EP0909451B1 - Dispositif de commande d'une charge inductive - Google Patents

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EP0909451B1
EP0909451B1 EP97921876A EP97921876A EP0909451B1 EP 0909451 B1 EP0909451 B1 EP 0909451B1 EP 97921876 A EP97921876 A EP 97921876A EP 97921876 A EP97921876 A EP 97921876A EP 0909451 B1 EP0909451 B1 EP 0909451B1
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    • H01F7/1811Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current demagnetising upon switching off, removing residual magnetism

Definitions

  • the present invention relates to a load control device inductive, in particular an electromagnet coil, with which a diode is associated recovery, this device comprising an electronic chopper switch arranged in series with the coil and controlled by a width modulator of pulses as a function of a signal delivered by a device for measuring the current of the coil.
  • Coil control devices of this type are well known.
  • the switch controlled by the pulse width modulator provides power the coil first with a high current called in order to close the circuit magnetic of the electromagnet, then with a reduced current called just holding necessary to keep the magnetic circuit closed.
  • He is also known to supply the pulse width modulator by means of a voltage circuit continuous from a continuous source or the alternative network.
  • the object of the invention is to enable the transistor to be controlled quick opening over wide supply voltage ranges and under voltage floating with respect to the voltage across the coil.
  • the power supply circuit of the width modulator pulse converter is a transformer with two secondary windings one of which is connected to the pulse width modulator and the other of which is connected to the gate of the opening transistor via a requested opening switch by the opening signal.
  • the opening switch is preferably an optotransistor whose opening causes the discharge of the gate capacitance of the opening transistor fast.
  • a circuit comprising a comparator of the DC supply voltage with at least one threshold, the output of the comparator being connected to a call / hold delay element and to a opening delay device via a logic element provided with an input for a low level on-off signal.
  • Figure 1 schematically shows a control device according to the invention for a contactor coil.
  • Figure 2 shows an example of the control of the opening transistor in the device of figure 1.
  • the device shown is intended to control a coil B of electromagnetic contactor or, optionally, the coils of two contactors interdependent associated in reversing assembly. It includes a chopping transistor T1 arranged in series with the coil, between the latter and a low potential point, by example 0 volts, and a fast opening transistor T2 also arranged in series with the coil, between it and a high potential line V +.
  • a recovery diode D is arranged in parallel with the series arrangement of the coil B and the transistor T2.
  • the transistors T1 and T2 are preferably insulated gate transistors; it is here MOS transistors, but they can also be bipolar gate transistors isolated so-called IGBT.
  • the coil B is connected directly to the line V + and the transistor T2 is arranged in series with the coil between it and its point of connection to diode D.
  • transistor T2 and diode D are connected in series and the coil B is arranged in parallel with the assembly T2, D.
  • the chopping transistor T1 is connected to the output of a modulator circuit of pulses 11 included in a controller circuit 10.
  • a sensor 12 of the current circulating in the coil B is connected to the circuit 11 via a peak intensity detector 13.
  • the elements composing circuit 11 or associated with circuit 11 are usual and do not will not be described further.
  • Transistors T1, T2 are IGBT components or N channel MOS.
  • the device has on the one hand terminals 14 supply and command to supply the various electronic circuits and determine the contactor on and off by means of a switch not indicated and on the other hand a control terminal 15 making it possible to determine the running and contactor shutdown by a low-level signal S, for example from a bus industrial or an appropriate control unit such as a programmable controller.
  • the supply and control terminals 14 are connected via a filter 16 to a rectifier 17 whose output at potential V + considered below as potential continuous, is connected to transistor T2, to controller circuit 10 and to a converter with transformer 20.
  • the converter 20 comprises two windings secondary 21,22 (see figure 2).
  • the windings 21,22 are connected respectively by conductors 23,24 to the controller circuit 10 to supply the latter and to a opening switch with isolated control 25; switch 25, for example a optotransistor, is controlled by the controller 10 via a conductor 26 to make passing or blocking transistor T2 in order to power the coil or not.
  • the driver 26 is connected to an opening control circuit 27 which includes a analog or digital comparator 28 of the voltage applied to the controller circuit 10 by the conductor 23.
  • a logic element 29 receives on the one hand the signal leaving the comparator 28 and on the other hand the signal S applicable to circuit 10 via terminal 15; the output of logic element 29 is connected on the one hand to a timer call / hold 30a connected to modulator 1, and secondly to a delay device opening 30b to which the conductor 26 is connected.
  • the opening delay member 30b for example of the RC type, makes it possible to adjust the blocking delay of the transistor T2 and therefore the fallout time of the electromagnet.
  • the transistor T3 of the optical component 25 is located so as to allow the discharge of the gate capacitance of transistor T2 when T3 freezes.
  • a Zener Z diode is arranged in parallel to T2 to protect this one.
  • the controller circuit 10 can be a microcontroller with inputs 31 to select the size of the coil of the associated contactor.
  • the microcontroller can also be fitted with double 26.26 'inputs and outputs to control the coils of two contactors mutually associated as reversers.
  • the device shown operates as follows.
  • Coil B is assumed to be initially unpowered, so that the magnetic circuit of the contactor electromagnet is open. To close this circuit magnetic, we close the switch not shown which is associated with terminals 14, this which applies the DC voltage V + to the drain of T2, to the controller circuit 10 and to the converter 20.
  • the transistor of the opening switch 25 is passed through the circuit 10 and the gate of the opening transistor T2 is therefore polarized; it results that T2 is conducting and that, as T1 is also conducting, coil B is supplied with an inrush current, then a holding current lower than the current when the pulse modulator circuit 11 comes into operation.
  • the delay member 30 applies with the predetermined delay a signal to the optotransistor 25 which is blocked.
  • the T2 grid is discharge and T2 hangs. A rapid fallout of the electromagnet is thus obtained.
  • the same quick opening operation can be achieved by switching the signal to low level S presented at terminal 15.

