Brevet FR2969301A1 — publié le 20120622

Compteur électrique à implémentation optimisée DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne un compteur électrique à implémentation optimisée. Par les termes "implémentation optimisée", on désigne le fait que les compteurs électriques selon l'invention sont réalisés en apportant un avantage en terme de coût de réalisation et d'encombrement dudit compteur par rapport aux compteurs électriques existants. Le domaine de l'invention est d'une façon générale celui des compteurs électriques dits de nouvelle génération. De tels compteurs sont caractérisés par la présence de deux sorties sur une interface dudit compteur. La première sortie, typiquement présente au niveau d'un bornier deux fils, est appelée sortie de téléinformation, ou sortie TIC (pour téléinformation client) historique ; elle fournit le plus souvent des informations provenant de la partie métrologique du compteur sous la forme d'un train de données par groupe de neuf bits en série modulant un signal porteur de 50 kHz (kilo-Hertz). La première sortie permet ainsi de réaliser une première fonction, dite fonction de téléinformation. La deuxième sortie est une sortie qui a été développée ultérieurement à la première sortie ; elle est appelée sortie d'alimentation de la TIC ; elle fournit un signal porteur de 50 kHz apte à fournir de l'énergie, par exemple à un capteur d'informations qui serait relié à ladite deuxième sortie. La deuxième sortie permet ainsi de réaliser une deuxième fonction, dite fonction d'alimentation. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les compteurs électriques de nouvelle génération permettent en conséquence d'alimenter les capteurs auxquels ils sont associés, permettant ainsi de s'affranchir de la présence de batterie ou de pile dans ces capteurs. Un exemple d'un compteur de nouvelle génération est illustré à la figure 1. Sur cette figure, on a représenté un compteur 11 qui comporte au moins : - une unité métrologique 1 agencée pour générer un signal de données contenant par exemple des données de consommation du courant électrique, données par exemple du type puissance consommée ou périodes de consommation. L'unité métrologique 1 est reliée à un premier connecteur 2, dit connecteur de téléinformation, via une première ligne de sortie 12 du signal de données sous une forme modulée ; un signal de téléinformation, dit signal TIC, est disponible au niveau du connecteur 2 de téléinformation ; la première ligne 12 comporte, depuis l'unité métrologique 1 vers le premier connecteur 2, un modulateur 4 et un organe d'isolement de type transformateur à isolement galvanique 5 ; - une source d'alimentation électrique 9reliée à un deuxième connecteur 3 de raccordement externe, dit connecteur d'alimentation, via une deuxième ligne de sortie 13, dite ligne d'alimentation. Le deuxième connecteur 3 est par exemple un connecteur de structure analogue à un connecteur de type USB, ou un bornier. La deuxième ligne de sortie 13 comporte un organe d'isolement de type transformateur galvanique 10. Typiquement, dans une installation électrique alimentée par une ligne à basse tension, un compteur électrique du type du compteur 11 est disposé en amont d'un disjoncteur, non représenté, et directement connecté à la ligne à basse tension. Ainsi, une surtension dans la ligne à basse tension, créée par exemple par la foudre, peut passer de la ligne à basse tension au compteur électrique. Si le compteur électrique ne comportait pas d'organe d'isolement, la surtension pourrait atteindre les bornes des connecteurs 2 et 3 de raccordement externe du compteur électrique 11. Ceci peut s'avérer dangereux si un utilisateur se raccorde alors aux bornes de l'un des connecteurs 2 ou 3. Il est donc nécessaire d'isoler les connecteurs de l'entrée du compteur électrique. Les organes d'isolement 5 et 10, de type transformateurs, disposés sur les deux lignes de sortie assurent cette fonction. Ces organes d'isolement doivent pouvoir supporter des surtensions extrêmement importantes sans fuir, de plusieurs milliers de volts, ce qui fait d'eux des éléments dont le coût et l'encombrement contribuent pour beaucoup à ceux du compteur électrique. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION L'objet de l'invention offre une solution aux problèmes de coût et d'encombrement qui viennent d'être exposés en proposant un compteur électrique dont le nombre de transformateurs galvaniques a été réduit. Pour ce faire, la présente invention propose de combiner les deux fonctions (téléinformation et alimentation) de manière à réduire le nombre d'éléments volumineux et coûteux d'isolation dans le compteur considéré. A cet effet, on propose, dans l'invention, d'utiliser une petite partie de l'énergie présente dans la ligne d'alimentation du compteur, et son signal alternatif, pour participer à la génération du signal TIC, ce qui rend possible le remplacement d'un transformateur galvanique, présent dans les compteurs électriques de l'état de la technique, par un dispositif d'isolation moins coûteux et moins encombrant. L'invention concerne donc essentiellement un compteur électrique comportant : - une première ligne conductrice reliant une unité métrologique du compteur agencée pour générer un signal de données à un premier connecteur de raccordement externe dudit compteur, - une deuxième ligne conductrice reliant une source d'alimentation électrique du compteur à un deuxième connecteur de raccordement externe dudit compteur, ladite deuxième ligne conductrice comportant un dispositif d'isolement électrique ; caractérisé en ce que le compteur comporte également : - un dispositif d'isolement pour signaux digitaux disposé sur la première ligne conductrice ; - un dispositif de modulation disposé sur la première ligne conductrice entre le dispositif d'isolement de signaux digitaux et le premier connecteur de raccordement externe ; - une liaison conductrice reliant un noeud de la deuxième ligne conductrice disposé entre le dispositif d'isolement électrique et le deuxième connecteur de raccordement externe, et le dispositif de modulation disposé sur la première ligne conductrice. Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, le compteur selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le dispositif d'isolement pour signaux digitaux est un optocoupleur ; - le dispositif d'isolement pour signaux digitaux est un relais à semi-conducteurs ; - le dispositif d'isolement pour signaux digitaux est un isolateur digital ; - la liaison conductrice véhicule un signal d'alimentation alternatif apte à alimenter le dispositif de modulation disposé sur la première ligne ; - le signal d'alimentation alternatif a une fréquence de 50 kHz ; - le dispositif modulation reçoit en entrée un signal numérique ; - le dispositif de modulation comporte : - un dispositif de mise en forme, par exemple de type bascule de Schmitt, recevant en entrée des données numériques, et générant un signal numérique mis en forme ; - un multiplieur, recevant en entrée le signal numérique mis en forme et le signal d'alimentation alternatif ; - un bloc d'alimentation recevant en entrée le signal d'alimentation alternatif via la liaison conductrice et fournissant au dispositif de mise en forme et au multiplieur un signal d'alimentation continu. - le dispositif d'isolement électrique est du type transformateur. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - à la figure 1 un schéma-bloc illustrant un compteur électrique de l'art antérieur ; - à la figure 2 un schéma-bloc illustrant un compteur électrique selon l'invention ; - à la figure 3-A un schéma illustrant un exemple de circuit électronique réalisant un modulateur présent dans le compteur électrique illustré à la figure 2 ; - à la figure 3-B, des chronogrammes illustrant la forme de signaux en différents points du circuit électronique de la figure 3-A. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. La figure 2 représente un exemple de réalisation d'un compteur électrique 21 selon l'invention. Le compteur électrique 21 représenté comporte ainsi : - l'unité métrologique 1 agencée pour générer un signal de données contenant par exemple des données de consommation du courant électrique, données par exemple du type puissance consommée ou périodes de consommation. L'unité de métrologique 1 comporte classiquement un dispositif de mesure de la tension et un dispositif de mesure de l'intensité du courant délivré. Elle est raccordée directement à la ligne à basse tension (par exemple 220V) destinée à alimenter l'installation