EP1139361A1 - Circuit électrique pour la transmission d'une information d'état, notamment d'un organe de matériel ferroviaire roulant, et système électrique incorporant un tel circuit - Google Patents

Circuit électrique pour la transmission d'une information d'état, notamment d'un organe de matériel ferroviaire roulant, et système électrique incorporant un tel circuit Download PDF

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EP1139361A1
EP1139361A1 EP01400349A EP01400349A EP1139361A1 EP 1139361 A1 EP1139361 A1 EP 1139361A1 EP 01400349 A EP01400349 A EP 01400349A EP 01400349 A EP01400349 A EP 01400349A EP 1139361 A1 EP1139361 A1 EP 1139361A1
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EP
European Patent Office
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switch
electrical circuit
circuit
state
current
Prior art date
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EP01400349A
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German (de)
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EP1139361B1 (fr
Inventor
Michel Bert
Ladimir Prince
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Alstom SA
Original Assignee
Alstom SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/16—Indicators for switching condition, e.g. "on" or "off"
    • H01H9/167—Circuits for remote indication
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/60—Auxiliary means structurally associated with the switch for cleaning or lubricating contact-making surfaces
    • H01H1/605—Cleaning of contact-making surfaces by relatively high voltage pulses

Definitions

  • the invention relates to an electrical circuit for routing information of all or nothing type, in particular for an application in the railway sector.
  • these signals are representative of the state of a circuit breaker or from the open or closed position of a car access door.
  • Signals are intended to be routed with a high degree security and availability, which makes the use of links unsuitable low energy computer type.
  • a solution currently used is to connect to both terminals of an accumulator a closed loop electrical circuit, which comprises in series at least one switch linked to the state of the organ to be checked, a resistor, and a galvanically isolated connection connected to the receiving device information contained in the signal, for example the electronic circuit control system or the control and signaling panel.
  • the open or closed position of the switch is representative the status of a parameter or equipment.
  • a current the intensity of which is limited by the resistance, flows in the circuit.
  • no current flows.
  • the presence or the absence of this current is transformed by the galvanically isolated link in all or nothing information communicated to the electronic circuit.
  • a train has a plurality of such circuits connected to the terminals of the same accumulator.
  • This current is consumed at a loss in the resistor.
  • the accumulator generally supplying several circuits, and other equipment, the voltage it delivers varies over time with the charge level at its terminals.
  • the intensity of the current in the circuit therefore also varies proportionally when the battery is charged.
  • the amount of heat dissipated increases with the number switches and information to be transmitted.
  • the invention aims to reduce the aforementioned drawbacks of prior art.
  • the object of the invention is therefore to carry information all or nothing type with a high degree of reliability and availability, while reducing the power dissipated by the Joule effect.
  • the invention also relates to an electrical system intended transmits a plurality of state information, characterized in that it comprises an accumulator and a plurality of electrical circuits, as defined above, each intended to transmit status information and connected parallel to the terminals of said accumulator.
  • each switch being associated to an organ or equipment of said rail convoy, to control it state or position.
  • FIG. 1 A first alternative embodiment of an electrical system 1 according to the invention is illustrated in FIG. 1.
  • the electrical system 1 is capable of transmitting a plurality all or nothing information to an electronic control circuit 2 of automata.
  • the electrical system 1 comprises a plurality of electrical circuits elementary CE (i), here n in number, connected in parallel to terminals of a supply accumulator 3.
  • each elementary circuit CE (i) is capable of transmitting information all or nothing representative of the state of an organ or equipment to control, in particular equipment for railway vehicles.
  • a connection S (1) ... S (i) ... S (n) recovers at the output of each elementary circuit CE (i), all or nothing information by means of a link which will be described below, to transmit it to one of the input ports P (1) ... P (i) ... P (n) of the electronic circuit 2.
  • the electronic circuit 2 also includes output ports 4 for example for controlling automata (not shown).
  • the power accumulator 3 In the main application targeted, the power accumulator 3, the electrical system 1 and the electronic circuit 2 are intended to be boarded a train. It goes without saying that the electronic control circuit 2 can be replaced by a control and signaling panel or by any device capable of receiving and processing information all or nothing.
  • the supply accumulator 3 is the only one DC voltage source for the whole train. Also, the various equipment on board that require a DC power supply are supplied by this single accumulator 3. The voltage which it delivers is therefore susceptible vary over time, depending on the load at its terminals, between 0.6 times and 1.4 times its nominal voltage.
  • the accumulators 3 generally used at present in trains, have nominal voltages of 24 volts, 36 volts, 48 volts, 96 volts and 110 volts.
  • FIG. 2 elementary CE (i) used in the construction of the electrical system 1.
  • This elementary circuit CE (i) comprises a loop B supplied by the accumulator 3 and which comprises, arranged in series, a status switch 5, an inductor 6, a galvanically isolated connection 7 which can for example be made by means of an opto-coupler, and two branches 8 and 9 in parallel.
  • the branch 8 comprises, arranged in series, a transistor 10 and a regulating device 11 controlling said transistor 10.
  • the polarization of the transistor 10 is such that a current flowing between the two main electrodes, other than the control one, the transistor is positive according to the conventional orientation of loop B adopted previously.
  • the regulating device 11 comprises measuring means the intensity of the current flowing through branch 8, as well as a clock (not shown).
  • the second branch 9 has a diode 12 and a capacitor 13 in series.
  • a resistor 14 is disposed between a point P of the branch 9 located between diode 12 and capacitor 13, and the + terminal of the accumulator 3.
  • the diode 12 is polarized so as to prevent the discharge of the capacitor 13 elsewhere than by the resistor 14.
  • the organ or equipment whose state you want to control activates the closing and opening of the status switch 5.
  • switch 5 When switch 5 is open, no current flows through loop B through the galvanic connection 7, which, when it consists of an opto-coupler, does not deliver any output current on connection S (i) or output for sending status information.
  • the control frequency of transistor 10 is fixed, for example around 240 kHz, by the clock of the regulating device 11.
  • transistor 10 is consecutively returned and then blocked.
  • the duty cycle ⁇ equal to time during which the transistor 10 is on divided by the period T, is variable. It is determined by the regulation device 11 by comparison of the peak value of the current flowing through branch 8 during a period T at a setpoint of around 25 mA stored in the regulating device 11, in order to regulate the current in the loop B.
  • the current i 6 has reached a value such that the duty cycle ⁇ begins to move away from its initial value equal to 1 and the transistor 10 is blocked.
  • the inductance 6 is demagnetized by a current i 12 passing through the diode 12, in the direction of the point P.
  • This current i 12 is divided into P into two currents i 13 and i 14 which pass through the capacitor 13 and the resistor 14 respectively.
  • current i 14 is initially relatively low, because most of the current i 12 from diode 12 is applied to capacitor 13.
  • Current i 13 increases the charge of capacitor 13 and the potential V p at point P increases above of its initial value E.
  • V p gradually increases to tend towards a stabilization value after the transient phase which has just been described.
  • FIGS 3a, 3b and 3c illustrate the operation of the circuit elementary CE (i) once it has entered this substantially stabilized regime where the current flowing in the inductor is not interrupted.
  • the curve 3a represents the evolution of the current i 6 as a function of time in the inductance 6
  • the curves 3b and 3c represent the contribution of this current i 6 in the intensities respectively of the current i 10 passing through the transistor 10 and current i 12 passing through diode 12.
  • the potential E of the accumulator 3 is applied to the inductor 6.
  • the intensity of the current i 6 increases approximately linearly over time t with a slope E / L , from a minimum intensity i 6m to a maximum intensity i 6M .
  • the transistor 10 After a duration ⁇ T, the transistor 10 is blocked and this, until the end of the period T.
  • the voltage across the inductor 6 is equal to EV p , the potential V p at the point P being substantially constant and greater than E
  • This current i 6 through the inductor 6 flows partly in the closed loop comprising the inductor 6, the diode 12, the capacitor 13, the accumulator 3 and the switch 5.
  • the other part of this current i 6 flows through the resistor 14 and travels through the closed loop comprising the inductor 6, the diode 12, the resistor 14 and the switch 5.
  • the capacitor 13 also discharges during the time ⁇ T, while diode 12 is blocked, by an amount which must be on average equal to its recharge by the diode 12, during the time (1- ⁇ ) T, in established regime.
  • the capacitor 13 restores part of its energy to the circuit by supplying at least the switch 5, the inductance 6, the galvanically isolated link 7 and the transistor 10, and possibly also supplying the accumulator 3.
  • the capacitor 13 discharges, and part of its energy is transferred to the inductance 6 which magnetizes, which generates the current i 6 in the switch 5, inductance 6, galvanically isolated link and transistor 10.