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Abstract

Dispositif de commande d'une charge inductive, notamment d'une bobine d'électroaimant, comprenant un interrupteur hacheur, en série avec la bobine et piloté par un modulateur de largeur d'impulsions, et un interrupteur d'ouverture également en série avec la bobine. Un convertisseur à transformateur (20) présente deux enroulements secondaires dont l'un est relié au modulateur (11) et dont l'autre est relié à la grille du transistor d'ouverture (T2) via un interrupteur (25) sollicité par le signal d'ouverture.

Description

La présente invention concerne un dispositif de commande d'une charge inductive, notamment d'une bobine d'électroaimant, à laquelle est associée une diode de récupération, ce dispositif comprenant un interrupteur électronique hacheur disposé en série avec la bobine et commandé par un modulateur de largeur d'impulsions en fonction d'un signal délivré par un organe de mesure du courant de la bobine.
Les dispositifs de commande de bobine de ce type sont bien connus. L'interrupteur commandé par le modulateur de largeur d'impulsions permet d'alimenter la bobine d'abord avec un courant élevé dit d'appel afin de fermer le circuit magnétique de l'électroaimant, puis avec un courant réduit dit de maintien juste nécessaire pour garder le circuit magnétique fermé. Il est d'autre part connu d'alimenter le modulateur de largeur d'impulsions au moyen d'un circuit de tension continue à partir d'une source continue ou du réseau alternatif.
Dans un tel dispositif, on cherche parfois à obtenir une ouverture rapide du circuit magnétique de l'électroaimant ; or le courant de roue libre qui continue de circuler dans la bobine via la diode de récupération après le blocage du transistor hacheur retarde cette ouverture. On interpose donc de façon connue en série avec la bobine ou en parallèle à la bobine un deuxième transistor dit d'ouverture rapide ou de retombée rapide, sollicité par un circuit de commande d'ouverture (voir par exemple le document DE-42 27 165).
L'invention a pour but de permettre de commander le transistor d'ouverture rapide sur de larges plages de tension d'alimentation et sous une tension flottante par rapport à la tension aux bornes de la bobine.
Selon l'invention, le circuit d'alimentation du modulateur de largeur d'impulsions est un convertisseur à transformateur à deux enroulements secondaires dont l'un est relié au modulateur de largeur d'impulsions et dont l'autre est relié à la grille du transistor d'ouverture par l'intermédiaire d'un interrupteur d'ouverture sollicité par le signal d'ouverture. L'interrupteur d'ouverture est de préférence un optotransistor dont l'ouverture entraíne la décharge de la capacité de grille du transistor d'ouverture rapide.
Il est avantageusement commandé par un circuit comprenant un comparateur de la tension continue d'alimentation avec au moins un seuil, la sortie du comparateur étant reliée à un élément de temporisation d'appel/maintien et à un organe de temporisation d'ouverture via un élément logique muni d'une entrée pour un signal bas niveau marche-arrêt.
La description qui suit d'un mode de réalisation non limitatif de l'invention, en regard des figures annexées, fera comprendre comment l'invention peut être mise en pratique.
La figure 1 représente schématiquement un dispositif de commande conforme à l'invention pour une bobine de contacteur.
La figure 2 montre un exemple de réalisation de la commande du transistor d'ouverture dans le dispositif de la figure 1.
Le dispositif représenté est destiné à commander une bobine B de contacteur électromagnétique ou, éventuellement, les bobines de deux contacteurs interdépendants associés en montage inverseur. Il comprend un transistor hacheur T1 disposé en série avec la bobine, entre celle-ci et un point de potentiel bas, par exemple 0 volt, et un transistor d'ouverture rapide T2 disposé lui aussi en série avec la bobine, entre celle-ci et une ligne de potentiel haut V+. Une diode de récupération D est disposée en parallèle avec le montage série de la bobine B et du transistor T2. Les transistors T1 et T2 sont de préférence des transistors à grille isolée ; il s'agit ici de transistors MOS, mais il peut s'agir également de transistors bipolaires à grille isolée dits IGBT. Dans une variante, la bobine B est connectée directement à la ligne V+ et le transistor T2 est disposé en série avec la bobine entre celle-ci et son point de connexion à la diode D. Dans une autre variante, le transistor T2 et la diode D sont mis en série et la bobine B est disposée en parallèle à l'ensemble T2, D.
