Brevet FR3036222A1 — publié le 20161118

Procédé de commande d'un changement d'état de fonctionnement d'un organe électromécanique, par exemple un relais, et dispositif correspondant Des modes de mise en oeuvre et de réalisation de l'invention concernent la commande d'un organe électromécanique, par exemple un relais bistable, un moteur continu, un programmateur d'arrosage sans que ces exemples ne soient limitatifs, possédant deux états de fonctionnement, par exemple un état activé et un état désactivé, et alimenté par une source d'alimentation continue, par exemple une batterie ou des piles rechargeables ou non, et plus particulièrement la commande du passage d'un premier état de fonctionnement dudit organe à un deuxième état de fonctionnement et inversement, par exemple l'activation du relais et sa désactivation. Classiquement l'organe électromécanique comprend un élément inductif, tel qu'une bobine, connectée entre deux demi ponts à transistors alimentés par la source d'alimentation continue, permettant de faire circuler un courant dans la bobine dans un sens ou dans l'autre selon que l'on souhaite faire passer l'organe de son premier état de fonctionnement à son deuxième état de fonctionnement ou inversement, par exemple selon que l'on souhaite activer le relais ou le désactiver. Par ailleurs généralement, l'un des courants, par exemple le courant d'activation, généré par la source d'alimentation est supérieur à l'autre, par exemple le courant de désactivation. La commande d'un organe électromécanique comportant une bobine à travers deux demis ponts à transistors nécessite généralement une puissance relativement importante, par exemple de l'ordre de 220 mW pour un relais bistable de petite dimension. Et lorsqu'on utilise une source d'alimentation faible tension, il est nécessaire d'avoir une source d'alimentation, par exemple une batterie, ayant une faible 3036222 2 résistance interne ainsi que des transistors présentant une faible résistance interne à l'état passant (état « ON »). Et plus la taille de la batterie est petite plus la résistance interne de celle-ci devient non négligeable. 5 Actuellement pour des applications à faible consommation, utilisant des sources d'alimentation de faible tension, une solution consiste à connecter en permanence sur la batterie un condensateur formant réservoir d'énergie. Cependant de tels condensateurs, généralement à faible coût et de plusieurs centaines de microfarads, 10 présente des fuites non négligeables conduisant à des pertes de courant permanentes. Une autre solution consiste à utiliser des batteries de faible résistance interne. Cependant de telles batteries sont coûteuses ou de plus grande taille. 15 Une autre solution consiste à utiliser des demi-ponts plus coûteux de façon à baisser leur résistance interne à l'état passant. Selon un mode de mise en oeuvre et de réalisation, il est proposé de commander de façon efficace le passage d'un état de fonctionnement à un autre d'un organe électromécanique, même en 20 utilisant des sources d'alimentation continue de petite taille présentant des résistances internes non négligeables et/ou des demi ponts à transistors présentant également des résistances internes à l'état passant non négligeables. Selon un mode de mise en oeuvre et de réalisation il est ainsi 25 proposé de connecter un condensateur du côté du demi pont véhiculant le courant le plus élevé pour faire passer l'organe électromécanique de l'un de ces états de fonctionnement à l'autre, par exemple lors de l'activation d'un relais, et de charger ce condensateur avant de faire circuler ledit courant dans la bobine du relais, puis de décharger ce 30 condensateur à travers ladite bobine de façon à générer un courant additionnel qui va venir s'ajouter au courant généré par la source d'alimentation continue. Ainsi selon un aspect il est proposé un procédé de commande du passage d'un premier état de fonctionnement à un deuxième état de 3036222 3 fonctionnement d'un organe électromécanique et inversement, dans lequel le passage dudit organe de son premier état de fonctionnement à son deuxième état de fonctionnement, par exemple l'activation d'un relais, comprend une circulation dans un élément inductif dudit organe 5 d'un premier courant généré par une alimentation continue et supérieur à un deuxième courant généré par ladite alimentation continue et circulant en sens inverse dans ledit élément inductif lors du passage du deuxième état de fonctionnement au premier état de fonctionnement, par exemple lors de la désactivation dudit relais. 