  • the inductance demagnetizes and part of its energy is transferred to capacitor 13 which load, which generates the current i 6 in the switch 5, the inductor 6 and the galvanically isolated connection 7.
  • the current i 6 is therefore partly the consequence of an energy transfer from the capacitor 13 to the inductor 6, then from the inductor 6 to the capacitor 13. It should be noted that between these two transfer phases d energy, the polarity of the connections between the inductor 6 and the capacitor 13 are reversed.
  • the accumulator 13 maintains the energy level of the circuit by compensating for the losses in particular in the resistor 14.
  • the accumulator 3 also has the function of supplying the initial energy to the circuit during the transient start-up phase commented on above.
  • the regulating device 11 determines the duty cycle ⁇ so as to regulate the intensity of the current i 6 which crosses the inductor 6. When the transistor 10 is on, the current i 6 increases. Conversely, this current i 6 decreases when the transistor 10 is blocked.
  • the duty cycle ⁇ therefore determines the durations of the phases of growth and decay of the current i 6 during a period T. By increasing one of said durations relative to the other, the regulating device 11 can vary l intensity of the current i 6 between the beginning and the end of the period T.
  • the current i 6 in the inductor 6 as illustrated in FIG. 3a changes only over a reduced range between i 6m and i 6M . Its average value is adjusted so as to obtain the passage of the minimum current required to ensure the cleaning of the switch 5.
  • connection S (i) when the switch 5 is closed, a current is established in the galvanically isolated connection 7, which produces a signal in response output on connection S (i).
  • the position of the galvanically isolated connection 7 in series with switch 5 is advantageous since the signal it generates at output is a substantially faithful image of the current flowing through this switch 5.
  • the current coming from the capacitor 13 or outgoing current and which crosses the resistor 14 is that which ensures the discharge of the capacitor 13. Now, in stabilized regime, the average current leaving the capacitor 13 is equal to the current i 6 coming from the inductance 6 which enters there. The latter is fixed by the regulating device 11.
  • the current coming from the capacitor 13 and which flows through the resistor 14 is also determined by the regulating device 11.
  • the potential difference V p -E across the resistor 14 is established at a value proportional to l intensity of this current and inversely proportional to the value R of this resistor 14. Also, the value R of the resistor 14 makes it possible to determine the potential difference V p -E, the value of the current i 6 being fixed elsewhere.
  • the accumulator 3 maintains the energy level in the circuit, and only the power which it releases for this purpose is consumed by the Joule effect.
  • the current i 6 in the switch 5 is not only limited by a resistance which necessarily dissipates energy by the Joule effect as in the cited prior art, but also by the alternating transfer of a quantity of energy which causes a growth then a decrease of this current i 6 and allows its regulation.
  • the intensity of the current i 6 injected into the circuit is regulated by its maximum value i 6M which is independent of the voltage E delivered by the accumulator 3. Contrary to what is obtained in the prior art, a variation in the voltage E delivered by the accumulator 3 does not introduce a variation in the current consumed by the resistor 14.
  • the galvanically isolated connection consists of a magnetic coupling produced by a 7 'transformer, to be interfered in the case where the direct component of the current passing through the primary is important, the primary winding of which also forms, at least in part, that Inductance 6.
  • the secondary is, for its part, connected to the connection Yes).
  • the operation of the elementary circuit CE (i) remains unchanged.
  • the variation of the current i 6 in the inductance 6 between i 6m and i 6M when the switch 5 is closed, produces a voltage and / or a current at the terminals of the secondary of the transformer 7 'which constitute the output signal. after rectification by a rectifier not shown.
  • the galvanically isolated connection 7 has been moved from a position in series with the inductor 6 to a position in series with the transistor 10, on the branch 8.
  • the operation of the elementary circuit CE (i) remains the same, the output signal recovered on connection S (i) being intermittent like the current i 10 which flows through transistor 10. Means making it possible to smooth or average this output signal can be provided on the output circuit associated with the output connection S (i).
  • the regulating device 11 has been replaced by a regulating device 11 ′ which includes means for measuring the voltage V p across the capacitor 13.
  • the regulating device 11 ′ determines the duty cycle ⁇ and controls the transistor 10 so as to regulate the voltage V p across the terminals of the capacitor 13 around a set value.
  • the average current which leaves the capacitor 13 must be equal to the average current coming from the inductor 6 which enters there.
  • this current which leaves the capacitor 13 and which discharges it is also established in the resistor 14 and is determined by the potential difference V p -E at the terminals of this resistor 14.
  • An advantageous control variant uses a measurement of the voltage V p -E at the terminals of the resistor 14 to regulate the current in the resistor 14 by the relation (V p -E) / R and therefore the dissipated power (V p -E ) 2 / R, while maintaining a current in the switch 5 slightly decreasing as a function of the voltage of the accumulator 3.
  • the galvanically isolated connection can be arranged on any one of the branches of the elementary circuit CE (i) by example in series with diode 12, capacitor 13 or with resistance 14.
  • transistor 10 can be replaced by any type of switch controlled.
  • the output information can be generated by the device 11 or 11 'regulator, which then fulfills the function of the insulation link galvanic 7 or 7 ', based on the value of the duty cycle ⁇ , which equals 1 when switch 5 is open and deviates from 1 when it is closed.
  • a breakdown for example following the failure of a component can occur, in an elementary circuit CE (i) according to the invention, without being detected or at least not before a time which can be more or less long, such a possibility affecting reliability wanted.
  • the status switch determines the passage of the current in this elementary circuit CE (i)
  • it can be envisaged, in a first, use it to perform a function test in which the actual reception of the all or nothing signal is checked.
  • this status switch is not always accessible and / or easily actuated. For example, it can be placed in a place on the train far from the place where reception is tested.
  • the elementary circuit CE (i) illustrated in FIG. 7 comprises means 15 capable of testing its correct operation, whatever the position of the status switch.
  • This elementary circuit CE (i) has an identical basic structure to that of the first alternative embodiment of the invention illustrated in Figure 2 and previously commented, and has the same elements.
  • the status switch and the galvanically isolated connection are here respectively formed of a 5 'voltage inverter and a 7 "optocoupler, this particular choice being only intended to illustrate certain characteristics.
  • the means 15 for testing the correct operation of the circuit elementary CE (i) include a protective diode 16 disposed between the voltage inverter 5 'and the inductor 6, and polarized so as to allow the passage of a positive current according to the conventional orientation of the loop B previously adopted.
  • another series circuit includes another protection diode 17, a controlled test switch formed by a transistor 18, and a test accumulator 19, all three of which belong to the means 15.
  • the protective diode 17 and the test accumulator 19 are polarized so that the latter is able to supply the elementary circuit CE (i), with the exception of the 5 'voltage inverter, by producing a current of the same direction as that supplied by the supply accumulator 3, in place of it.
  • the protection diode 17 is advantageously disposed downstream of transistor 18, itself disposed downstream of this accumulator test 19.
  • the means 15 for testing the correct operation of the circuit electric CE (i) still have an automatic test unit 20, connected to transistor 18 and advantageously to regulating device 11, and receiving status information sent by the optocoupler 7 "thanks to a connection on connection S (i).
  • the protective diode 16 is located on one side or the other of the assembly comprising the voltage inverter 5 'and the supply accumulator 3 in series.
  • charges C (1) ... C (j) ... C (m) optional but shown to illustrate certain peculiarities of functioning, formed for example of relays, actuators, coils for closing circuit breakers and / or indicator lights, the condition of which like that of the 7 "optocoupler, is intended to be linked to the open position or closed of the voltage inverter 5 ', are each arranged in parallel with the series circuit comprising the 5 'voltage inverter and the accumulator power supply 3, except for the protective diode 16.
  • the automatic test unit 20 is capable of carrying out an automated test checking that the electrical circuit CE (i) is functioning correctly, said test being triggered for example by each new start of the train.
  • the voltage inverter 5 ' of which actuation can be made tedious due to the large number of such switches, can be either in an open position or closed.
  • the automatic test unit 20 controls transistor 18 on closing, thus ensuring power-up the part of the electrical circuit CE (i) located downstream of the protection diode 16.
  • This unit 20 verifies the transmission, in connection S (i), information representative of the passage of a current in the opto-coupler 7 ", which should happen when this part of the CE circuit (i), located downstream of the protection diode 16, functions correctly.
  • the galvanically isolated connection is here formed of an optocoupler 7 ", it should also be checked that the phototransistor of this opto-coupler, passing when it receives light information due to the passage of a current in the associated photo-emitting diode, finds its blocked state, corresponding to an open switch, in the absence of this current.
