Brevet FR2945168A1 — publié le 20101105

Dispositif électronique de gestion de fils pilotes La présente invention concerne un dispositif électronique de gestion de fils pilotes reliant une unité de traitement à des récepteurs et véhiculant des signaux prédéterminés basés sur des alternances de la phase du secteur en vue de moduler le fonctionnement desdits récepteurs selon des commandes issues de l'unité de traitement. Les fils pilotes présentent l'avantage de permettre la commande simplifiée notamment parce qu'unidirectionnelle et sans adressage d'appareils divers, par exemple dans le cadre de la gestion électronique de fonctionnalité attachée à un bâtiment. Les informations véhiculées sur les fils pilotes permettent par exemple la commande d'appareils de chauffage. Les fils pilotes peuvent être dédiés, comme c'est le cas par exemple dans l'application précitée au chauffage, ou partagés par plusieurs récepteurs. En fait, le nombre et la nature des informations qu'ils véhiculent étant limités, le codage des informations est lui aussi simplifié à l'extrême : en substance, sur des périodes prédéterminées, le signal de phase peut être envoyé soit en totalité sur l'ensemble de la période, soit sur une fraction de celle-ci dont la durée est signifiante, soit encore sous forme d'une des deux alternances. Alternativement, l'absence du signal de phase constitue également un codage signifiant. Ces codages simplifiés correspondent à des commandes bien différenciées, en provenance de l'unité de traitement en vue d'opérations ou d'états respectivement à réaliser ou à prendre par les récepteurs. Compte tenu du caractère particulier du codage, qui consiste en réalité à permettre la distribution ou non de la phase ou d'une portion du signal de phase sur une certaine période, les sorties de commande de l'unité de traitement sont reliées à des circuits commutant, incluant à présent des semi-conducteurs tels que des triacs, des transistors bipolaire, des thyristors ou encore des transistors NMOS. L'utilisation de composants semi-conducteurs suscite évidemment la question de leur protection contre des défauts de type court-circuit sur la ligne de phase, défauts qui conduisent à leur destruction, rendant du même coup la sortie fil pilote inutilisable. Or, un mauvais branchement au niveau du récepteur est toujours possible, induisant un tel court-circuit avec les conséquences précitées. Par ailleurs, le principe même du codage sur fils pilotes, consistant en des opérations effectuées directement sur le signal de phase ou sur une portion de celui-ci, selon la commande à envoyer au récepteur, rend souhaitable la réalisation d'une isolation entre la sortie de pilotage numérique du composant formant l'unité de traitement et le semi-conducteur de commutation connecté à la phase. C'est également souhaitable car ces composants de commutation ont une commande référencée à la phase, alors que l'électronique de commande, par exemple un microcontrôleur, peut parfaitement être référencée au neutre. En conclusion, pour que le dispositif de gestion des fils pilotes soit complet et fiable, il est préférable que les sorties fils pilotes soient d'une part isolées et d'autre part protégées en permanence contre les éventuels courts-circuits et surcharges sur la ligne de phase. Les dispositifs existants, lorsqu'ils bénéficient d'une protection contre les courts-circuits, ont privilégié des solutions associant des composants de limitation de courant (résistance série) et de protection du type polyswitch ou thermistance à coefficient de température positif, permettant une ouverture du circuit en cas de court-circuit. Ces protections ont cependant un certain nombre d'inconvénients, dont les plus immédiats sont la taille et le coût. Un polyswitch est par exemple un composant qui présente un encombrement non négligeable, et qui est de surcroît limité en puissance admissible, d'où la nécessité de recourir à plusieurs polyswitchs dans l'hypothèse où il y a plusieurs sorties fils pilotes, avec une incidence financière évidemment défavorable. La présente invention remédie à ces inconvénients, en privilégiant une solution utilisant des circuits électroniques basés sur des composants de petite taille, usuels et par conséquent de coût réduit, intégrés à un dispositif électronique de gestion de fils pilotes se caractérisant à titre essentiel en ce qu'il comporte : un étage d'isolation séparant les sorties fils pilotes de l'unité de traitement ; et un étage de protection connecté entre la ligne de phase du secteur et les sorties fils pilotes. La valeur de l'isolation est d'autant plus grande qu'elle est "complète", c'est-à-dire qu'elle se situe non seulement au niveau de la commande, mais qu'elle présente au surplus une possibilité d'information de l'existence d'un défaut. C'est la raison pour laquelle le dispositif électronique de l'invention comporte aussi un étage de détection des défauts sur la ligne de phase, connecté entre l'étage de protection et les sorties fils pilotes, et relié à l'unité de traitement. Par