la présence d'un doigt ou d'un objet sur le dispositif, 25 les moyens de détection utilisant le capteur photovoltaïque pour détecter la présence du doigt ou de l'objet sur le dispositif. Selon l'invention, le dispositif détecte la présence d'un doigt ou d'un objet sur sa tête de commande et est donc insensible à la couleur de l'objet ou du doigt. Celui-ci 30 pourra être détecté qu'il soit de couleur claire ou sombre. 2 Selon une particularité, le capteur photovoltaique comporte au moins une cellule photovoltaïque de détection et au moins une cellule photovoltaïque de référence. Selon une autre particularité, le dispositif comporte un condensateur associé à la cellule photovoltaïque de détection et un condensateur associé à chaque cellule photovoltaïque de référence. Chaque condensateur est monté en parallèle par rapport à sa cellule photovoltaïque respective. Selon l'invention, le rapport entre la surface de la cellule photovoltaïque de détection et la capacité de son condensateur associé, est égal au rapport entre la surface de chaque cellule photovoltaïque de référence et la capacité de leur condensateur associé. Selon une autre particularité, le dispositif comporte un condensateur principal destiné à être chargé par chaque condensateur associé à une cellule photovoltaïque. Selon une autre particularité, le dispositif comporte un convertisseur continu/continu commandé par des moyens de traitement, reliant chaque ensemble constitué d'un condensateur et d'une cellule photovoltaïque au condensateur principal. Au moins deux de ces ensembles sont connectés au convertisseur continu/continu par l'intermédiaire d'un interrupteur commandé par les moyens de traitement. Avantageusement, pour plus de robustesse, le capteur photovoltaïque comporte au moins une cellule photovoltaïque de détection et deux cellules photovoltaïques de référence. La cellule photovoltaïque de détection et les deux cellules photovoltaïques de référence sont par exemple agencées sous la forme de trois bandes adjacentes. Les trois bandes sont par exemple disposées sur le dispositif de manière adjacente suivant un axe déterminé perpendiculaire à un plan vertical d'approche du doigt ou de l'objet sur le dispositif. La cellule photovoltaïque de détection est par exemple placée entre les deux cellules photovoltaïques de référence. Selon l'invention, les surfaces des cellules photovoltaïques sont choisies de manière à ce que lorsque le doigt ou l'objet est posé sur le dispositif, celui-ci recouvre une surface suffisante de la bande formée par la cellule photovoltaïque de détection. Selon l'invention, le circuit électrique à commander comporte par exemple un émetteur destiné à être alimenté par l'énergie électrique générée grâce au capteur photovoltaïque et apte à communiquer par liaison sans fil avec un récepteur distant. L'émetteur est par exemple intégré dans le dispositif. Selon l'invention, le circuit 3 électrique comporte par exemple un interrupteur apte à être commandé électriquement par le dispositif. L'invention concerne également un procédé pour détecter la présence d'un doigt ou d'un objet sur un dispositif de commande d'un circuit électrique tel que défini ci-dessus, ce procédé comportant des étapes successives de : après une durée prédéterminée ou variable, mesure des tensions aux bornes des condensateurs associés aux cellules photovoltaïques, - comparaison des tensions entre elles pour valider ou non la présence d'un doigt sur le dispositif. Selon une particularité, le procédé comprend également une étape de transfert des charges accumulées dans les condensateurs vers le condensateur principal par activation du convertisseur continu/continu. Selon une autre particularité, le procédé comprend également une étape de désactivation du convertisseur continu/continu lorsque les tensions aux bornes des condensateurs ont atteint un seuil minimal déterminé. Selon une autre particularité, la durée variable correspond à une durée au bout de laquelle une tension aux bornes de l'un des condensateurs a atteint un seuil maximal déterminé. Selon une autre particularité, le seuil minimal et/ou le seuil maximal sont variables en fonction de la détection de l'éclairement général du dispositif. Selon une autre particularité, si la tension aux bornes du condensateur