  • the voltage inverter 5 ' can be in any condition.
  • the automatic test unit 20 maintains, via the regulating device 11, the transistor 10 in the off state.
  • the current which crosses the optocoupler 7 "gradually cancels out due to the energy stored in inductance 6, during a transitional period which may be estimated at 5 times the time constant of this inductance (5xL / r).
  • the automatic test unit 20 verifies that the signal it receives from connection S (i) actually corresponds to a state blocked from the phototransistor of the 7 "optocoupler.
  • the diode of protection 17 prevents a current from being established between these two accumulators, if the 5 'voltage inverter is closed when the automatic test unit 20 maintains the transistor 18 in the on state.
  • this protective diode 17 further protects the transistor 18 from destructive effects too high a negative voltage across its terminals.
  • the protection diode 16 isolates the accumulators 3 and 19 and avoids a current from one to the other, when the test voltage is higher than the supply voltage, situation that can be encountered when the second step of the above test is not planned, for example because the galvanically isolated link is not an optocoupler.
  • This protection diode 16 also prevents a current of short circuit emitted by the test accumulator 19 is established when the inverter voltage 5 'is in the open position, i.e. when it disconnects the circuit elementary CE (i) of the supply accumulator 3 and imposes a voltage zero across this electrical circuit CE (i), while, at the same time, transistor 18 is on.
  • this situation that we seeks to avoid does not exist when a simple switch is placed at the place of this 5 'voltage inverter.
  • the protective diode 16 also prevents power from being supplied by the test accumulator 19, when the transistor 18 is on, the charges C (1) ... C (j) ... C (m), the state of which is intended to be linked to that of the 5 'voltage inverter.
  • the supply accumulator 3 while retaining its arrangement inside the electrical circuit CE (i), can also be connected so as to replace the test accumulator 19.
  • the supply accumulator fills successively in the time two separate functions, thus saving a specific test accumulator.
  • the transistor 18 is then connected directly in parallel with the 5 'voltage inverter. Protection diode 17 becomes superfluous.
  • the protection diode 16 only the presence of loads C (1) ... C (j) ... C (m) or the use of a 5 'voltage inverter at instead of a simple switch make it necessary.
  • any type of switch can replace the inverter of 5 'tension, this one having been chosen only to illustrate the particular role filled by the protective diode 16 in the case where it is used.
  • the 7 "optocoupler was chosen for similar reasons, it also can be replaced by any other component able to realize a galvanically isolated connection. Some of them, like for example the transformer mentioned above, do not require a second test phase, since they cannot generate alone, i.e. in the absence of any current flowing through it, an output signal on connection S (i) corresponding to such a current. In this case, the connection between the automatic test 20 at the regulating device 11 is no longer necessary.
  • the transistor 18 can be replaced by any component fulfilling the function of controlled switch.
  • the means 15 for testing the correct operation of the circuit electric CE (i) are intended to adapt to any variant of the invention, for example to all those which have previously described, of course that these means 15 have been presented in a particular combination with only one of them.
  • the invention is not limited to a railway application, but concerns the transmission, in any field, of all or nothing information.
  • This reduction in size reduces the size a reading channel, and therefore to make room for more people of reading circuits on an identical electronic card surface, despite a larger number of components.
  • the means 15 for automatically testing the operation of the electrical circuit CE (i) have in particular the advantage of being in the form of a simple circuit, using few components and, therefore, cheap.
  • these means 15 make it possible to carry out a test whose coverage rate is close to 100%, only the protection diode 16 not being verified.
  • This protection diode 16 limits notably the risk of seeing it cause a breakdown.

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Abstract

Circuit électrique (CE(i)) pour la transmission d'une information relative à l'état d'un paramètre ou d'un équipement, notamment pour une application dans le domaine ferroviaire. Il comporte des moyens pour réguler l'intensité du courant dans un interrupteur (5), comportant des moyens de commutation (10,11,12 ;11') des connexions et comportant des moyens d'emmagasinage selfiques (6) et des moyens d'emmagasinage capacitifs (13) qui forment, en régime établi, chacun alternativement moyens de stockage et moyens de restitution d'une partie de l'énergie dudit circuit électrique (CE(i)) selon l'état alternatif desdites connexions, défini par les moyens de commutation. Système électrique (1) incorporant un tel circuit (CE(i)). <IMAGE>

Description

L'invention concerne un circuit électrique pour l'acheminement d'informations de type tout ou rien, notamment pour une application dans le domaine ferroviaire.
Dans un train, de nombreux signaux de type tout ou rien indiquant l'état d'un paramètre ou d'un équipement sont acheminés par exemple jusqu'à un circuit électronique de commande d'automates ou jusqu'à un tableau de contrôle et de signalisation.
Par exemple, ces signaux sont représentatifs de l'état d'un disjoncteur ou de la position ouverte ou fermée d'une porte d'accès à une voiture.
Les signaux sont destinés à être acheminés avec un degré élevé de sécurité et de disponibilité, ce qui rend inadaptée l'utilisation de liaisons de faible énergie de type informatique.
Une solution actuellement utilisée consiste à brancher aux deux bornes d'un accumulateur un circuit électrique en boucle fermée, qui comporte en série au moins un interrupteur lié à l'état de l'organe à contrôler, une résistance, et une liaison à isolation galvanique reliée au dispositif destinataire de l'information contenue dans le signal, par exemple le circuit électronique de commande d'automate ou le tableau de contrôle et de signalisation.
La position ouverte ou fermée de l'interrupteur est représentative de l'état d'un paramètre ou d'un équipement. Lorsque l'interrupteur est fermé, un courant, dont l'intensité est limitée par la résistance, circule dans le circuit. Lorsqu'il est ouvert, aucun courant ne passe. La présence ou l'absence de ce courant est transformée par la liaison à isolation galvanique en une information tout ou rien communiquée au circuit électronique.
Généralement, un train comporte une pluralité de tels circuits connectés aux bornes d'un même accumulateur.
Comme les interrupteurs ont tendance à s'oxyder, une intensité minimale de courant, de l'ordre de quelques dizaines de milliampères, doit traverser chacun de ces interrupteurs pour les nettoyer.
Ce courant est consommé à perte dans la résistance.
De plus, la puissance dissipée dans la résistance par effet Joule produit de la chaleur, qui doit être évacuée.
Une solution consisterait à utiliser des ventilateurs.
Cependant, à l'heure actuelle, on évite, voire on s'interdit, d'utiliser de tels ventilateurs comme mode de refroidissement des circuits électroniques embarqués dans les trains pour des raisons de fiabilité, un ventilateur comportant des composants mécaniques susceptibles de se coincer, de se gripper et, de manière générale, de provoquer une panne.
La fiabilité des composants électriques et électroniques diminuant fortement lorsque la température ambiante augmente, on cherche à produire le moins de chaleur possible.
Par ailleurs, l'accumulateur alimentant généralement plusieurs circuits, et d'autres équipements, la tension qu'il délivre varie dans le temps avec le niveau de la charge à ses bornes.
L'intensité du courant dans le circuit varie donc elle aussi, proportionnellement à l'état de charge de l'accumulateur.
Par conséquent, pour obtenir l'intensité minimale requise pour le nettoyage des interrupteurs, il faut consentir à consommer un important surcroít de courant et donc de puissance, pendant certaines périodes au cours du fonctionnement du circuit. La production supplémentaire de chaleur qui l'accompagne accroít le problème de l'évacuation de cette chaleur.
La quantité de chaleur dissipée augmente avec le nombre d'interrupteurs et d'informations à transmettre.
L'invention vise à réduire les inconvénients susmentionnés de l'art antérieur.
L'invention a donc pour but de réaliser l'acheminent d'une information de type tout ou rien avec un degré élevé de fiabilité et de disponibilité, tout en réduisant la puissance dissipée par effet Joule.
Elle a donc pour objet un circuit électrique de transmission de l'état d'un paramètre ou d'un équipement, destiné à être branché aux bornes d'un accumulateur d'alimentation et comportant :
  • une liaison à isolation galvanique entre ledit circuit électrique et une sortie pour l'émission d'une information d'état, et
  • un interrupteur dont la position ouverte ou fermée est représentative de l'information d'état et qui détermine le passage d'un courant dans ledit circuit électrique,
le circuit électrique assurant la transmission de l'information d'état de l'interrupteur vers la sortie, par l'intermédiaire de la liaison à isolation galvanique,
caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour réguler l'intensité du courant dans l'interrupteur, comportant des moyens de commutation des connexions entre les éléments constitutifs du circuit électrique et comportant des moyens d'emmagasinage selfiques en série avec l'interrupteur et des moyens d'emmagasinage capacitifs qui, en régime établi, forment chacun alternativement moyens de stockage et moyens de restitution d'une partie de l'énergie dudit circuit électrique, selon l'état alternatif desdites connexions entre les différents éléments du circuit électrique, déterminé par les moyens de commutation.