10 Selon une caractéristique générale de cet aspect, le passage dudit premier état de fonctionnement au deuxième état de fonctionnement comprend préalablement à la circulation du premier courant, une charge d'un condensateur puis, simultanément à la génération du premier courant, une décharge du condensateur à travers 15 ledit élément inductif de façon à faire circuler dans ledit élément inductif un courant additionnel s'ajoutant audit premier courant. Par ailleurs le passage dudit deuxième état de fonctionnement au premier état de fonctionnement comprend préalablement à la circulation dudit deuxième courant, une décharge dudit condensateur. 20 Ainsi, la présence de ce condensateur qui permet de faire circuler au moins au début de l'activation du relais un courant additionnel dans la bobine de l'organe électromécanique, permet l'utilisation de batteries de petite taille et peu coûteuses. Par ailleurs, en raison de la présence de ce courant additionnel généré par le 25 condensateur, le côté du demi pont véhiculant le courant le plus élevé peut être « faible » c'est-à-dire ayant une résistance à l'état passant non négligeable, ce qui permet d'utiliser des composants à faible coût voire moins de composants puisqu'on peut même utiliser le port de sortie d'un microcontrôleur classique dans certains cas. 30 Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé peut comprendre en outre une phase supplémentaire de décharge du condensateur postérieure à chaque passage de l'organe électromécanique de l'un de ses deux états à son autre état. 3036222 4 Une telle phase permet ainsi un gain de temps lors du passage du deuxième état vers le premier état de fonctionnement (typiquement lors de la désactivation du relais). Par ailleurs, le fait de prévoir cette phase supplémentaire lors du passage du premier état de 5 fonctionnement (typiquement lors de l'activation du relais) permet d'avoir un comportement symétrique d'un cycle à l'autre, c'est-à-dire lors de l'activation et lors de la désactivation. Selon un autre aspect, il est proposé un dispositif électronique, comprenant 10 une source d'alimentation continue apte à générer un premier courant et un deuxième courant inférieur au premier courant, un organe électromécanique comportant un élément inductif et possédant un premier état de fonctionnement et un deuxième état de fonctionnement, 15 un module de commande alimenté par la source d'alimentation et possédant une première borne de commande et une deuxième borne de commande respectivement connectées aux deux bornes de l'élément inductif et apte à adopter une première configuration autorisant une circulation du premier courant de la première borne de commande vers 20 la deuxième borne de commande de façon à faire passer ledit organe de son premier état de fonctionnement à son deuxième état de fonctionnement et une deuxième configuration autorisant une circulation du deuxième courant de la deuxième borne de commande vers la première borne de commande de façon à faire passer ledit 25 organe de son deuxième état de fonctionnement vers son premier état de fonctionnement, et un condensateur. Ledit module de commande est en outre apte à adopter préalablement à la première configuration, une 30 première configuration initiale autorisant une charge dudit condensateur puis à permettre lors de sa première configuration une décharge au moins partielle du condensateur à travers ledit élément inductif de façon à y faire circuler un courant additionnel s'ajoutant audit premier courant, et 3036222 5 apte à adopter préalablement à la deuxième configuration une deuxième configuration initiale autorisant une décharge dudit condensateur. Selon un mode de réalisation, la source d'alimentation continue 5 comprend une borne positive et une borne négative, le condensateur est connecté entre la première borne de commande et ladite borne négative, et le module de commande comprend un premier interrupteur et un deuxième interrupteur connectés en série entre la borne positive et la borne négative de la source de 10 tension et possédant un premier noeud commun formant ladite première borne de commande, un troisième interrupteur et un quatrième interrupteur connectés en