Le transistor hacheur T1 est relié à la sortie d'un circuit modulateur d'impulsions 11 inclus dans un circuit contrôleur 10. Un capteur 12 du courant circulant dans la bobine B est relié au circuit 11 via un détecteur d'intensité crête 13. Les éléments composant le circuit 11 ou associés au circuit 11 sont usuels et ne seront pas davantage décrits. Les transistors T1,T2 sont des composants IGBT ou MOS à canal n.
Le dispositif présente d'une part des bornes 14 d'alimentation et de commande permettant d'alimenter les différents circuits électroniques et de déterminer la marche et l'arrêt du contacteur au moyen d'un interrupteur non indiqué et d'autre part une borne 15 de commande permettant de déterminer la marche et l'arrêt du contacteur par un signal S à bas niveau provenant par exemple d'un bus industriel ou d'un organe de commande approprié tel qu'un automate programmable. Les bornes d'alimentation et de commande 14 sont reliées via un filtre 16 à un redresseur 17 dont la sortie au potentiel V+ considéré ci-après comme potentiel continu, est connectée au transistor T2, au circuit contrôleur 10 et à un convertisseur à transformateur 20.
Selon l'invention, le convertisseur 20 comprend deux enroulements secondaires 21,22 (voir figure 2). Les enroulements 21,22 sont reliés respectivement par des conducteurs 23,24 au circuit contrôleur 10 pour alimenter celui-ci et à un interrupteur d'ouverture à commande isolée 25 ; l'interrupteur 25, par exemple un optotransistor, est commandé par le contrôleur 10 via un conducteur 26 pour rendre passant ou bloquer le transistor T2 afin d'alimenter ou non la bobine. Le conducteur 26 est raccordé à un circuit de commande d'ouverture 27 qui comprend un comparateur 28 analogique ou numérique de la tension appliquée au circuit contrôleur 10 par le conducteur 23. Un élément logique 29 reçoit d'une part le signal sortant du comparateur 28 et d'autre part le signal S applicable au circuit 10 par la borne 15 ; la sortie de l'élément logique 29 est reliée d'une part à un organe de temporisation d'appel/maintien 30a relié au modulateur 1, et d'autre part à un organe de retard d'ouverture 30b auquel se raccorde le conducteur 26. L'organe de retard d'ouverture 30b, par exemple du type RC, permet d'ajuster le retard de blocage du transistor T2 et donc le temps de retombée de l'électroaimant.
Comme on le voit figure 2, le transistor T3 du composant optique 25 est situé de manière à permettre la décharge de la capacité de grille du transistor T2 quand T3 se bloque. Une diode Zener Z est disposée en parallèle à T2 pour protéger celui-ci.
Le circuit contrôleur 10 peut être un microcontrôleur doté d'entrées 31 pour sélectionner le calibre de la bobine du contacteur associé. Le microcontrôleur peut aussi être doté d'entrées et de sorties 26,26' doublées pour commander les bobines de deux contacteurs mutuellement associés en inverseur.
Le dispositif représenté fonctionne de la façon suivante.
La bobine B est supposée initialement non alimentée, de sorte que le circuit magnétique de l'électroaimant du contacteur est ouvert. Pour fermer ce circuit magnétique, on ferme l'interrupteur non représenté qui est associé aux bornes 14, ce qui applique la tension continue V+ au drain de T2, au circuit contrôleur 10 et au convertisseur 20. Le transistor de l'interrupteur d'ouverture 25 est rendu passant par le circuit 10 et la grille du transistor d'ouverture T2 est donc polarisée ; il en résulte que T2 est passant et que, comme T1 est également passant, la bobine B est alimentée avec un courant d'appel, puis un courant de maintien inférieur au courant d'appel quand le circuit modulateur d'impulsions 11 entre en oeuvre.
Pour ouvrir le circuit magnétique, on ouvre l'interrupteur associé aux bornes 14, de sorte que la tension d'alimentation du circuit diminue depuis son niveau V+ Lorsqu'elle atteint le seuil du comparateur 28, l'organe de retard 30 applique avec le retard prédéterminé un signal à l'optotransistor 25 qui se bloque. La grille de T2 se décharge et T2 se bloque. On obtient ainsi une retombée rapide de l'électroaimant. La même opération d'ouverture rapide peut être obtenue par la commutation du signal à bas niveau S présenté à la borne 15.