Suivant d'autres caractéristiques de ce circuit électrique :
  • la liaison à isolation galvanique est connectée en série avec l'interrupteur ;
  • les moyens pour réguler l'intensité du courant dans l'interrupteur comportent en outre des moyens de contrôle d'une grandeur caractéristique de l'état du circuit électrique et de commande alternative des moyens de commutation des connexions entre les éléments constitutifs du circuit électrique en fonction de l'état dudit circuit électrique ;
  • les moyens de commutation des connexions entre les éléments constitutifs du circuit électrique connectent alternativement au moins les moyens d'emmagasinage selfiques, l'interrupteur, l'accumulateur et les moyens d'emmagasinage capacitifs en série dans une boucle fermée lors d'une première phase, en régime établi, de restitution par les moyens d'emmagasinage selfiques d'une quantité d'énergie qui est stockée par les moyens d'emmagasinage capacitifs, et les moyens d'emmagasinage selfiques, l'interrupteur et les moyens d'emmagasinage capacitifs en série dans une boucle fermée lors d'une deuxième phase , en régime établi, de restitution par les moyens d'emmagasinage capacitifs d'une quantité d'énergie qui est stockée par les moyens d'emmagasinage selfiques, la polarité des branchements entre les moyens d'emmagasinage selfiques et les moyens d'emmagasinage capacitifs étant inversés entre la première et la deuxième phase ;
  • les moyens d'emmagasinage selfiques et les moyens d'emmagasinage capacitifs comportent respectivement une inductance en série avec l'interrupteur et une capacité, le circuit électrique comporte en série avec l'interrupteur et l'inductance, des première et deuxième branches en parallèle, et comporte une résistance en parallèle avec l'interrupteur et l'inductance, et connectée à un point de la deuxième branche, la capacité étant connectée dans la deuxième branche, et les moyens de commutation des connexions comportent des moyens pour diriger alternativement dans les première et deuxième branches le courant passant dans l'interrupteur et l'inductance ;
  • la liaison à isolation galvanique est connectée dans la première branche ;
  • la liaison à isolation galvanique est connectée en série avec le condensateur dans la deuxième branche ;
  • la liaison à isolation galvanique est connectée en série avec la résistance ;
  • la période, durant laquelle le courant passant dans l'interrupteur et l'inductance circule successivement dans la première puis dans la deuxième branche, et le rapport cyclique, égal au temps de circulation de ce courant dans la première branche divisé par ladite période, sont respectivement fixe et variable et déterminés par les moyens de contrôle de la grandeur caractéristique de l'état du circuit électrique et de commande périodique des moyens de commutation ;
  • les moyens pour diriger alternativement dans les première et deuxième branches le courant passant dans l'interrupteur et l'inductance comportent un interrupteur commandé connecté dans la première branche et une diode connectée dans la deuxième branche entre d'une part, l'une des deux jonctions des première et deuxième branches, et d'autre part, le point de connexion de la résistance sur la deuxième branche, la capacité se trouvant entre d'une part l'autre de ces deux jonctions des première et deuxième branches, et d'autre part, le point de connexion de la résistance sur la deuxième branche ;
  • la liaison à isolation galvanique est connectée en série avec la diode ;
  • la liaison à isolation galvanique consiste en un opto-coupleur ;
  • la liaison à isolation galvanique consiste en un transformateur ;
  • le primaire dudit transformateur forme également au moins une partie des moyens d'emmagasinage selfiques ;
  • lesdits moyens de contrôle d'une grandeur caractéristique de l'état du circuit électrique et de commande périodique des moyens de commutation forment également la liaison à isolation galvanique et sont, à cet effet, pourvus de ladite sortie pour l'émission de l'information d'une part, et aptes à émettre cette information à partir du traitement de ladite grandeur caractéristique, notamment à partir du rapport cyclique, d'autre part ;
  • la valeur de crête, au cours d'une période, du courant passant dans l'interrupteur constitue ladite grandeur caractéristique de l'état du circuit électrique ;
  • le potentiel au point de connexion de la résistance sur la deuxième branche constitue ladite grandeur caractéristique de l'état du circuit électrique ;
  • la tension aux bornes de la résistance constitue ladite grandeur caractéristique de l'état du circuit électrique ;
  • il comporte en outre des moyens pour tester son fonctionnement correct, indépendamment de la position de l'interrupteur d'état ;
  • les moyens pour tester le fonctionnement correct de ce circuit électrique comportent :
    • un interrupteur commandé de test et un accumulateur de test connectés dans un premier circuit série qui est à son tour connecté en parallèle avec un deuxième circuit série comportant l'interrupteur d'état et un emplacement destiné au branchement de l'accumulateur d'alimentation, et
    • une unité de test automatique, connectée à la borne de commande de l'interrupteur commandé de test et à la sortie pour l'émission d'une information d'état ;
  • les moyens pour tester le fonctionnement correct de ce circuit électrique comportent :
    • un interrupteur commandé de test connecté en parallèle avec l'interrupteur d'état, l'ensemble étant connecté en série avec un emplacement pour le branchement de l'accumulateur d'alimentation destiné à assurer également la fonction d'un accumulateur de test ; et
    • une unité de test automatique, connectée à la borne de commande de l'interrupteur commandé de test et à la sortie pour l'émission d'une information d'état ;
  • l'unité de test automatique, également connectée aux moyens de contrôle d'une grandeur caractéristique de l'état du circuit électrique et de commande alternative des moyens de commutation des connexions, est apte à maintenir lesdits moyens de commutation dans au moins une position d'annulation du courant dans ledit circuit électrique ;
  • les moyens pour tester le fonctionnement correct de ce circuit électrique comportent au moins une diode de protection connectée en série avec l'interrupteur d'état, pour bloquer un courant en provenance de l'interrupteur commandé de test ;
  • les moyens pour tester le fonctionnement correct de ce circuit électrique comportent une autre diode de protection connectée en série avec l'interrupteur commandé de test, pour bloquer un courant en provenance de l'interrupteur d'état.
L'invention a également pour objet un système électrique destiné à transmette une pluralité d'informations d'état, caractérisé en ce qu'il comporte un accumulateur et une pluralité de circuits électriques, tels que définis ci-dessus, destinés chacun à transmettre une information d'état et branchés en parallèles aux bornes dudit accumulateur.
Suivant d'autres caractéristiques de ce système électrique, celui-ci est embarqué dans un convoi ferroviaire, chaque interrupteur étant associé à un organe ou un équipement dudit convoi ferroviaire, pour en contrôler l'état ou la position.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
  • la Fig.1 représente un système électrique selon une première variante de réalisation de l'invention pour la transmission d'une pluralité d'informations tout ou rien ;
  • la Fig.2 représente un circuit électrique élémentaire du système électrique de la figure 1 pour la transmission d'une information tout ou rien ;
  • les graphes des figures 3a, 3b et 3c représentent les valeurs théoriques des courants en fonction du temps, respectivement dans trois branches du circuit de la figure 2 ;
  • la Fig.4 représente un circuit élémentaire analogue à celui de la figure 2 selon un exemple de réalisation de la première variante de réalisation de l'invention ;
  • la Fig.5 représente un circuit élémentaire analogue à celui de la figure 2 selon une deuxième variante de réalisation de l'invention ;
  • la Fig.6 représente un circuit élémentaire analogue à celui de la figure 2 selon une troisième variante de réalisation de l'invention ; et
  • la Fig. 7 représente un circuit élémentaire conforme à la première variante de réalisation de l'invention illustrée à la figure 2, ce circuit élémentaire comportant en outre des moyens pour tester automatiquement son fonctionnement correct.
Une première variante de réalisation d'un système électrique 1 selon l'invention est illustrée sur la figure 1.
Le système électrique 1 est apte à transmettre une pluralité d'informations tout ou rien à un circuit électronique 2 de commande d'automates.
Le système électrique 1 comporte une pluralité de circuits électriques élémentaires CE(i), ici au nombre de n, connectés en parallèle aux bornes d'un accumulateur d'alimentation 3. Comme cela sera expliqué par la suite, chaque circuit élémentaire CE(i) est apte à transmettre une information tout ou rien représentative de l'état d'un organe ou d'un équipement à contrôler, notamment un équipement de véhicules ferroviaires.