série entre la borne positive et la borne négative de la source de tension et possédant un deuxième noeud commun formant 15 ladite deuxième borne de commande, et des moyens de commande configurés pour - fermer le premier interrupteur et ouvrir les autres interrupteurs de façon à placer le module de commande dans sa première configuration initiale puis fermer les premier et quatrième 20 interrupteurs et ouvrir les autres interrupteurs de façon à placer le module de commande dans sa première configuration, et - fermer le deuxième interrupteur et ouvrir les autres interrupteurs de façon à placer le module de commande dans sa deuxième configuration initiale puis fermer les deuxième et troisième 25 interrupteurs et ouvrir les autres interrupteurs de façon à placer le module de commande dans sa deuxième configuration. Selon un mode de réalisation, le module de commande est en outre apte à adopter une configuration terminale, postérieurement à la première configuration et à la deuxième configuration, autorisant une 30 décharge dudit condensateur. Ainsi, les moyens de commande sont par exemple configurés pour fermer le deuxième interrupteur et ouvrir les autres interrupteurs de façon à placer le module de commande dans sa configuration terminale. 3036222 6 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de mise en oeuvre et de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels : 5 -les figures 1 à 7 illustrent schématiquement des modes de mise en oeuvre et de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, la référence DIS désigne un dispositif électronique comprenant une source d'alimentation continue 1, par exemple une batterie ou des piles, rechargeables ou non, délivrant une 10 tension à vide +V. La référence 2 désigne schématiquement un organe électromécanique, par exemple un relais, comportant un élément inductif BB tel qu'une bobine, possédant deux bornes Al et A2. Le dispositif DIS comporte par ailleurs un module de 15 commande 3 alimenté par la source d'alimentation 1 et possédant une première borne de commande N1 et une deuxième borne de commande N2 respectivement connectées aux deux bornes Al et A2 de l'élément inductif BB. Dans cet exemple de réalisation, le module de commande 3 20 comprend un premier demi-pont à transistors 30 comportant un premier interrupteur 300, ici un transistor PMOS, et un deuxième interrupteur 301, ici un transistor NMOS, connectés en série entre la borne positive B+ et la borne négative B- (la masse) de la source de tension 1. La première borne de commande N1 est formée par les deux 25 drains reliés des deux transistors 300 et 301. Le module de commande 3 comporte par ailleurs un deuxième demi-pont à transistor 31 comportant ici un troisième interrupteur 310, par exemple un transistor PMOS, et un quatrième interrupteur 311, par exemple un transistor NMOS, connectés en série entre la borne 30 positive B+ et la borne négative B- de la source d'alimentation continue 1. La deuxième borne de commande N2 est formée par les deux drains reliés des transistors 310 et 311. 3036222 7 Les quatre transistors 300, 301, 310 et 311 sont commandés sur leurs grilles respectives par des signaux de commande délivré par des moyens de commande 32 qui peuvent être par exemple réalisés de façon logicielle au sein d'un microcontrôleur. 5 Outre les moyens qui viennent d'être décrits, le dispositif DIS comprend également un condensateur 4 possédant une première borne 40 connectée à la première borne de commande N1 ainsi qu'à la première borne Al de la bobine BB et une deuxième borne 41 connectée à la borne négative B- de la source d'alimentation. 10 Comme on va le voir plus en détail ci-après, le module de commande 3 et le condensateur 4 sont destinés à commander le passage d'un premier état de fonctionnement à un deuxième état de fonctionnement de l'organe électromécanique 2. Lorsque cet organe électromécanique est par exemple un relais, 15 le premier état de fonctionnement est par exemple un état désactivé et le deuxième état de fonctionnement est alors un état activé. Le passage du premier état de fonctionnement au deuxième état de fonctionnement correspond par conséquent à l'activation du relais tandis que le passage du deuxième état de fonctionnement au premier 20 état de fonctionnement correspond à la désactivation du relais. Le passage de l'organe électromécanique 2 d'un état de fonctionnement à un autre comprend une circulation d'un courant dans l'élément inductif BB. Et, généralement, l'un des courants est supérieur à l'autre. 