associé à la cellule photovoltaïque de détection est très inférieure aux deux tensions aux bornes du condensateur associé à chaque cellule photovoltaïque de référence, la présence d'un doigt ou d'un objet est détectée. D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit. Pour cela, il sera fait référence aux dessins annexés définis ci-après : la figure 1 représente le dispositif de commande de l'invention, les figures 2A à 2D illustrent le principe de fonctionnement du dispositif de 30 l'invention, la figure 3 représente un schéma du principe de fonctionnement du dispositif de l'invention,25 4 la figure 4 représente plusieurs diagramrnes montrant l'évolution des tensions aux bornes des condensateurs en fonction de l'état des interrupteurs. Le dispositif de commande 1 de l'invention représenté en figure 1 prend par exemple la forme d'un bouton poussoir classique. Bien entendu, selon son application, d'autres formes peuvent être imaginées. En référence à la figure 1, le dispositif de commande 1 comporte par exemple une tête de commande 10 prolongée par une partie tubulaire 11. Le dispositif de commande est destiné à commander un circuit électrique 2, 20 en envoyant un signal électrique de commande S, S' à travers un conducteur électrique. Le circuit électrique à commander peut être inclus dans le dispositif (2 sur la figure 1), par exemple dans sa partie tubulaire 11, ou être extérieur au dispositif (20 sur la figure 1). Le circuit électrique 2, 20 à commander peut par exemple comporter un interrupteur, tel que par exemple un relais ou un transistor, apte à être commandé par le signal électrique de commande S, S'. Le circuit électrique comporte par exemple un émetteur, préférentiellement inclus dans le dispositif, commandé par le dispositif de commande et apte à communiquer à travers une liaison sans fil 3 avec un récepteur distant 4. Le récepteur 4 peut être destiné par exemple à la commande d'une lampe ou d'une porte 40. La liaison sans fil 3 est par exemple de type radio, infrarouge... Le dispositif 1 de l'invention présente la particularité de comporter un capteur photovoltaïque 5 composé de plusieurs cellules photovoltaïques. Sur la figure 1, le capteur photovoltaïque 5 est agencé dans la tête de commande 10 du dispositif 1. De manière connue, une cellule photovoltaïque est un composant électronique, qui, exposé à la lumière (photons), génère de l'énergie électrique, grâce à l'effet photovoltaïque. Les cellules photovoltaïques sont constituées de semi-conducteurs, principalement à base de silicium (Si) (plus rarement d'autres semi- conducteurs : sulfure de cadmium (CdS), tellurure de cadmium (CdTe), etc.). Elles se présentent sous la forme de fines plaques, rondes ou carrées, d'une dizaine de centimètres de coté, prises en sandwich entre deux contacts métalliques, pour une épaisseur de l'ordre du millimètre. Le capteur photovoltaïque 5 utilisé dans le dispositif de l'invention comporte au moins deux cellules photovoltaïques et préférentiellement, pour plus de robustesse, au moins trois cellules photovoltaïques Cel1, Cel2, Ce13. Chaque cellule photovoltaïque Cel1, Cel2, Cel3 du capteur peut elle-même être composée de plusieurs sous-cellules photovoltaïques, dans un nombre suffisant pour générer la tension destinée à alimenter les circuits électroniques internes du dispositif. 5 En utilisant l'énergie électrique créée grâce à son capteur photovoltaïque 5, le dispositif 1 peut ainsi être entièrement autonome pour alimenter ses circuits électroniques internes. Le principe de l'invention consiste à utiliser le capteur photovoltaïque 5 à la fois pour générer une énergie électrique destinée à alimenter les circuits internes du dispositif et pour détecter la présence d'un doigt ou d'un objet sur le dispositif et ainsi commander le circuit électrique 2, 20. Ainsi, selon l'invention on utilise un seul capteur 5 pour l'alimentation du dispositif et pour la détection de l'activation de la commande. Pour cela le dispositif de l'invention comporte des moyens de détection 6 coopérant avec le capteur photovoltaïque 5 pour détecter la présence du doigt ou de l'objet placé sur la surface de la tête 10 du dispositif 1. Au moins une cellule photovoltaïque du capteur photovoltaïque 5 est utilisée comme cellule photovoltaïque de détection