Une connexion S(1)...S(i)...S(n) récupère en sortie de chaque circuit élémentaire CE(i), l'information tout ou rien au moyen d'une liaison qui sera décrite ci-après, pour la transmettre à l'un des ports d'entrée P(1)...P(i)...P(n) du circuit électronique 2.
Le circuit électronique 2 comporte également des ports 4 de sortie par exemple pour la commande d'automates (non représentés).
Dans l'application principale visée, l'accumulateur d'alimentation 3, le système électrique 1 et le circuit électronique 2 sont destinés à être embarqués dans un train. Il va de soi que le circuit électronique 2 de commande d'automates peut être remplacé par un tableau de contrôle et de signalisation ou par tout dispositif susceptible de recevoir et de traiter une information tout ou rien.
Généralement, l'accumulateur d'alimentation 3 est la seule source de tension continue pour tout le train. Aussi, les divers équipements embarqués qui nécessitent une alimentation en courant continu sont alimentés par cet unique accumulateur 3. La tension qu'il délivre est donc susceptible de varier dans le temps, en fonction de la charge à ses bornes, entre 0,6 fois et 1,4 fois sa tension nominale.
Les accumulateurs 3 généralement utilisés à l'heure actuelle dans les trains, présentent des tensions nominales de 24 volts, 36 volts, 48 volts, 96 volts et 110 volts.
Par soucis de clarté, on a isolé sur la figure 2, un circuit électrique élémentaire CE(i) entrant dans la construction du système électrique 1. Ce circuit élémentaire CE(i) comporte une boucle B alimentée par l'accumulateur 3 et qui comprend, disposés en série, un interrupteur d'état 5, une inductance 6, une liaison à isolation galvanique 7 qui peut par exemple être réalisée au moyen d'un opto-coupleur, et deux branches 8 et 9 en parallèle.
Pour des raisons de commodité, la convention suivante est adoptée dans la suite de la description : le sens de circulation d'un courant dans la boucle B de la borne + vers la borne - de l'accumulateur 3 définit une orientation positive de cette boucle B.
La branche 8 comporte, disposés en série, un transistor 10 et un dispositif de régulation 11 commandant ledit transistor 10. La polarisation du transistor 10 est telle qu'un courant circulant entre les deux électrodes principales, autres que celle de commande, du transistor est positif selon l'orientation conventionnelle de la boucle B adoptée précédemment.
Le dispositif de régulation 11 comporte des moyens de mesure de l'intensité du courant qui parcourt la branche 8, ainsi qu'une horloge (non représentée).
La deuxième branche 9 comporte une diode 12 et un condensateur 13 en série.
Une résistance 14 est disposée entre un point P de la branche 9 localisé entre la diode 12 et le condensateur 13, et la borne + de l'accumulateur 3.
La diode 12 est polarisée de manière à interdire la décharge du condensateur 13 ailleurs que par la résistance 14.
L'organe ou l'équipement dont on veut contrôler l'état actionne la fermeture et l'ouverture de l'interrupteur d'état 5.
Lorsque l'interrupteur 5 est ouvert, aucun courant ne passé dans la boucle B au travers de la liaison galvanique 7, qui, lorsqu'elle consiste en un opto-coupleur, ne délivre aucun courant de sortie sur la connexion S(i) ou sortie pour l'émission d'une information d'état.
La fréquence de commande du transistor 10 est fixée, par exemple autour de 240 kHz, par l'horloge du dispositif de régulation 11. Au cours d'une période T définie comme l'inverse de cette fréquence de commande du transistor 10, laquelle période est, dans l'exemple décrit fixe, mais qui peut être rendue variable dans d'autres réalisations, le transistor 10 est consécutivement rendu passant puis bloqué. Le rapport cyclique α, égal au temps durant lequel le transistor 10 est passant divisé par la période T, est variable. Il est déterminé par le dispositif de régulation 11 par comparaison de la valeur de crête du courant parcourant la branche 8 au cours d'une période T à une valeur de consigne de l'ordre de 25 mA mémorisée dans le dispositif de régulation 11, afin de réguler le courant dans la boucle B.
Lorsque l'interrupteur 5 est ouvert, le courant dans la branche 8 est nul, et donc inférieur à la valeur de consigne du dispositif de régulation 11. Le rapport cyclique α est alors égal à 1 et le transistor 10 est passant d'une façon continue.
On notera également que, dans cette position de l'interrupteur 5, le potentiel Vp au point P est égal à la tension E aux bornes de l'accumulateur 3.
Lorsque l'interrupteur 5 est actionné de sa position ouverte vers sa position fermée, débute alors une phase transitoire. Le transistor 10 étant passant, l'inductance 6 de valeur L et de résistance propre r est soumise à la tension E délivrée par l'accumulateur 3. L'intensité i6 du courant dans l'inductance 6 est déterminée par la relation : E = Ldi6 dt + ri6 et croít exponentiellement en fonction du temps t dans le cas général et sensiblement linéairement lorsque la période de commande est très inférieure à la constante de temps de l'inductance 6 de valeur L/r.
Après une ou plusieurs périodes T, le courant i6 est parvenu à une valeur telle que le rapport cyclique α commence à s'éloigner de sa valeur initiale égale à 1 et le transistor 10 se bloque.
L'inductance 6 se démagnétise par un courant i12 traversant la diode 12, en direction du point P. Ce courant i12 se divise en P en deux courants i13 et i14 qui parcourent respectivement le condensateur 13 et la résistance 14. Le courant i14 est initialement relativement faible, car l'essentiel du courant i12 en provenance de la diode 12 est appliqué au condensateur 13. Le courant i13 accroít la charge du condensateur 13 et le potentiel Vp au point P croít au-dessus de sa valeur initiale E.
En fin de période T, le transistor 10 est de nouveau passant et si l'interrupteur 5 est toujours fermé, le cycle qui vient d'être décrit se répète plusieurs fois de manière quasi-identique à cette différence près que le potentiel Vp au point P désormais augmente.
A chaque nouveau cycle, le potentiel Vp augmente progressivement pour tendre vers une valeur de stabilisation après la phase transitoire qui vient d'être décrite. La valeur de stabilisation de Vp est atteinte lorsque la moyenne de l'intensité du courant i14, déterminée par la tension aux bornes de la résistance 14 et la valeur R de cette résistance 14 selon la relation i14= Vp-E R , est égale à la valeur moyenne du courant i12 à travers la diode 12.
Désormais, le circuit élémentaire CE(i) est entré dans un régime sensiblement stabilisé. La valeur du potentiel Vp au point P est alors sensiblement constante.
Les figures 3a, 3b et 3c illustrent le fonctionnement du circuit élémentaire CE(i) une fois qu'il est entré dans ce régime sensiblement stabilisé où le courant circulant dans l'inductance n'est pas interrompu.
Plus précisément, la courbe 3a représente l'évolution du courant i6 en fonction du temps dans l'inductance 6, et les courbes 3b et 3c représentent la contribution de ce courant i6 dans les intensités respectivement du courant i10 passant dans le transistor 10 et du courant i12 passant dans la diode 12.
Lorsque le transistor 10 est passant en début de période T pendant une durée αT, le potentiel E de l'accumulateur 3 est appliqué à l'inductance 6. Le courant i6 qui s'établit dans l'interrupteur 5, l'inductance 6, la liaison à isolation galvanique 7, et le transistor 10, est déterminé, en première approximation, si la période de commande est très inférieure à la constante de temps de l'inductance 6, par la relation :
   E = L di 6 / dt, ou encore, par la relation i6= E / Lt + i6m, dans lesquelles t est le temps et i6m est la valeur minimale du courant i6 à l'instant où le transistor 10 devient passant.
L'intensité du courant i6 croít approximativement linéairement au cours du temps t avec une pente E / L, à partir d'une intensité minimale i6m jusqu'à une intensité i6M maximale.
Après une durée αT, le transistor 10 se bloque et ce, jusqu'en fin de période T. La tension aux bornes de l'inductance 6 est égale à E-Vp, le potentiel Vp au point P étant sensiblement constant et supérieur à E. L'intensité du courant i6 qui traverse l'inductance 6 est en première approximation déterminée par la relation : i6 = E-VP L t + i6M    et décroít linéairement de la valeur maximale i6M jusqu'à la valeur minimale i6m.
Ce courant i6 à travers l'inductance 6 s'écoule pour une part dans la boucle fermée comprenant l'inductance 6, la diode 12, le condensateur 13, l'accumulateur 3 et l'interrupteur 5. L'autre part de ce courant i6 circule dans la résistance 14 et parcourt la boucle fermée comportant l'inductance 6, la diode 12, la résistance 14 et l'interrupteur 5.