25 C'est le cas notamment lorsque l'organe électromécanique est un relais bistable. En effet, le courant nécessaire pour l'activation du relais est généralement plus important que celui nécessaire à sa désactivation puisque lors de l'activation, l'espace magnétique est plus important et le flux magnétique permanent est faible tandis que lors de 30 la désactivation, l'espace magnétique est nul puisque le relais est collé et il est seulement nécessaire d'annuler le flux magnétique permanent pour décoller le relais, c'est-à-dire le désactiver. Dans l'exemple décrit ici, l'activation du relais va se traduire par un courant circulant dans la bobine BB de la borne Al vers la 3036222 8 borne A2 tandis que la désactivation va se traduire par un courant circulant dans la bobine de la borne A2 vers la borne Al. Aussi, puisque le courant d'activation est supérieur au courant de désactivation, le condensateur 4 est connecté au niveau de la 5 première borne de commande N1 c'est-à-dire du côté du demi pont 30 destiné à véhiculer le courant le plus fort. On se réfère maintenant plus particulièrement aux figures 2 à 7 pour illustrer un exemple de fonctionnement du dispositif DIS de la figure 1. 10 Les figures 2 à 4 ont trait à l'activation du relais électromécanique 2, c'est-à-dire au passage du relais de son premier état de fonctionnement (état désactivé) à son deuxième état de fonctionnement (état activé). Si l'on se réfère maintenant plus particulièrement à la figure 2, 15 on voit que le module de commande 3 adopte une première configuration initiale dans laquelle le premier interrupteur 300 est fermé (transistor passant) tandis que les autres interrupteurs 301, 310 et 311 sont ouverts (transistors bloqués). Cette première configuration initiale autorise une charge du 20 condensateur 4 par un courant I1 délivré par la source d'alimentation continue 1. L'homme du métier saura ajuster le temps nécessaire de placement du module de commande dans cette première configuration initiale pour charger le condensateur. Ceci dépend bien entendu de la 25 taille du condensateur. Ainsi, pour un condensateur ayant une valeur capacitive comprise entre une dizaine de microfarads et quelques centaines de microfarads, le temps de charge pourra être de l'ordre de quelques millisecondes à plusieurs dizaines de millisecondes. 30 Puis, comme illustré sur la figure 3, le module de commande adopte une première configuration dans laquelle le premier interrupteur 300 et le quatrième interrupteur 311 sont fermés et les autres interrupteurs 301 et 310 sont ouverts. 3036222 9 Dans cette première configuration, la batterie 1 forme avec sa résistance interne et la résistance interne du transistor 300 à l'état passant une première source de courant, et le condensateur 4 qui a été chargé avec la tension à vide +V de la batterie, forme avec son 5 impédance interne faible une deuxième source de courant. Ces deux sources de courant sont en parallèle. Et, au début, la source de courant formée par le condensateur 4 et sa faible impédance, est prépondérante par rapport à la source de courant formée par la batterie, sa résistance interne et la résistance 10 interne du transistor 300. De ce fait, le condensateur 4 peut se décharger à travers la bobine BB pour fournir un courant additionnel 12 qui va s'ajouter au courant 13 délivré par la batterie 1. Le courant résultant 14 ayant traversé la bobine BB s'évacue ensuite vers la masse via le transistor 311. 15 Le condensateur 4 se décharge jusqu'au point d'équilibre des tensions et à ce moment-là seul le courant 13 délivré par la batterie circule dans la bobine BB. Ainsi, le condensateur 4 a permis, lors de l'activation du relais, de fournir au démarrage un courant additionnel, ce qui permet de 20 pallier les effets négatifs éventuels dus à une trop forte résistance interne de la batterie et/ou du transistor 300. Si l'on se réfère maintenant à la figure 4, on voit que le cycle d'activation se termine préférentiellement par une décharge du condensateur 4 vers la masse (courant de décharge 140). 25 A cet égard, le module de commande 3 adopte une configuration terminale autorisant la décharge du condensateur 4. Dans cette configuration terminale, les moyens de commande 32 ferment le deuxième interrupteur 301 et ouvrent les autres interrupteurs 300, 310 et 311. 