Brevet FR2952246A1 — publié le 20110506

PROCEDE POUR EVITER LES EFFETS INDESIRABLES LIES AU COURANT DE FUITE DANS LES INTERRUPTEURS ELECTRONIQUES SANS NEUTRE, ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN îUVRE DU PROCEDE L'invention concerne, de façon générale, la commutation de charges électriques, en particulier dans les installations d'éclairage. 10 Plus précisément, l'invention concerne, selon un premier aspect, un procédé pour éviter les phénomènes parasites résultant d'une fuite de courant électrique dans une installation comprenant une source de tension alternative à deux bornes, un conducteur de neutre, un conducteur de 15 phase, un conducteur de phase coupée, un interrupteur de commande à courant de fuite, et une charge à deux bornes, la première borne de la source étant reliée à la première borne de la charge par le conducteur de neutre, la deuxième borne de la source étant reliée à la deuxième 20 borne de la charge par l'intermédiaire du conducteur de phase, de l'interrupteur de commande, et du conducteur de phase coupée. La disparition des lampes à incandescence au profit de 25 sources lumineuses à ballasts électroniques fait apparaître des problèmes nouveaux. Cette situation, qui concerne notamment le cas où la charge électrique comprend une lampe fluorescente 30 compacte (connue sous l'acronyme "CFL"), une diode électroluminescente (ou "LED"), ou un tube fluorescent à ballast, résulte de l'existence d'un courant de fuite qui, dans une installation du type précédemment défini,5 traverse la charge et l'interrupteur de commande lorsque ce dernier est à l'état ouvert. En particulier, cette situation apparaît dans le cas où l'interrupteur est du type interrupteur variateur ou interrupteur mécanique à voyant en parallèle, et où la charge est du type CFL ou une lampe à décharge à ballast électronique. Dans ce cas, le courant de fuite de l'interrupteur variateur s'accumule dans la capacité de stockage des ballasts électroniques, et la tension aux bornes de cette capacité augmente jusqu'à exciter la source lumineuse. Ce phénomène, connu de l'homme du métier sous l'appellation "effet ghost", se traduit par un papillotement lumineux nuisible au confort de l'utilisateur. Cet artefact apparaît également dans le cas où l'interrupteur est du type interrupteur variateur et où la charge comprend une lampe du type LED fonctionnant à 230V, le moindre courant de fuite ayant pour effet d'allumer au moins partiellement les diodes LED. Cette situation apparaît encore dans le cas où l'on souhaite commander par radio, selon la technologie ZigBee, un interrupteur variateur, la consommation du module radio étant alors telle qu'il est impossible d'envisager le recours à une installation électrique ne comprenant qu'un conducteur de neutre et un conducteur de phase. Actuellement, ce problème n'est pas résolu mais simplement contourné en utilisant des interrupteurs dotés d'une borne de neutre, ce qui est le plus souvent très contraignant en rénovation. Plus généralement, aucune des solutions connues pour tenter de résoudre ou de contourner ce problème n'est complètement satisfaisante. 10 Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer des moyens permettant d'éviter les phénomènes parasites résultant d'une fuite de courant électrique dans les installations à deux fils. 15 A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à détecter l'état ouvert ou fermé de l'interrupteur de commande, à 20 dériver le courant de fuite, dans l'état ouvert de l'interrupteur de commande, à travers une charge auxiliaire montée en parallèle sur la charge, et à déconnecter la charge auxiliaire dans l'état fermé de l'interrupteur de commande. 25 En d'autres termes, l'invention propose essentiellement de dériver le courant de fuite lorsque l'interrupteur deux fils est ouvert, et de prendre toutes les mesures nécessaires pour ne consommer que très peu d'énergie 30 lorsque l'interrupteur est fermé. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précédemment défini, ce procédé étant5 caractérisé en ce qu'il comprend un circuit conçu pour être monté en parallèle sur la charge entre le conducteur de neutre et le conducteur de phase coupée et pour remplir au moins la fonction de charge auxiliaire, et en ce que ce circuit comprend au moins un détecteur de seuil monté entre les conducteurs de neutre et de phase coupée et fournissant un signal de sortie variant selon que la tension entre ces conducteurs est au plus égale ou supérieure à un seuil prédéterminé, un interrupteur électronique relié aux conducteurs de neutre et de phase coupée, et un limiteur de courant monté en série avec l'interrupteur électronique, cet interrupteur électronique étant relié au détecteur de seuil et adoptant un état ouvert ou fermé selon que la tension entre les conducteurs de neutre et de phase coupée est supérieure ou au plus égale audit seuil. Dans un mode de réalisation possible de l'invention, le circuit comprend en outre un module de redressement présentant une première borne d'entrée reliée au conducteur de neutre, une deuxième borne d'entrée reliée au conducteur de phase coupée, et des première et deuxième bornes de sortie délivrant une tension continue, le limiteur de courant et l'interrupteur électronique étant montés en série entre les bornes de sortie du module de redressement. De préférence, l'interrupteur électronique comprend essentiellement un transistor MOSFET à appauvrissement. Dans ce cas, le détecteur de seuil comprend par exemple une première borne d'entrée reliée à la première borne de sortie du module de redressement, une deuxième borne30 d'entrée reliée à la deuxième borne d'entrée du module de redressement, et une borne de sortie reliée à la grille du transistor MOSFET à appauvrissement. Le circuit peut comprendre en outre un premier module de protection branché entre le conducteur de neutre et le conducteur de phase coupée, doté d'au moins une borne intermédiaire, et incluant au moins une varistance branchée entre la borne intermédiaire et le conducteur de neutre, la deuxième borne d'entrée du module de redressement étant alors reliée à ladite borne intermédiaire. Par ailleurs, ce circuit peut aussi comprendre, de façon 15 avantageuse, un deuxième module de protection monté en parallèle sur l'interrupteur électronique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est 20 faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma général d'une installation utilisant le dispositif de l'invention; - la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un dispositif conforme à l'invention; et - la figure 3 est un schéma structurel d'un dispositif conforme à l'invention. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne notamment un procédé pour éviter les phénomènes parasites 25 30 résultant d'une fuite de courant électrique dans une installation électrique telle qu'illustrée à la figure 1. Une telle installation comprend une source V de tension alternative, un conducteur de neutre N, un conducteur de phase Ph, un conducteur de phase coupée PhC, un interrupteur de commande 1, et une charge 2. La source V, qui est en pratique constituée par le réseau de distribution d'électricité, présente une première borne V1 reliée à la première borne 21 de la charge 2 par le conducteur de neutre N, et une deuxième borne V2 reliée à la deuxième borne 22 de la charge 2 par l'intermédiaire du conducteur de phase Ph, de l'interrupteur 1 de commande, et du conducteur de phase coupée PhC. L'interrupteur de commande 1, qui a pour fonction de permettre le contrôle de l'alimentation de la charge 2 à partir de la tension délivrée par la source V, présente par construction, même dans son état ouvert, une résistance non nulle responsable de la circulation d'un courant de fuite. Fonctionnellement, l'interrupteur de commande 1 peut donc être représenté comme un commutateur idéal 11, aux bornes duquel est branchée une résistance de fuite 12. Comme indiqué précédemment, le courant de fuite traversant l'interrupteur 1 produit des effets indésirables que l'invention vise à supprimer. Pour ce faire, le procédé de l'invention comprend les opérations consistant à détecter l'état ouvert ou fermé de l'interrupteur 1 de commande, à dériver le courant de fuite, dans l'état ouvert de l'interrupteur 1 de commande, à travers une charge auxiliaire 30 montée en parallèle sur la charge 2, et à déconnecter la charge auxiliaire 30 dans l'état fermé de l'interrupteur 1 de commande. La fonction de la charge auxiliaire 30 est remplie par le circuit 3 illustré aux figures 2 et 3, respectivement sous une forme fonctionnelle et sous une forme structurelle, ce circuit étant conçu pour être monté en parallèle sur la charge 2 entre le conducteur de neutre N et le conducteur de phase coupée PhC. Comme le montrent ces figures, ce circuit 3 comprend au moins un détecteur de seuil 4, un interrupteur électronique 5, et un limiteur de courant 6. Dans le mode de réalisation préféré illustré, l'interrupteur électronique 5 est constitué par un transistor MOSFET à appauvrissement 5, et le circuit 3 comprend en outre un module de redressement 7. 