La part du courant i6 qui passe dans le condensateur 13 lorsque le transistor 10 est bloqué et l'inductance 6 se décharge, entretient la charge de ce condensateur 13 et le potentiel Vp au point P.
En effet, le condensateur 13 se décharge par ailleurs durant le temps αT, pendant que la diode 12 est bloquée, d'une quantité qui doit être en moyenne égale à sa recharge par la diode 12, pendant le temps (1-α)T, en régime établi.
Lorsqu'il se décharge, le condensateur 13 restitue une partie de son énergie au circuit en alimentant au moins l'interrupteur 5, l'inductance 6, la liaison à isolation galvanique 7 et le transistor 10, et éventuellement en alimentant également l'accumulateur 3.
D'un point de vue énergétique, en début de période T, pendant αT, le condensateur 13 se décharge, et une partie de son énergie est transférée à l'inductance 6 qui se magnétise, ce qui génère le courant i6 dans l'interrupteur 5, l'inductance 6, la liaison à isolation galvanique et le transistor 10. En fin de période T, pendant (1-α)T, l'inductance se démagnétise et une partie de son énergie est transférée au condensateur 13 qui se charge, ce qui génère le courant i6 dans l'interrupteur 5, l'inductance 6 et la liaison à isolation galvanique 7.
Le courant i6 est donc en partie la conséquence d'un transfert d'énergie du condensateur 13 vers l'inductance 6, puis de l'inductance 6 vers le condensateur 13. Il convient de noter qu'entre ces deux phases de transfert d'énergie, la polarité des branchements entre l'inductance 6 et le condensateur 13 sont inversés. L'accumulateur 13 entretient le niveau d'énergie du circuit en compensant les pertes notamment dans la résistance 14. L'accumulateur 3 a également pour fonction de fournir l'énergie initiale au circuit lors de la phase transitoire de démarrage commentée précédemment.
Le dispositif de régulation 11 détermine le rapport cyclique α de manière à réguler l'intensité du courant i6 qui traverse l'inductance 6. Lorsque le transistor 10 est passant, le courant i6 croít. Inversement, ce courant i6 décroít quand le transistor 10 est bloqué. Le rapport cyclique α détermine donc les durées des phases de croissance et de décroissance du courant i6 au cours d'une période T. En augmentant l'une desdites durées par rapport à l'autre, le dispositif de régulation 11 peut faire varier l'intensité du courant i6 entre le début et la fin de la période T.
En régime stabilisé, le courant i6 dans l'inductance 6 tel qu'illustré sur la figure 3a, sans être tout à fait continu, n'évolue que sur une plage réduite comprise entre i6m et i6M. Sa valeur moyenne est ajustée de manière à obtenir le passage du courant minimal requis pour assurer le nettoyage de l'interrupteur 5.
Or, le courant qui traverse l'inductance 6 s'écoule également dans la liaison à isolation galvanique 7.
Ainsi, lorsque l'interrupteur 5 est fermé, il s'établit un courant dans la liaison à isolation galvanique 7, laquelle produit en réponse un signal de sortie sur la connexion S(i).
La position de la liaison à isolation galvanique 7 en série avec l'interrupteur 5 est avantageuse puisque le signal qu'elle génère en sortie est une image sensiblement fidèle du courant qui traverse cet interrupteur 5.
On notera que plus la capacité C du condensateur 13 est élevée, plus le potentiel Vp est stable.
En effet, la variation de tension aux bornes du condensateur 13 en raison d'une variation donnée de sa charge, est inversement proportionnelle à sa capacité C.
Toutefois, les durées des régimes transitoires à l'ouverture et à la fermeture de l'interrupteur 5 durant lesquels le condensateur 13 respectivement se charge et se décharge et que l'on souhaite les plus courtes possible, évoluent avec la capacité C de ce condensateur 13 et dans le même sens qu'elle. Aussi, la détermination de C réside dans un compromis.
Le courant en provenance du condensateur 13 ou courant sortant et qui traverse la résistance 14 est celui qui assure la décharge du condensateur 13. Or, en régime stabilisé, le courant moyen sortant du condensateur 13 est égal au courant i6 en provenance de l'inductance 6 qui y entre. Ce dernier est fixé par le dispositif de régulation 11.
Par conséquent, le courant en provenance du condensateur 13 et qui traverse la résistance 14 est lui aussi déterminé par le dispositif de régulation 11. La différence de potentiel Vp-E aux bornes de la résistance 14 s'établit à une valeur proportionnelle à l'intensité de ce courant et inversement proportionnelle à la valeur R de cette résistance 14. Aussi, la valeur R de la résistance 14 permet de déterminer la différence de potentiel Vp-E, la valeur du courant i6 étant fixée par ailleurs.
Le fonctionnement de l'invention qui vient d'être exposé réduit l'énergie dissipée par effet Joule de deux manières.
Premièrement, l'accumulateur 3 entretient le niveau d'énergie dans le circuit, et seule la puissance qu'il libère à cet effet est consommée par effet Joule. Le courant i6 dans l'interrupteur 5 n'est pas uniquement limité par une résistance qui dissipe nécessairement de l'énergie par effet Joule comme dans l'art antérieur cité, mais aussi par le transfert alternatif d'une quantité d'énergie qui cause une croissance puis une décroissance de ce courant i6 et permet sa régulation.
Deuxièmement, l'intensité du courant i6 injectée dans le circuit est régulée par sa valeur maximale i6M qui est indépendante de la tension E délivrée par l'accumulateur 3. Contrairement à ce qui est obtenu dans l'art antérieur, une variation de la tension E délivrée par l'accumulateur 3 n'introduit pas une variation du courant consommé par la résistance 14.
Sur la figure 4, la liaison à isolation galvanique consiste en un couplage magnétique réalisé par un transformateur 7', à entrefer dans le cas où la composante continue du courant traversant le primaire est importante, dont l'enroulement primaire forme également, au moins en partie, celui de l'inductance 6. Le secondaire est, pour sa part, relié à la connexion S(i).
Le fonctionnement du circuit élémentaire CE(i) reste inchangé. La variation du courant i6 dans l'inductance 6 entre i6m et i6M, lorsque l'interrupteur 5 est fermé, produit en sortie une tension et/ou un courant aux bornes du secondaire du transformateur 7' qui constituent le signal de sortie après redressement par un redresseur non représenté.
Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 5, la liaison à isolation galvanique 7 a été déplacée depuis une position en série avec l'inductance 6 vers une position en série avec le transistor 10, sur la branche 8. Le fonctionnement du circuit élémentaire CE(i) demeure le même, le signal de sortie récupéré sur la connexion S(i) étant intermittent comme le courant i10 qui traverse le transistor 10. Des moyens permettant de lisser ou de moyenner ce signal de sortie peuvent être prévus sur le circuit de sortie associé à la connexion de sortie S(i).
Dans la variante de réalisation de la figure 6, le dispositif de régulation 11 a été remplacé par un dispositif de régulation 11' qui comporte des moyens de mesure de la tension Vp aux bornes du condensateur 13.
Le dispositif de régulation 11' détermine le rapport cyclique α et commande le transistor 10 de manière à réguler la tension Vp aux bornes du condensateur 13 autour d'une valeur de consigne.
En effet, lorsque le rapport cyclique α augmente, l'intensité moyenne du courant i6 dans l'inductance 6 augmente comme cela a été vu précédemment, ainsi que la part de ce courant i6 qui s'écoule dans le condensateur 13 et le charge. Cela a pour effet de faire croítre le potentiel Vp au point P.
En effet, en régime stabilisé, le courant moyen qui sort du condensateur 13 doit être égal au courant moyen en provenance de l'inductance 6 qui y entre. Or, ce courant qui sort du condensateur 13 et qui le décharge s'établit également dans la résistance 14 et est déterminé par la différence de potentiel Vp-E aux bornes de cette résistance 14.
Dans le sens contraire, une diminution du rapport cyclique α permet de faire descendre la valeur du potentiel Vp au point P, ce qui traduit une diminution de l'intensité moyenne du courant i6 circulant dans l'inductance 6. Le fonctionnement du circuit élémentaire CE(i) reste inchangé par ailleurs.
Une variante de commande avantageuse utilise une mesure de la tension Vp-E aux bornes de la résistance 14 pour réguler le courant dans la résistance 14 par la relation (Vp-E)/R et donc la puissance dissipée (Vp-E)2/R, tout en maintenant un courant dans l'interrupteur 5 faiblement décroissant en fonction de la tension de l'accumulateur 3.
L'invention ne se limite pas aux variantes de réalisation qui viennent d'être décrites. Notamment, la liaison à isolation galvanique peut être disposée sur l'une quelconque des branches du circuit élémentaire CE(i) par exemple en série avec la diode 12, le condensateur 13 ou avec la résistance 14.