ailleurs, toujours dans le même souci d'isolation, l'étage de protection est relié à un étage d'alimentation référencé à la phase et isolé du secteur et de l'unité de traitement. Le codage étant basé sur les alternances du signal de phase, il est quasi nécessaire de pouvoir disposer d'une synchronisation de la commande des composants de commutation sur lesdites alternances. Un étage de synchronisation relié à la phase du secteur émet donc un signal de synchronisation avec ladite phase à l'adresse de l'unité de traitement. Selon une possibilité, l'unité de traitement est un microcontrôleur. Une telle solution intègre la souplesse d'utilisation et de configuration de tels composants. Plus précisément, l'étage d'isolation comporte, par fil pilote, un opto-triac dont la LED d'entrée est commandée par une sortie de l'unité de traitement par l'intermédiaire d'un transistor et dont la sortie commande la gâchette d'un triac connecté entre la ligne de phase en aval de l'étage de protection et la sortie fil pilote. Dans ce cas, de préférence, le transistor est un transistor bipolaire NPN monté en émetteur commun. Les opto-triacs sont sensibles aux ondes de choc, et leurs courants moyen et de crête ne sont pas élevés. Il n'est donc pas possible de connecter les sorties fils pilotes directement à ces composants. D'où l'ajout d'un triac commandé par l'opto-triac et alimenté par la phase. Selon une configuration possible, l'étage de protection comporte un transistor unidirectionnel de type NMOS connecté entre les bornes redressées d'un pont de Graetz dont les autres bornes sont respectivement la phase du secteur et la phase protégée, un interrupteur électronique s'ouvrant à partir d'un seuil de courant prédéterminé étant disposé entre la grille et la source dudit transistor. L'interrupteur électronique est par exemple un montage à double transistor bipolaires équivalent à un thyristor, des résistances placées entre la borne du pont reliée à la masse et la source du transistor de type NMOS étant prévue pour polariser l'un des transistors bipolaires constituant l'interrupteur et le rendre passant au delà dudit seuil de courant, bloquant le transistor de type NMOS. Dans ce cas, lorsque le courant mesuré à travers les résistances de polarisation augmente, le montage à double transistor ouvre le transistor de type NMOS, ce qui coupe l'alimentation protégée des sorties fils pilotes. Le montage à double transistor bipolaire est alimenté par l'étage d'alimentation isolé à travers une résistance assurant un courant de maintien suffisant au thyristor équivalent. Par ailleurs, pour que cela fonctionne, un circuit de réinitialisation est connecté entre une sortie de réinitialisation de l'unité de traitement et l'interrupteur électronique, comportant un étage de polarisation de la grille du transistor de type NMOS basé sur au moins un transistor bipolaire, et réalisant la réinitialisation après passage par l'état 0 puis commutation à l'état 1 de la sortie de réinitialisation de l'unité de traitement. De préférence, ledit circuit de réinitialisation comporte un opto-coupleur d'isolation entre la sortie de l'unité de traitement et l'étage de polarisation de la grille du transistor de type NMOS. Le but est de ne pas rompre l'alimentation précitée. Selon une possibilité, l'étage de détection des défauts sur la ligne de phase transforme le signal d'allure sinusoïdale de la phase protégée en un signal de sortie carré dont les niveaux correspondent aux niveaux logiques respectivement 0 et 1, ledit signal de sortie étant envoyé sur une entrée de l'unité de traitement, qui la scanne en continu et détecte un défaut lorsque ladite entrée reste à 0 sur une pluralité de périodes. Il a été fait mention auparavant de l'isolation également appliquée à l'étage d'alimentation. Ce dernier est disposé en sortie d'un enroulement auxiliaire d'un transformateur dont le primaire est alimenté par la tension du secteur, et comporte au moins un condensateur polarisé connecté aux bornes de l'enroulement auxiliaire en vue de produire une tension continue de l'ordre de 12 V. Enfin, l'étage de synchronisation est basé sur un transistor bipolaire en émetteur commun dont la base est reliée via un pont de résistance de polarisation à la phase, la résistance de sortie dudit pont étant couplée à une diode, un condensateur de forte capacité étant connecté entre le collecteur du transistor et la masse. L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures suivantes : La figure 1 est un schéma synoptique donnant l'architecture de la solution faisant l'objet de la présente invention ; La figure 2 représente un schéma électronique d'une configuration possible d'étage d'isolation ; La figure 3 montre un circuit possible assurant la protection contre les courts-circuits ; et la figure 4 représente un schéma d'un circuit possible pour l'étage de détection des courts-circuits. En référence à la figure 1, l'unité de traitement (1) est reliée à une pluralité de sorties fils pilotes (2, 2') auxquelles elle envoie des informations numériques de