25 Le détecteur de seuil 4, qui est monté entre les conducteurs de neutre N et de phase coupée PhC, fournit un signal de sortie S variant selon que la tension entre ces conducteurs N et PhC est au plus égale ou supérieure 30 à un seuil prédéterminé. En d'autres termes, la fonction du détecteur de seuil est de détecter l'état ouvert ou fermé de l'interrupteur de20 commande 1, la tension entre les conducteurs N de neutre et PhC de phase coupée étant beaucoup plus élevée dans le cas où l'interrupteur de commande 1 est fermé que dans le cas où cet interrupteur 1 est ouvert. Le détecteur de seuil 4 présente deux bornes d'entrée 41 et 42 respectivement reliées à la borne de sortie 701 et à la borne d'entrée 72 du module de redressement 7, ainsi qu'une borne de sortie 40 délivrant le signal de sortie S et reliée à la grille du transistor MOSFET à appauvrissement 5. Plus précisément, le montage comprenant la capacité Cl, la diode Zener D1, la diode D2, la résistance R1 et la 15 capacité C2 forme un circuit capacitif d'alimentation. Lorsque la valeur crête de la tension alternative délivrée par la source V est supérieure au seuil défini par la diode Zener D3, ce circuit capacitif 20 d'alimentation fournit une tension négative à la grille du transistor MOSFET 5 et place ce transistor dans son état bloquant. L'interrupteur électronique 5, qui est relié aux 25 conducteurs de neutre N et de phase coupée PhC, est donc commandé par le détecteur de seuil 4 de manière à adopter un état ouvert ou fermé selon que la tension entre les conducteurs de neutre N et de phase coupée PhC est supérieure ou au plus égale au seuil prédéterminé fixé 30 par la caractéristique de la diode Zener D3. Le limiteur de courant 6 est monté en série avec l'interrupteur électronique 5. Ce limiteur, qui comprend par exemple une résistance R2 à coefficient de température positif en série avec une autre résistance R3, a pour fonction de limiter à un niveau acceptable le courant dans le transistor MOSFET 5 en régime transitoire lorsque ce transistor est conducteur, et en particulier lorsque la charge 2 est mise sous tension, ou lorsqu'un défaut sur le réseau d'alimentation V entraîne une baisse de la tension alternative d'alimentation de l'installation. Le module de redressement 7 présente deux bornes d'entrée 71 et 72 respectivement reliées au conducteur de neutre N et au conducteur de phase coupée PhC, et deux bornes de sortie 701 et 702 délivrant une tension continue, le limiteur de courant 6 et l'interrupteur électronique 5 étant montés en série entre ces bornes de sortie 701 et 702. De préférence, le circuit 3 comprend en outre un module de protection d'entrée 8 branché entre le conducteur de neutre N et le conducteur de phase coupée PhC et doté d'au moins une borne intermédiaire 80. Ce module de protection 8, qui assure une protection du module de redressement 7 contre les surtensions, comprend au moins une varistance 81 branchée entre la borne intermédiaire 80 et le conducteur de neutre N, la borne d'entrée 72 du module de redressement 7 étant reliée à cette borne intermédiaire 80. Le circuit 3 peut aussi avantageusement comprendre un deuxième module de protection 9, monté en parallèle sur l'interrupteur électronique 5 et assurant la protection de cet interrupteur électronique contre les surtensions. Le fonctionnement du dispositif précédemment décrit peut 5 s'analyser suivant les quatre phases ci-dessous. (1) L'interrupteur de commande 1 est ouvert et le transistor 5 est fermé. 10 Dans cet état stationnaire, la résistance de fuite 12 de l'interrupteur de commande forme un pont diviseur avec les résistances R2 et R3. La tension aux bornes de la charge 2 est très inférieure au seuil de la diode Zener 15 D3, ce qui confirme l'état passant du transistor MOSFET à appauvrissement. La charge auxiliaire 30 que constitue le circuit 3 est donc équivalente à une faible résistance qui dérive le courant de fuite. 20 (2) L'interrupteur de commande 1 est fermé alors que le transistor 5 est encore fermé. Dans cet état transitoire, la tension aux bornes de la charge 2 devient égale à la tension secteur délivrée par 25 la source V. La tension négative à la grille du transistor MOSFET 5 ne s'est pas encore établie. Ce transistor, encore transitoirement passant, est parcouru par un pic transitoire de courant notamment atténué par le limiteur de courant 6. 