De même, le transistor 10 peut être remplacé par n'importe quel type d'interrupteur commandé.
Egalement, l'information de sortie peut être générée par le dispositif de régulation 11 ou 11', qui remplit alors la fonction de la liaison à isolation galvanique 7 ou 7', sur la base de la valeur du rapport cyclique α, laquelle est égale à 1 quand l'interrupteur 5 est ouvert et s'écarte de 1 quand il est fermé.
Par ailleurs, une panne par exemple consécutive à la défaillance d'un composant peut se produire, dans un circuit élémentaire CE(i) conforme à l'invention, sans être détectée ou du moins pas avant un temps qui peut être plus ou moins long, une telle possibilité nuisant à la fiabilité recherchée.
Dans la mesure où l'interrupteur d'état détermine le passage du courant dans ce circuit élémentaire CE(i), il peut être envisagé, dans un premier temps, de l'utiliser pour effectuer un test de fonctionnement dans lequel la réception effective du signal tout ou rien est vérifiée. Cependant, cet interrupteur d'état n'est pas toujours accessible et/ou actionnable facilement. Par exemple, il peut être disposé dans un endroit du train éloigné du lieu où la réception est testée.
Aussi, le circuit élémentaire CE(i) illustré à la figure 7 comporte des moyens 15 aptes à tester son fonctionnement correct, quelle que soit la position de l'interrupteur d'état.
Ce circuit élémentaire CE(i) possède une structure de base identique à celle de la première variante de réalisation de l'invention illustrée à la figure 2 et précédemment commentée, et comporte les mêmes éléments. Toutefois, l'interrupteur d'état et la liaison à isolation galvanique sont ici respectivement formés d'un inverseur de tension 5' et d'un opto-coupleur 7", ce choix particulier étant uniquement destiné à illustrer certaines caractéristiques.
Les moyens 15 pour tester le fonctionnement correct du circuit élémentaire CE(i) comportent une diode de protection 16 disposée entre l'inverseur de tension 5' et l'inductance 6, et polarisée de manière à permettre le passage d'un courant positif selon l'orientation conventionnelle de la boucle B adoptée précédemment. Connecté en parallèle avec le circuit série comportant la diode de protection 16, l'inverseur de tension 5' et l'accumulateur d'alimentation 3, un autre circuit série comprend une autre diode de protection 17, un interrupteur commandé de test formé d'un transistor 18, et un accumulateur de test 19, qui appartiennent tous trois aux moyens 15. La diode de protection 17 et l'accumulateur de test 19 sont polarisés de manière à ce que ce dernier soit apte à alimenter le circuit élémentaire CE(i), à l'exception de l'inverseur de tension 5', en produisant un courant de sens identique à celui fourni par l'accumulateur d'alimentation 3, à la place de celui-ci.
Par rapport à ce courant émis par la borne positive de l'accumulateur de test 19, la diode de protection 17 est avantageusement disposée en aval du transistor 18, lui-même disposé en aval de cet accumulateur de test 19.
Les moyens 15 pour tester le fonctionnement correct du circuit électrique CE(i) comportent encore une unité de test automatique 20, reliée au transistor 18 et avantageusement au dispositif de régulation 11, et recevant l'information d'état émise par l'opto-coupleur 7" grâce à un branchement sur la connexion S(i).
Avantageusement, la diode de protection 16 est située d'un côté ou de l'autre de l'ensemble comportant l'inverseur de tension 5' et l'accumulateur d'alimentation 3 en série. Ainsi, des charges C(1)... C(j)... C(m) optionnelles mais représentées pour illustrer certaines particularités de fonctionnement, formées par exemple de relais, d'actionneurs, de bobines de fermeture de disjoncteurs et/ou de lampes témoins, et dont l'état, tout comme celui de l'opto-coupleur 7", est destiné à être lié à la position ouverte ou fermée de l'inverseur de tension 5', sont disposées chacune en parallèle avec le circuit série comportant l'inverseur de tension 5' et l'accumulateur d'alimentation 3, à l'exception de la diode de protection 16.
Hors test, le fonctionnement de ce circuit électrique CE(i) reste identique à celui précédemment décrit, le courant à travers l'inverseur de tension 5' et l'inductance 6 traversant ici également la diode de protection 16.
L'unité de test automatique 20 est apte à conduire un test automatisé vérifiant que le circuit électrique CE(i) fonctionne correctement, ledit test étant déclenché par exemple par chaque nouveau démarrage du train.
Il convient de noter que l'inverseur de tension 5', dont l'actionnement peut être rendu fastidieux en raison du nombre important de tels interrupteurs, peut se trouver indifféremment dans une position ouverte ou fermée.
Lors d'une première étape du test, l'unité de test automatique 20 commande le transistor 18 à la fermeture, assurant ainsi la mise sous tension de la partie du circuit électrique CE(i) située en aval de la diode de protection 16. Cette unité 20 vérifie alors l'émission, dans la connexion S(i), d'une information représentative du passage d'un courant dans l'opto-coupleur 7", ce qui doit se produire lorsque cette partie du circuit CE(i), située en aval de la diode de protection 16, fonctionne correctement.
Comme la liaison à isolation galvanique est ici formée d'un opto-coupleur 7", il convient de vérifier également que le phototransistor de cet opto-coupleur, passant lorsqu'il reçoit l'information lumineuse en raison du passage d'un courant dans la diode photo-émettrice associée, retrouve son état bloqué, correspondant à un interrupteur ouvert, en l'absence de ce courant. Or, comme cela a été mentionné précédemment, l'inverseur de tension 5' peut se trouver dans un état quelconque. Aussi, dans une deuxième étape du test, l'unité de test automatique 20 maintient, par l'intermédiaire du dispositif de régulation 11, le transistor 10 à l'état bloqué. Le courant qui traverse l'opto-coupleur 7" s'annule progressivement du fait de l'énergie emmagasinée dans l'inductance 6, lors d'une période transitoire qui peut être estimée à 5 fois la constante de temps de cette inductance (5xL/r). En effet, comme la tension aux bornes de l'accumulateur de test 19 est ici choisie pour être égale ou inférieure à celle aux bornes de l'accumulateur 3, le courant qui pourrait circuler à travers la résistance 14 de l'un vers l'autre de ces deux accumulateurs en raison de la différence de potentiel à leurs bornes est bloqué par la diode de protection 17. Après avoir attendu que la période transitoire se soit écoulée, l'unité de test automatique 20 vérifie que le signal qu'elle reçoit de la connexion S(i) correspond effectivement à un état bloqué du phototransistor de l'opto-coupleur 7".
Lors de ce test considéré dans sa totalité, seule la diode 16 de protection n'est pas testée, et sera avantageusement surdimensionnée en conséquence.
Lorsque la tension aux bornes de l'accumulateur d'alimentation 3 est supérieure à celle aux bornes de l'accumulateur de test 19, la diode de protection 17 évite qu'un courant s'instaure entre ces deux accumulateurs, si l'inverseur de tension 5' est fermé au moment où l'unité de test automatique 20 maintient le transistor 18 à l'état passant.
Avantageusement disposée en aval du transistor 18 par rapport à un courant émis par la borne positive de l'accumulateur de test 19, cette diode de protection 17 protège en outre le transistor 18 des effets destructeurs d'une trop forte tension négative à ses bornes.
Pour sa part, la diode de protection 16 isole les accumulateurs 3 et 19 et évite un courant de l'un vers l'autre, lorsque la tension de test est supérieure à la tension d'alimentation, situation que l'on peut rencontrer lorsque la deuxième étape du test précité n'est pas prévue, par exemple parce que la liaison à isolation galvanique n'est pas un opto-coupleur.
Cette diode de protection 16 évite également qu'un courant de court-circuit émis par l'accumulateur de test 19 s'instaure quand l'inverseur de tension 5' est en position ouverte, c'est-à-dire lorsqu'il déconnecte le circuit élémentaire CE(i) de l'accumulateur d'alimentation 3 et impose une tension nulle aux bornes de ce circuit électrique CE(i), tandis que, parallèlement, le transistor 18 est passant. Bien entendu, cette situation que l'on cherche à éviter n'existe pas quand un interrupteur simple est disposé à la place de cet inverseur de tension 5'.
La diode de protection 16 évite aussi que ne soient alimentées par l'accumulateur de test 19, quand le transistor 18 est passant, les charges C(1)... C(j)... C(m), dont il convient de rappeler que l'état est destiné à être lié à celui de l'inverseur de tension 5'.