électrique raccordée au compteur. L'unité métrologique 1 est reliée au premier connecteur 2, dit connecteur de téléinformation, via une première ligne de sortie 22 du signal de données sous une forme modulée ; le signal TIC est ainsi disponible au niveau du connecteur 2 de téléinformation ; la première ligne 22 comporte, depuis l'unité métrologique 1 vers le premier connecteur 2, et disposés dans cet ordre, un dispositif d'isolement pour signaux digitaux 23 et un dispositif de modulation 24 ; - la source d'alimentation électrique 9 reliée au deuxième connecteur 3 de raccordement externe, dit connecteur d'alimentation, via la deuxième ligne de sortie 13, dite ligne d'alimentation. Là encore, le deuxième connecteur 3 est par exemple un connecteur de structure analogue à un connecteur de type USB ou un bornier. La deuxième ligne de sortie 13 comporte l'organe d'isolement électrique de type transformateur galvanique 10. L'organe d'isolement électrique 10 peut être matérialisé par tout autre organe d'isolement capable d'endurer des surtensions de plusieurs milliers de volts ; - une liaison conductrice 25 reliant : - un noeud N1 présent sur la deuxième ligne de sortie 13, ledit noeud N1 étant disposé entre le dispositif d'isolement électrique 10 et le deuxième connecteur 3 de raccordement externe ; et - le dispositif de modulation 24 disposé sur la première ligne conductrice 22. Une telle architecture du compteur 21 assure bien - par la présence de l'organe d'isolement électrique 10 et du dispositif d'isolement pour signaux digitaux 23 - l'isolation du premier connecteur 2 et du deuxième connecteur 3 vis-à-vis de la source d'alimentation 9 et de la source de données de métrologie 1, un utilisateur étant ainsi protégé de tout risque d'électrocution. Le dispositif d'isolement pour signaux digitaux 23 est soumis à des tensions pouvant s'élever jusqu'à plusieurs centaines de volts alors que le transformateur 10 est soumis à des tensions beaucoup plus importantes pouvant s'élever à plusieurs milliers de volts. Le dispositif d'isolement pour signaux digitaux 23 peut être de tout type sachant que les performances requises sont très inférieures à celles du transformateur à isolation galvanique 10, ce qui le rend alors nettement moins encombrant et moins coûteux. Avantageusement, le dispositif pour signaux 23 est du type optocoupleur. Dans d'autres modes de réalisation, on utilise comme dispositif d'isolement pour signaux digitaux un dispositif de type relais à semi-conducteur (connu sous l'acronyme SSR, pour Solid State Relay en langue anglaise), ou du type isolateur digital. Dans l'invention, en proposant de réaliser la modulation du signal de téléinformation issu de l'unité métrologique 1 avec le dispositif de modulation 24 qui est alimenté, via la liaison 25, par une partie de l'énergie provenant de la source d'alimentation 9 galvaniquement isolée, il n'est plus nécessaire de disposer sur la première ligne de sortie 22 de dispositif d'isolation de type transformateur galvanique. En effet, désormais, sur la première ligne de sortie 22, un simple dispositif d'isolation apte à laisser transiter des données numériques, qui ne sont plus modulées et qui ne sont ainsi plus véhiculées par un signal analogique, est suffisant. Le dispositif d'isolement pour signaux digitaux 23 remplit cette fonction. Par ailleurs, le dispositif de modulation 24, en étant relié via la liaison 25 à la deuxième ligne de sortie 13 sur laquelle circule un signal d'alimentation alternatif à 50kHz, bénéficie du signal alternatif circulant sur la liaison 25 pour l'utiliser comme signal de porteuse à moduler par les signaux issus de la source de données de métrologie 1. Un exemple de circuit électronique pour réaliser le dispositif de modulation 24 est illustré à la figure 3-A, la forme des différents signaux présents dans ledit dispositif de modulation 24 étant représentée sur la figure 3-B. En référence à ces figures, on constate que des données numériques 41, récupérées en sortie du dispositif d'isolement 23 après avoir été émises depuis la source de données de métrologie 1, sont reçues en entrée du dispositif de modulation 24 par un amplificateur de mise en forme 31, par exemple de type bascule de Schmitt (ou Trigger de Schmitt). On obtient ainsi, en