Claims (5)

  1. Dispositif de commande d'une charge inductive notamment d'une bobine (B) d'électroaimant, à laquelle est associée une diode (D) de récupération, comprenant
    un interrupteur électronique hacheur disposé en série avec la bobine (B) et commandé par un modulateur de largeur d'impulsions (11) en fonction d'un signal délivré par un organe de mesure du courant de la bobine (B).
    le modulateur de largeur d'impulsions (11) étant alimenté par un circuit d'alimentation en tension continue et inclus dans un circuit contrôleur (10),
    un interrupteur électronique d'ouverture rapide constitué par un transistor (T2) à grille isolée disposé en série avec la bobine (B) ou en parallèle à la bobine (B) et commandable par un signal d'ouverture délivré par le circuit contrôleur (10),
       caractérisé par le fait que le circuit (20) d'alimentation du modulateur de largeur d'impulsions (11) est un convertisseur à transformateur à deux enroulements secondaires dont l'un (21) est relié au modulateur de largeur d'impulsions et dont l'autre (22) est relié à la grille du transistor d'ouverture (T2) par l'intermédiaire d'un interrupteur d'ouverture (25) sollicité par le signal d'ouverture.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'interrupteur d'ouverture (25) est un optotransistor dont l'ouverture entraíne la décharge de la capacité de grille du transistor d'ouverture rapide (T2).
  3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'interrupteur d'ouverture (25) est commandé par un comparateur (28) de la tension continue d'alimentation avec au moins un seuil, la sortie du comparateur étant reliée à un organe de temporisation d'appel/maintien (30a) et à un organe de retard d'ouverture (30b) via un élément logique (29) muni d'une entrée pour un signal (S) de commande à bas niveau.
  4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le transistor d'ouverture (T2) est shuntable.
  5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit contrôleur (10) est un microcontrôleur doté d'entrées (31) de sélection de calibre de bobines de contacteurs et d'entrées et sorties affectées aux bobines de deux contacteurs associés en inverseur.
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