30 Là encore, on laisse l'interrupteur 301 fermé le temps suffisant pour permettre une décharge efficace du condensateur 4. A titre indicatif, quelques millisecondes peuvent être nécessaires. 3036222 10 Puis, les moyens de commande 32 placent le module de commande dans un état de repos dans lequel tous les interrupteurs 300, 301, 310 et 311 sont ouverts (transistors bloqués). On se réfère maintenant plus particulièrement aux figures 5 à 7 5 pour illustrer un exemple de fonctionnement du dispositif DIS lors de la désactivation du relais. Pour cette désactivation, les moyens de commande 32 placent le module de commande dans une deuxième configuration initiale illustrée sur la figure 5, dans laquelle il commande le deuxième 10 interrupteur 301 de façon à le rendre passant pour permettre une décharge du condensateur 4 (courant de décharge 15). En effet, ceci permet de s'assurer que le condensateur 4 est vide avant de procéder à la désactivation proprement dite du relais. Puis, comme illustré sur la figure 6, les moyens de commande 15 32 placent le module de commande dans une deuxième configuration dans laquelle le troisième interrupteur 310 et le deuxième interrupteur 301 sont fermés tandis que les autres interrupteurs 300 et 311 sont ouverts. De ce fait, un courant 16 délivré par la source d'alimentation 1 20 circule dans la bobine BB de la borne A2 vers la borne Al et ce courant 16 se subdivise ensuite au début de la phase de désactivation en un courant 17 venant charger le condensateur 4 et en un courant 18 s'évacuant vers la masse. Le condensateur 4 va se charger jusqu'au point d'équilibre des 25 tensions et à ce moment-là le courant 17 s'annule et seul le courant 18 subsiste. Puis, comme illustré sur la figure 7, les moyens de commande 32 placent de nouveau le module de commande 3 dans sa configuration terminale dans laquelle le transistor 301 est passant, de façon à 30 décharger le condensateur 4 via le courant de décharge 19. Puis, les moyens de commande placent de nouveau le module de commande dans son état de repos dans lequel tous les interrupteurs sont ouverts. 3036222 11 La taille du condensateur 4 dépend des caractéristiques de l'organe électromécanique. Cela étant, un condensateur ayant la valeur capacitive mentionnée ci-avant (quelques dizaines de microfarads à quelques centaines de microfarads) permet d'activer ou de désactiver 5 un relais bistable de quelques dizaines de milliwatts. On notera ici que le condensateur 4 ne consomme pas de courant en dehors des phases actives d'activation et de désactivation. En effet, en dehors de ces phases, lorsque le module de commande est à l'état repos, le condensateur 4 est isolé électriquement de la batterie 10 1. En conséquence, les fuites éventuelles du condensateur sont sans importance, ce qui permet d'utiliser un condensateur faible coût. Par ailleurs, puisque le condensateur 4 permet d'avoir un demi-pont 30 ayant une résistance interne médiocre à l'état passant, on pourrait tout à fait utiliser comme transistors 300 et 301, les 15 transistors intégrés au port de sortie d'un microcontrôleur. Mais, bien entendu, dans le cas où une puissance importante est nécessaire pour l'activation et la désactivation du relais, il resterait toutefois nécessaire de prévoir des transistors 300 et 301 de taille appropriée et qui seraient alors externes au microcontrôleur 32. REVENDICATIONS1. Procédé de commande du passage d'un premier état de fonctionnement à un deuxième état de fonctionnement d'un organe électromécanique (2) et inversement, dans lequel le passage dudit organe (2) de son premier état de fonctionnement à son deuxième état de fonctionnement comprend une circulation dans un élément inductif (BB) dudit organe d'un premier courant (13) généré par une alimentation continue (1) et supérieur à un deuxième courant (16) généré par ladite alimentation continue et circulant en sens inverse dans ledit élément inductif (BB) lors du passage du deuxième état de fonctionnement au premier état de fonctionnement, caractérisé en ce que le passage dudit premier état de fonctionnement au deuxième état de fonctionnement comprend préalablement à la circulation du premier courant (13), une charge d'un condensateur (4) puis, simultanément à la génération du premier courant (13), une décharge au moins partielle du condensateur (4) à travers ledit élément inductif (BB) de façon à faire circuler dans ledit élément inductif un courant additionnel (12) s'ajoutant audit premier courant (13), et le passage dudit deuxième état de fonctionnement au premier état de fonctionnement comprend préalablement à la circulation dudit deuxième courant (16), une décharge dudit condensateur (4). 