commutation applicable au signal de phase, qui leur est relié via un étage de protection amont (3) et un étage de détection des défauts (4). Un étage d'isolation (5) est interposé entre l'unité de traitement (1) et les sorties fils pilotes (2, 2'). Ces dernières codent non pas le signal de phase L1, mais le signal de phase protégé L1 _FP. L'unité de traitement (1) est alimentée par le secteur et donc potentiellement l'alimentation isolée (6) permet la polarisation de l'étage de protection (3). Enfin, un étage de synchronisation secteur, calé sur la phase, envoie un signal de synchronisation à l'unité de traitement (1). L'ensemble de ces étages et sorties forment le dispositif électronique de gestion des fils pilotes (10) selon l'invention. La barrière ou étage d'isolation (5) apparaît notamment en figure 2. La sortie FILPIL_1 de l'unité de traitement (1), qui est par exemple constituée d'un microcontrôleur, est envoyée à destination d'un opto-triac PT57 via un transistor bipolaire T3 polarisé classiquement par des résistances. L'opto-triac PT57 organise l'isolation en transmettant le signal FILPIL_1 issu de l'unité de traitement (1) de façon optiquement isolée à un triac TRI disposé entre la ligne de phase protégé L1_FP et un signal de sortie FP1 de la sortie fil pilote (1), à destination d'un récepteur à commander. L'étage de protection amont (3) peut par exemple être réalisé sous la forme qui est montrée en figure 3. Il fonctionne de telle sorte que, en cas de court-circuit, toutes les sorties fils pilotes sont coupées simultanément. Le principe est le suivant : le courant maximal sur chaque sortie étant connu, l'alimentation L1_FP en sortie de l'étage de protection fournit un courant total égal audit courant maximal multiplié par le nombre de sorties fils pilotes commandées par l'unité de traitement (1). Si le courant total est supérieur à cette valeur, le circuit de protection s'ouvre, entraînant automatiquement la coupure précitée. Entre la phase L1 et la sortie L1_FP, le signal est redressé par un pont de diode D3 permettant d'utiliser un élément commutant un courant continu. L'alimentation des sorties, telle que redressée par le pont de Graetz D3 passe par un transistor NMOS T17 dont la grille est commandée par un montage à double transistor T18 équivalent à thyristor. Lorsque le courant mesuré dans les résistances R22 et R23 polarisant le montage augmente, rendant le "thyristor" passant, le transistor T17 s'ouvre et coupe le signal protégé en sortie. Il est à noter que la valeur de R25 est choisie de telle sorte que le montage à double transistor T18 puisse être parcouru par un courant de maintien suffisant pour le fonctionnement du thyristor équivalent, alimenté par l'étage de l'alimentation isolée (6). Dans le cas d'une ouverture, par exemple provoquée par un court-circuit, la réinitialisation passe par la fermeture de l'interrupteur électronique constitué par T17 qui s'obtient en mettant d'abord à l'état 0, puis en repassant à l'état 1, un signal de sortie RESET_FP disponible en sortie de l'unité de traitement (1). Ce signal est transmis via un opto-coupleur OP9 sur un circuit classique à transistor T19 apte à polariser la grille du transistor T17. S'il n'y a plus de court-circuit sur la ligne, le transistor NMOS se ferme. L'isolation mise en place via l'opto-coupleur OP9 évite que la partie droite liée à l'unité de traitement (1) soit dans le même circuit que la partie gauche référencée directement à la phase L1. La figure 4 montre un circuit possible de détection d'un court-circuit, classiquement réalisé par un montage à transistor NPN T13 en émetteur commun dont la base est polarisée par une résistance en parallèle avec une diode D18, permettant de transformer un signal d'allure sinusoïdale en un signal carré. La polarisation de ce montage à transistor est effectué de telle sorte que les niveaux à tensions basse et haute dudit signal carré correspondent sensiblement aux états 0 et 1 du microcontrôleur constituant l'unité de traitement (1), directement connectée à la sortie de l'étage de détection OC FP. L'exemple montré au travers des figures précédentes n'est cependant pas exhaustif de l'invention, des variantes à la portée de l'homme de l'art pouvant par exemple être mis en oeuvre dans le cadre des circuits assurant les différentes fonctions. REVENDICATIONS1. Dispositif électronique de gestion de fils pilotes reliant une unité de traitement (1) à des récepteurs et véhiculant des signaux prédéterminés basés sur des alternances de la phase du secteur en vue de moduler le fonctionnement desdits récepteurs selon une commande issue de l'unité de traitement (1), caractérisé en ce qu'il comporte : un étage d'isolation (5) séparant les sorties fils pilotes (2, 2', ...) de l'unité de traitement (1) ; et un étage de protection (3) connecté entre la ligne de phase L1 du secteur et les sorties fils pilotes (2, 2', ...). 