30 (3) L'interrupteur de commande 1 est fermé alors que le transistor 5 est encore fermé. Dans cet état stationnaire, la tension à la grille du transistor MOSFET 5 est égale à la tension de coude de la diode Zener D1. Le transistor MOSFET 5 est donc bloqué, et le circuit 3 est en état de veille. (4) L'interrupteur de commande 1 est ouvert alors que le transistor 5 est encore ouvert. 10 Dans cet état transitoire, la capacité équivalente vue de la grille du transistor MOSFET 5 se décharge dans la résistance R1. Le transistor MOSFET 5 reste donc transitoirement bloqué. Le courant de fuite passe alors dans la charge 2, cette phase fugitive restant en 15 pratique invisible.5 REVENDICATIONS1. Procédé pour éviter les phénomènes parasites résultant d'une fuite de courant électrique dans une installation comprenant une source (V) de tension alternative à deux bornes (V1, V2), un conducteur de neutre (N), un conducteur de phase (Ph), un conducteur de phase coupée (PhC), un interrupteur (1) de commande à courant de fuite, et une charge (2) à deux bornes (21, 22), la première borne (V1) de la source (V) étant reliée à la première borne (21) de la charge (2) par le conducteur de neutre (N), la deuxième borne (V2) de la source (V) étant reliée à la deuxième borne (22) de la charge (2) par l'intermédiaire du conducteur de phase (Ph), de l'interrupteur (1) de commande, et du conducteur de phase coupée (PhC), ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à détecter l'état ouvert ou fermé de l'interrupteur (1) de commande, à dériver le courant de fuite, dans l'état ouvert de l'interrupteur (1) de commande, à travers une charge auxiliaire (30) montée en parallèle sur la charge (2), et à déconnecter la charge auxiliaire (30) dans l'état fermé de l'interrupteur (1) de commande. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (3) conçu pour être monté en parallèle sur la charge (2) entre le conducteur de neutre (N) et le conducteur de phase coupée (PhC) et pour remplir au moins la fonction de charge auxiliaire (30), et en ce que ce circuit (3) comprend au moins un détecteur de seuil (4) monté entre les conducteurs de neutre (N) et de phase coupée (PhC) et fournissant un signal de sortie (S) variant selon que la tension entre ces conducteurs (N, PhC) est au plus égale ou supérieure à un seuil prédéterminé, un interrupteur électronique (5) relié aux conducteurs de neutre (N) et de phase coupée (PhC), et un limiteur de courant (6) monté en série avec l'interrupteur électronique (5), cet interrupteur électronique (5) étant relié au détecteur de seuil (4) et adoptant un état ouvert ou fermé selon que la tension entre les conducteurs de neutre (N) et de phase coupée (PhC) est supérieure ou au plus égale audit seuil. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit (3) comprend en outre un module de redressement (7) présentant une première borne d'entrée (71) reliée au conducteur de neutre (N), une deuxième borne d'entrée (72) reliée au conducteur de phase coupée (PhC), et des première et deuxième bornes de sortie (701, 702) délivrant une tension continue, et en ce que le limiteur de courant (6) et l'interrupteur électronique (5) sont montés en série entre les bornes de sortie (701, 702) du module de redressement (7). 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'interrupteur électronique (5) comprend essentiellement un transistor MOSFET à appauvrissement (5). 5. Dispositif suivant les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le détecteur de seuil (4) comprend une première borne d'entrée (41) reliée à la première borne de sortie (701) du module de redressement (7), une deuxième borne d'entrée (42) reliée à la deuxième borne d'entrée (72) du module de redressement (7), et une borne de sortie (40) reliée à la grille du transistor MOSFET à appauvrissement (5). 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 et 5 combinée à la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit (3) comprend en outre un premier module de protection (8) branché entre le conducteur de neutre (N) et le conducteur de phase coupée (PhC), doté d'au moins une borne intermédiaire (80), et incluant au moins une varistance (81) branchée entre la borne intermédiaire (80) et le conducteur de neutre (N), et en ce que la deuxième borne d'entrée (72) du module de redressement (7) est reliée à ladite borne intermédiaire (80). 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le circuit (3) comprend en outre un deuxième module de protection (9) monté en parallèle sur l'interrupteur électronique (5).