sortie de l'amplificateur 31, un signal de données mis en forme 42 qui est transmis à un multiplieur 32. Le multiplieur 32 reçoit par ailleurs un signal alternatif 44 à cinquante kHz qui lui est directement transmis par la liaison 25, ladite liaison 25 étant reliée audit multiplieur 32, depuis la ligne d'alimentation 13. Le signal alternatif est ainsi utilisé comme porteuse à cinquante kHz modulée par le signal de données mis en forme 42. On obtient ainsi, en sortie du multiplieur 32, et donc en sortie du dispositif de modulation 24, un signal modulé 43 qui constitue le signal TIC. Le signal alternatif 44 véhiculé par la liaison 25 est par ailleurs transmis à un bloc d'alimentation 33 du dispositif de modulation 24. Le bloc d'alimentation 33 comprend notamment une diode 34, utilisée pour obtenir un signal 45 redressé, et une capacité 35, destinée à stocker de l'énergie électrique, disposés en parallèle. Le signal redressé 45 est transmis via une liaison 46 reliant un noeud N2, disposé entre la diode 34 et la capacité 35, avec, d'une part l'amplificateur 31, et d'autre part le multiplieur 32. Le signal redressé 45 sert ainsi à alimenter l'amplificateur 31 et le multiplieur 32. g REVENDICATIONS1- Compteur électrique (21) comportant : - une première ligne conductrice (22) reliant une unité métrologique (1) du compteur (21) agencée pour générer un signal de données à un premier connecteur (2) de raccordement externe dudit compteur (21) ; - une deuxième ligne conductrice (13) reliant une source d'alimentation électrique (9) du compteur (21) à un deuxième connecteur (3) de raccordement externe dudit compteur (21), ladite deuxième ligne conductrice (13) comportant un dispositif d'isolement électrique (10) ; caractérisé en ce que le compteur (21) comporte également : -un dispositif d'isolement (23) pour signaux numériques disposé sur la première ligne conductrice (22) ; - un dispositif de modulation (24) disposé sur la première ligne conductrice (22) entre le dispositif d'isolement de signaux numériques (23) et le premier connecteur (2) de raccordement externe ; - une liaison conductrice (25) reliant un noeud (NI) de la deuxième ligne conductrice (13) disposé entre le dispositif d'isolement électrique (10) et le deuxième connecteur (3) de raccordement externe, et le dispositif de modulation (24) disposé sur la première ligne conductrice (22). 2- Compteur électrique (21) selon la revendication précédente caractérisé en ce que le dispositif d'isolement (23) pour signaux numériques est un optocoupleur. 3- Compteur électrique (21) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif d'isolement (23) pour signaux numériques est un relais à semi-conducteurs. 4- Compteur électrique (21) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif d'isolement (23) pour signaux numériques est un isolateur digital. 5- Compteur électrique (21) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la liaison conductrice (25) véhicule un signal d'alimentation alternatif apte à alimenter le dispositif de modulation (24) disposé sur la première ligne (22). 5 2969301 6- Compteur électrique (21) selon la revendication précédente caractérisé en ce que le signal d'alimentation alternatif a une fréquence de 50 kHz. 7- Compteur électrique (21) selon l'une quelconque des 5 revendications précédentes caractérisé en ce que le dispositif modulation (24) reçoit en entrée un signal numérique. 8- Compteur électrique (21) selon l'une quelconque des revendications précédentes et selon la revendication 5 caractérisé en ce que le dispositif de modulation (24) comporte : 10 - un dispositif de mise en forme (31), par exemple de type bascule de Schmitt, recevant en entrée des données numériques, et générant un signal numérique mis en forme ; - un multiplieur (32), recevant en entrée le signal numérique mis en forme et le signal d'alimentation alternatif ; 15 - un bloc d'alimentation (33) recevant en entrée le signal d'alimentation alternatif via la liaison conductrice (25) et fournissant au dispositif de mise en forme (31) et au multiplieur (32) un signal d'alimentation continu. 9- Compteur électrique (21) selon l'une quelconque des 20 revendications précédentes caractérisé en ce que le dispositif d'isolement électrique (23) est du type transformateur galvanique.