Cel2 tandis que deux autres cellules photovoltaïques du capteur 5 sont utilisées comme cellule photovoltaïque de référence Cel1, Ce13. Les trois cellules photovoltaïques Cel1, Cel2, Cel3 sont montées en parallèle dans un circuit électrique relié aux moyens de détection. A chaque cellule photovoltaïque est associé un condensateur Cl, C2, C3. Les condensateurs Cl, C2, C3 sont montés en parallèle de leur cellule photovoltaïque respective. Le dispositif comporte en outre un condensateur principal C4 destiné à stocker l'énergie emmagasinée dans chaque condensateur Cl, C2, C3 lorsqu'un transfert de charge est opéré entre les condensateurs Cl, C2, C3 et le condensateur principal C4. Un tel transfert de charge est commandé à l'aide d'au moins deux interrupteurs, par exemple trois interrupteurs K1, K2, K3, et d'un convertisseur continu/continu appelé également convertisseur DC/DC. Sur la figure 3, les ensembles constitués chacun d'une cellule photovoltaïque Cel1, Cel2, Ce13 et d'un condensateur en parallèle sont reliés en parallèle au convertisseur continu/continu par l'intermédiaire des interrupteurs K1, K2, K3. Les moyens de détection 6 d'un doigt ou d'un d'objet sur le dispositif comprennent notamment des moyens de traitement du type microprocesseur pP, le convertisseur continu/continu et les interrupteurs K1, K2, K3 commandés par le 6 microprocesseur pP. L'énergie accumulée dans le condensateur principal C4 sert notamment à alimenter le microprocesseur pP et éventuellement à alimenter le circuit électrique 2, 20 à commander si celui-ci comporte par exemple un émetteur. Selon l'invention, le rapport entre la surface SurfCel2 de la cellule photovoltaïque de détection CeI2 et la capacité de son condensateur C2 est égal au rapport entre la surface SurfCell, SurfCel3 de chaque cellule de référence Cell, Ce13 et la capacité de leur condensateur Cl, C3 respectif. Autrement dit, nous avons : SurfCell SurfCel2 SurfCel3 Cl C2 C3 De cette manière, les condensateurs Cl, C2, C3 se chargent à la même vitesse lorsque les cellules photovoltaïques sont éclairées de la même manière. Selon l'invention, les surfaces et les formes des cellules photovoltaïques sont choisies de manière à ce que lorsqu'un doigt ou un objet est posé sur le dispositif, celui-ci recouvre une surface suffisante de la cellule photovoltaïque de détection CeI2 et ne recouvre pas ou peu les surfaces des cellules photovoltaïque de référence Ceil, CeI3 adjacentes. De cette manière, l'énergie E générée par la cellule photovoltaïque de détection pour charger son condensateur C2 (figure 2B) sera faible en comparaison de celles générées par les cellules photovoltaïques de référence CelI, Cel3 pour charger leurs condensateurs Cl, C3 respectifs. Ainsi, sur les figures 1 et 2A à 2D, les trois cellules photovoltaïques CelI, CeI2, Cel3 sont par exemple agencées sous la forme de trois bandes rectangulaires adjacentes recouvrant une surface supérieure, préférentiellement toute la surface supérieure, de la tête 10 du dispositif 1 de commande. Les trois bandes sont disposées de manière adjacente suivant un axe (X) de direction perpendiculaire au plan vertical d'approche du doigt ou de l'objet sur la surface de la tête du dispositif. De préférence, la cellule photovoltaïque de détection CeI2 est positionnée entre les deux cellules photovoltaïques de référence CeI1, Cel3. Grâce à cet agencement des cellules, le dispositif peut discriminer les ombres parasites d'un doigt ou d'un objet volontairement posé sur la cellule photovoltaïque de détection CeI2, comme représenté sur les figures 2A à 2D. Sur la figure 2A, les trois cellules photovoltaïques CeI1, CeI2, Cel3 sont uniformément éclairées. Sur la figure 2B, un doigt ou un objet est posé sur la cellule photovoltaïque de détection Cel2. Sur la figure 2C, une ombre parasite recouvre en totalité la cellule photovoltaïque de détection CeI2 et une cellule 7 photovoltaïque de référence Cel3. Sur la figure 2D, une ombre parasite recouvre partiellement les trois cellules photovoltaïques Cell, CeI2, Cel3. De plus, afin de favoriser le recouvrement de la surface de la cellule photovoltaïque de détection CeI2, la bande formée par celle-ci est par exemple plus mince dans la direction définie par l'axe (X) que celles formées par les cellules photovoltaïques