2. Dispositif électronique de gestion de fils pilotes selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte un étage de détection des défauts (4) sur la ligne de phase L1, connecté entre l'étage de protection (3) et les sorties fils pilotes (2, 2', ...), et relié à l'unité de traitement (1). 3. Dispositif électronique de gestion de fils pilotes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étage de protection (3) est relié à un étage d'alimentation (6) référencé à la phase et isolé du secteur et de l'unité de traitement (1). 4. Dispositif électronique de gestion de fils pilotes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un étage de synchronisation (7) relié à la phase L1 du secteur émet un signal de synchronisation avec ladite phase L1 à l'adresse de l'unité de traitement (1). 5. Dispositif électronique de gestion de fils pilotes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de traitement (1) est un microcontrôleur. 6. Dispositif électronique de gestion de fils pilotes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étaged'isolation comporte, par fil pilote, un opto-triac PT57 dont la LED d'entrée est commandée par une sortie FILPIL de l'unité de traitement (1) par l'intermédiaire d'un transistor T3 et dont la sortie commande la gâchette d'un triac TRI connecté entre la ligne de phase L1-FP en aval de l'étage de protection (3) et la sortie fil pilote (2, 2', ...). 7. Dispositif électronique de gestion de fils pilotes selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le transistor T3 est un transistor bipolaire NPN monté en émetteur commun. 8. Dispositif électronique de gestion de fils pilotes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étage de protection (2) comporte un transistor T17 unidirectionnel de type NMOS connecté entre les bornes redressées d'un pont de Graetz D3 dont les autres bornes sont respectivement la phase L1 du secteur et la phase protégée L1-FP, un interrupteur électronique T18 s'ouvrant à partir d'un seuil de courant prédéterminé étant disposé entre la grille et la source dudit transistor T17. 9. Dispositif électronique de gestion de fils pilotes selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'interrupteur électronique est un montage à double transistor T18 bipolaire équivalent à un thyristor, des résistances R22, R23 placées entre la borne du pont D3 reliée à la masse et la source du transistor T17 de type NMOS étant prévue pour polariser l'un des transistors bipolaires T18 constituant l'interrupteur et le rendre passant au delà dudit seuil de courant, bloquant le transistor T17 de type NMOS. 10. Dispositif électronique de gestion de fils pilotes selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le montage à double transistor T18 bipolaire est alimenté par l'étage d'alimentation (6) à travers une résistance R25 assurant un courant de maintien suffisant au thyristor équivalent. 11. Dispositif électronique de gestion de fils pilotes selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'un circuit de réinitialisationest connecté entre une sortie de réinitialisation RESET-FP de l'unité de traitement (1) et l'interrupteur électronique T18, comportant un étage de polarisation de la grille du transistor T17 de type NMOS basé sur au moins un transistor bipolaire T19, et réalisant la réinitialisation après passage par l'état 0 puis commutation à l'état 1 de la sortie de réinitialisation RESET-FP de l'unité de traitement (1). 12. Dispositif électronique de gestion de fils pilotes selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit de réinitialisation comporte un opto-coupleur OP9 d'isolation entre la sortie RESET-FP de l'unité de traitement (1) et l'étage de polarisation de la grille du transistor T17 de type NMOS. 13. Dispositif électronique de gestion de fils pilotes selon l'une quelconque des revendications 2 à 12, caractérisé en ce que l'étage de détection des défauts (4) sur la ligne de phase L1 transforme le signal d'allure sinusoïdale de la phase protégée L1-FP en un signal de sortie carré CC-FP dont les niveaux correspondent aux niveaux logiques respectivement 0 et 1, ledit signal de sortie CC-FP étant envoyé sur une entrée l'unité de traitement (1), qui la scanne en continu et détecte un défaut lorsque ladite entrée reste à 0 sur une pluralité de période. 14. Dispositif électronique de gestion de fils pilotes selon l'une quelconque des revendications 3 à 13, caractérisé en ce que l'étage d'alimentation (6) est disposé en sortie d'un enroulement auxiliaire d'un transformateur dont le primaire est alimenté par la tension du secteur, et comporte au moins un condensateur polarisé connecté aux bornes de l'enroulement auxiliaire en vue de produire une tension continue de l'ordre de 12 V. 15. Dispositif électronique de gestion de fils pilotes selon l'une quelconque des revendications 4 à 14, caractérisé en ce que l'étage de synchronisation (7) est basé sur un transistor bipolaire en émetteur commun dont la base est reliée via un pont de résistance depolarisation à la phase L1, la résistance de sortie dudit pont étant couplée à une diode, un condensateur de forte capacité étant connecté entre le collecteur du transistor et la masse.5