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une phase supplémentaire de décharge du condensateur (4) postérieure à chaque passage de l'organe de l'un de ses deux états à son autre état. 3. Dispositif électronique, comprenant une source d'alimentation continue (1) apte à générer un premier courant (13) et un deuxième courant (16) inférieur au premier courant (13), un organe électromécanique (2) comportant un élément inductif (BB) et possédant un premier état de fonctionnement et un deuxième état de fonctionnement, un module de commande (3) alimenté par la source 3036222 13 d'alimentation et possédant une première borne de commande (N1) et une deuxième borne de commande (N2) respectivement connectées aux deux bornes (Al, A2) de l'élément inductif (BB) et apte à adopter une première configuration autorisant une circulation du premier courant 5 (13) de la première borne de commande (N1) vers la deuxième borne de commande (N2) de façon à faire passer ledit organe de son premier état de fonctionnement à son deuxième état de fonctionnement et une deuxième configuration autorisant une circulation du deuxième courant (16) de la deuxième borne de commande (N2) vers la première borne 10 de commande (N1) de façon à faire passer ledit organe de son deuxième état de fonctionnement vers son premier état de fonctionnement, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un condensateur (4) et en ce que ledit module de commande (3) est en outre apte à adopter préalablement à la première configuration, une 15 première configuration initiale autorisant une charge dudit condensateur (4) puis à permettre lors de sa première configuration une décharge au moins partielle du condensateur (4) à travers ledit élément inductif (BB) de façon à y faire circuler un courant additionnel (12) s'ajoutant audit premier courant (13), et apte à adopter 20 préalablement à la deuxième configuration, une deuxième configuration initiale autorisant une décharge dudit condensateur (4). 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel la source d'alimentation continue (1) comprend une borne positive (B+) et une borne négative (W), le condensateur (4) est connecté entre la première 25 borne de commande (N1) et ladite borne négative (W), et le module de commande (3) comprend un premier interrupteur (300) et un deuxième interrupteur (301) connectés en série entre la borne positive et la borne négative de la source de tension et possédant un premier noeud commun formant ladite première borne de commande (N1), un 30 troisième interrupteur (310) et un quatrième interrupteur (311) connectés en série entre la borne positive et la borne négative de la source de tension et possédant un deuxième noeud commun formant ladite deuxième borne de commande (N2), et des moyens de commande (32) configurés pour 3036222 14 fermer le premier interrupteur (300) et ouvrir les autres interrupteurs de façon à placer le module de commande dans sa première configuration initiale, puis fermer les premier et quatrième interrupteurs (300, 311) et ouvrir les autres 5 interrupteurs de façon à placer le module de commande dans sa première configuration, et pour fermer le deuxième interrupteur (301) et ouvrir les autres interrupteurs de façon à placer le module de commande dans sa deuxième configuration initiale puis fermer les deuxième (301) 10 et troisième (310) interrupteurs et ouvrir les autres interrupteurs de façon à placer le module de commande dans sa deuxième configuration. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le module de commande est en outre apte à adopter une configuration 15 terminale, postérieurement à la première configuration et à la deuxième configuration, autorisant une décharge dudit condensateur (4). 6. Dispositif selon les revendications 4 et 5, dans lequel les moyens de commande sont configurés pour fermer le deuxième (301) 20 interrupteur et ouvrir les autres interrupteurs de façon à placer le module de commande dans sa configuration terminale.