de référence Cell, Cel3. Les condensateurs Cl, C2, C3 sont connectés à leur cellule photovoltaïque Cell, Cel2, Cel3 respective de sorte que le courant de charge traverse la cellule photovoltaïque Cell, Cel2, CeI2 dans le sens de la hauteur, c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe (X). Le fonctionnement du dispositif consiste à regarder l'évolution des tensions VI, V2, V3 aux bornes de chacun des condensateurs Cl, C2, C3 et à les comparer à un instant donné afin de pouvoir détecter ou non la présence d'un doigt ou d'un objet destiné à commander le dispositif 1. Si la tension V2 mesurée aux bornes du condensateur C2 associé à la cellule photovoltaïque de détection CeI2 est très inférieure aux tensions V1, V3 mesurées aux bornes des condensateurs Cl, C3, la présence d'un doigt ou d'un objet sur le dispositif est détectée. Le critère de détection de la présence du doigt ou de l'objet est par exemple : V2 Présence d'aucun doiqt et d'aucun objet parasite: Entre tO et t1 : Les interrupteurs K1, K2 et K3 sont ouverts. Les cellules photovoltaïques sont éclairées uniformément entraînant la charge des condensateurs Cl, C2, C3 (figure 2A). A t1 : Lorsque la tension aux bornes de l'un des trois condensateurs Cl, C2, C3 a atteint un seuil maximal Vmax déterminé (sur la figure 4, la tension V3), les trois valeurs des tensions V1, V2, V3 sont comparées afin de détecter la présence d'un doigt. Les trois tensions V1, V2, V3 étant similaires, aucune présence de doigt n'est 8 détectée. Simultanément ou juste après, le microprocesseur commande la fermeture des interrupteurs K1, K2 et K3. Entre t1 et t2 : Les interrupteurs K1, K2, K3 restent fermés et les tensions s'équilibrent donc entre les trois condensateurs Cl, C2, C3 (c'est-à-dire que 5 V1=V2=V3). A t2 : le microprocesseur active le convertisseur continu/continu pour transférer les charges des condensateurs Cl, C2, C3 vers le condensateur principal C4. Les instants t1 et t2 peuvent être confondus. 10 Entre t2 et t10 : les charges sont transférées progressivement dans le condensateur principal C4. A t10 : lorsque les tensions V1, V2, V3 aux bornes des condensateurs atteignent un seuil minimal Vmin, le microprocesseur pP commande l'ouverture des interrupteurs K1, K2, K3. 15 Entre t10 et t20 et entre t20 et t30 : deux autres cycles sont reproduits de manière identique. Présence d'un doiqt ou d'un objet sur la cellule photovoltaïque de détection et d'aucun objet parasite : 20 A t31 : La tension V2 aux bornes du condensateur C2 associé à la cellule photovoltaïque de détection Cel2 est très faible en comparaison des tensions V1, V3 aux bornes des condensateurs Cl, C3 associés aux cellules photovoltaïques de référence Cel1, Ce13. Si le critère V2 9 détection de l'éclairement général du dispositif, celle-ci dépendant de la lumière ambiante mais également des poussières éventuellement présentes sur la surface de la tête 10 du dispositif 1. Dans une variante de réalisation, on peut prévoir de mesurer les tensions aux bornes des trois condensateurs Cl, C2, C3 à des intervalles de temps réguliers, ce qui permet de ne pas avoir à surveiller en permanence les différentes tensions V1, V2, V3 par rapport aux seuils Vmax et Vmin et à ne pas se soucier du seuil de tension maximal Vmax pour déclencher les mesures. REVENDICATIONS1. Dispositif de commande (1) d'un circuit électrique (2, 20) comprenant : - un capteur photovoltaïque (5) pour convertir une énergie lumineuse en une énergie électrique disponible pour le dispositif, des moyens de détection (6) pour détecter la présence d'un doigt ou d'un objet sur le dispositif, caractérisé en ce que : - les moyens de détection (6) utilisent le capteur photovoltaïque (5) pour détecter la présence du doigt ou de l'objet sur le dispositif (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur photovoltaïque (5) comporte une cellule photovoltaïque de détection (CeI2) et au moins une cellule photovoltaïque de référence (Oeil, CeI3). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un condensateur (C2) associé à la cellule photovoltaïque de détection (CeI2) et un condensateur (Cl, C3) associé à chaque cellule photovoltaïque de référence (Oeil, Cel3). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque 20 condensateur (Cl, C2, C3) est monté en parallèle par rapport à sa cellule photovoltaïque (Cell, CeI2, Cel3) respective. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le rapport entre la surface de la cellule photovoltaïque de détection (CeI2) et la capacité de son condensateur (C2) associé, est égal au rapport entre la surface de chaque 25 cellule photovoltaïque de référence (Oeil, Cel3) et la capacité de leur condensateur (C1, C3) associé. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un condensateur principal (C4) destiné à être chargé par chaque condensateur (Cl, C2, C3) associé à une cellule photovoltaïque (Cell, CeI2, Cel3). 30 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur continu/continu (DC/DC) commandé par des moyens de traitement 11 (pP), reliant chaque ensemble constitué d'un condensateur (Cl, C2, C3) et d'une cellule photovoltaïque (Cel1, Ce12, Ce13) au condensateur principal (C4). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins deux ensembles sont connectés au convertisseur continu/continu (DC/DC) par l'intermédiaire d'un interrupteur (K1, K2, K3) commandé par les moyens de traitement (p P). 9. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le capteur photovoltaïque (5) comporte au moins une cellule photovoltaïque de détection (Cel2) et deux cellules photovoltaïques de référence (Cel1, Ce13). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la cellule photovoltaïque de détection (Cel2) et les deux cellules photovoltaïques de référence (Cel1, Ce13) sont agencées sous la forme de trois bandes adjacentes. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les trois bandes sont disposées sur le dispositif de manière adjacente suivant un axe (X) déterminé perpendiculaire à un plan vertical d'approche du doigt ou de l'objet sur le dispositif (1). 12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que la cellule photovoltaïque de détection (CeI2) est placée entre les deux cellules photovoltaïques de référence (Cel1, Cel3). 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le circuit électrique (2, 20) comporte un émetteur destiné à être alimenté par l'énergie électrique générée grâce au capteur photovoltaïque (5) et apte à communiquer par liaison sans fil avec un récepteur (4) distant. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'émetteur est 25 intégré dans le dispositif (1). 15. Dispositif selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que le circuit électrique (2, 20) comporte un interrupteur apte à être commandé électriquement par le dispositif. 16. Procédé pour détecter la présence d'un doigt ou d'un objet sur un 30 dispositif de commande d'un circuit électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes successives de :12 après une durée prédéterminée ou variable, mesure des tensions (V1, V2, V3) aux bornes des condensateurs (Cl, C2, C3) associés aux cellules photovoltaïques (Oeil, Cel2, Cel3), comparaison des tensions (V1, V2, V3) entre elles pour valider ou non la 5 présence d'un doigt sur le dispositif. 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend également une étape de transfert des charges accumulées dans les condensateurs vers le condensateur principal par activation du convertisseur continu/continu. 10 18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend également une étape de désactivation du convertisseur continu/continu (DC/DC) lorsque les tensions (V1, V2, V3) aux bornes des condensateurs ont atteint un seuil minimal (Vmin) déterminé. 19. Procédé selon l'une des revendications 16 à 18, caractérisé en ce que la 15 durée variable correspond à une durée au bout de laquelle une tension aux bornes de l'un des condensateurs a atteint un seuil maximal (Vmax) déterminé. 20. Procédé selon la revendication 18 ou 19, caractérisé en ce que le seuil minimal (Vmin) et/ou le seuil maximal (Vmax) sont variables en fonction de la détection de l'éclairement général du dispositif. 20 21. Procédé selon l'une des revendications 16 à 20, caractérisé en ce que si la tension (V2) aux bornes du condensateur (C2) associé à la cellule photovoltaïque de détection (Cel2) est très inférieure aux deux tensions (V1, V3) aux bornes du condensateur (Cl, C3) associé à chaque cellule photovoltaïque de référence (Oeil, Cel3), la présence d'un doigt ou d'un objet est détectée. 25