En variante, l'accumulateur d'alimentation 3, tout en conservant sa disposition à l'intérieur du circuit électrique CE(i), peut également être connecté de manière à remplacer l'accumulateur de test 19. Dans une telle disposition, l'accumulateur d'alimentation remplit successivement dans le temps deux fonctions distinctes, permettant ainsi de réaliser l'économie d'un accumulateur de test spécifique. Le transistor 18 est alors connecté directement en parallèle avec l'inverseur de tension 5'. La diode de protection 17 devient superflue. Quant à la diode de protection 16, seule la présence des charges C(1)... C(j)... C(m) ou l'utilisation d'un inverseur de tension 5' au lieu d'un simple interrupteur la rendent nécessaire.
Il va de soi que tout type d'interrupteur peut remplacer l'inverseur de tension 5', celui-ci n'ayant été choisi que pour illustrer le rôle particulier rempli par la diode de protection 16 dans le cas où il est employé.
L'opto-coupleur 7" ayant été choisi pour des raisons similaires, lui aussi peut être remplacé par n'importe quel autre composant apte à réaliser une liaison à isolation galvanique. Certains d'entre eux, comme par exemple le transformateur précédemment évoqué, ne nécessitent pas de deuxième phase de test, puisqu'ils ne peuvent générer seuls, c'est-à-dire en l'absence de tout courant les traversant, un signal de sortie sur la connexion S(i) correspondant à un tel courant. Dans ce cas, la connexion reliant l'unité de test automatique 20 au dispositif de régulation 11 n'est plus nécessaire.
Pour sa part, le transistor 18 peut être remplacé par tout composant remplissant la fonction d'interrupteur commandé.
Les moyens 15 pour tester le fonctionnement correct du circuit électrique CE(i) sont destinés à s'adapter à toute variante de réalisation de l'invention, par exemple à toutes celles qui ont précédemment décrites, bien que ces moyens 15 aient été présentés dans une combinaison particulière avec une seule d'entre elles.
L'invention ne se limite pas à une application ferroviaire, mais concerne la transmission, dans tout domaine, d'une information tout ou rien.
Parmi les avantages de l'invention, on notera que la réduction de la puissance totale dissipée par effet Joule dans un circuit conforme à l'invention permet de diminuer la taille des résistances, composants les plus encombrants, à température et à vitesse d'air de refroidissement identiques.
Cette diminution de taille permet de réduire l'encombrement d'une voie de lecture, et donc de ménager de la place à un plus grand nombre de circuits de lecture sur une surface de carte électronique identique, malgré un nombre de composants plus importants.
Les moyens 15 pour tester automatiquement le fonctionnement du circuit électrique CE(i) présentent notamment l'avantage de se présenter sous la forme d'un circuit simple, utilisant peu de composants et, par conséquent, peu coûteux.
De plus, ces moyens 15 permettent de mettre en oeuvre un test dont le taux de couverture est proche de 100%, seule la diode de protection 16 n'étant pas vérifiée.
Le surdimensionnement de cette diode de protection 16 limite notablement le risque de la voir provoquer une panne.

Claims (26)

  1. Circuit électrique (CE(i)) de transmission de l'état d'un paramètre ou d'un équipement, destiné à être branché aux bornes d'un accumulateur (3) d'alimentation et comportant :
    une liaison à isolation galvanique (7 ;7') entre ledit circuit électrique (CE(i)) et une sortie (S(i)) pour l'émission d'une information d'état, et
    un interrupteur d'état (5 ; 5') dont la position ouverte ou fermée est représentative de l'information d'état et qui détermine le passage, hors test, d'un courant dans ledit circuit électrique (CE(i)),
    le circuit électrique (CE(i)) assurant la transmission de l'information d'état de l'interrupteur d'état (5 ; 5') vers la sortie S(i), par l'intermédiaire de la liaison à isolation galvanique (7 ;7'),
    caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour réguler l'intensité du courant dans l'interrupteur d'état (5 ; 5'), comportant des moyens de commutation (10,12) des connexions entre les éléments constitutifs du circuit électrique (CE(i)) et comportant des moyens d'emmagasinage selfiques (6) en série avec l'interrupteur d'état (5 ; 5') et des moyens d'emmagasinage capacitifs (13) qui, en régime établi, forment chacun alternativement moyens de stockage et moyens de restitution d'une partie de l'énergie dudit circuit électrique (CE(i)), selon l'état alternatif desdites connexions entre les différents éléments du circuit électrique (CE(i)), déterminé par les moyens de commutation.
  2. Circuit électrique (CE(i)) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison à isolation galvanique (7,7') est connectée en série avec l'interrupteur d'état (5 ; 5').
  3. Circuit électrique (CE(i)) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour réguler l'intensité du courant dans l'interrupteur d'état (5 ; 5') comportent en outre des moyens (11 ;11') de contrôle d'une grandeur caractéristique de l'état du circuit électrique (CE(i)) et de commande alternative des moyens de commutation (10,12) des connexions entre les éléments constitutifs du circuit électrique (CE(i)) en fonction de l'état dudit circuit électrique.
  4. Circuit électrique (CE(i)) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commutation (10,12) des connexions entre les éléments constitutifs du circuit électrique (CE(i)) connectent alternativement au moins
    les moyens d'emmagasinage selfiques (6), l'interrupteur d'état (5 ; 5'), l'accumulateur (3) et les moyens d'emmagasinage capacitifs (13) en série dans une boucle fermée lors d'une première phase, en régime établi, de restitution par les moyens d'emmagasinage selfiques (6) d'une quantité d'énergie qui est stockée par les moyens d'emmagasinage capacitifs (13), et
    les moyens d'emmagasinage selfiques (6), l'interrupteur d'état (5 ; 5') et les moyens d'emmagasinage capacitifs (13) en série dans une boucle fermée lors d'une deuxième phase , en régime établi, de restitution par les moyens d'emmagasinage capacitifs (13) d'une quantité d'énergie qui est stockée par les moyens d'emmagasinage selfiques (6),
    la polarité des branchements entre les moyens d'emmagasinage selfiques (6) et les moyens d'emmagasinage capacitifs (13) étant inversés entre la première et la deuxième phase.
  5. Circuit électrique (CE(i)) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'emmagasinage selfiques et les moyens d'emmagasinage capacitifs comportent respectivement une inductance (6) en série avec l'interrupteur d'état (5 ; 5') et une capacité (13), en ce que le circuit électrique (CE(i)) comporte en série avec l'interrupteur d'état (5 ; 5') et l'inductance (6), des première et deuxième branches (8,9) en parallèle, et comporte une résistance (14) en parallèle avec l'interrupteur d'état (5 ; 5') et l'inductance (6), et connectée à un point (P) de la deuxième branche (9), la capacité (13) étant connectée dans la deuxième branche (9), et en ce que les moyens de commutation des connexions comportent des moyens (10,12) pour diriger alternativement dans les première et deuxième branches (8,9) le courant passant dans l'interrupteur d'état (5 ; 5') et l'inductance (6).
  6. Circuit électrique (CE(i)) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la liaison à isolation galvanique (7 ;7') est connectée dans la première branche (8).
  7. Circuit électrique (CE(i)) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la liaison à isolation galvanique (7 ;7') est connectée en série avec le condensateur (13) dans la deuxième branche (9).
  8. Circuit électrique (CE(i)) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la liaison à isolation galvanique (7 ;7') est connectée en série avec la résistance (14).
  9. Circuit électrique (CE(i)) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la période (T), durant laquelle le courant passant dans l'interrupteur d'état (5 ; 5') et l'inductance (6) circule successivement dans la première (8) puis dans la deuxième branche (9), et le rapport cyclique (α), égal au temps de circulation de ce courant dans la première branche (8) divisé par ladite période (T), sont respectivement fixe et variable et déterminés par les moyens (11 ;11') de contrôle de la grandeur caractéristique de l'état du circuit électrique (CE(i)) et de commande périodique des moyens de commutation (10,12).
  10. Circuit électrique (CE(i)) selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que les moyens (10) pour diriger alternativement dans les première et deuxième branches (8,9) le courant passant dans l'interrupteur d'état (5 ; 5') et l'inductance (6) comportent un interrupteur commandé (10) connecté dans la première branche (8) et une diode (12) connectée dans la deuxième branche (9) entre d'une part, l'une des deux jonctions des première et deuxième branches (8,9), et d'autre part, le point (P) de connexion de la résistance (14) sur la deuxième branche (9), la capacité (13) se trouvant entre d'une part l'autre de ces deux jonctions des première et deuxième branches (8,9), et d'autre part, le point (P) de connexion de la résistance (14) sur la deuxième branche (9).
  11. Circuit électrique (CE(i)) selon la revendication 10,caractérisé en ce que la liaison à isolation galvanique (7 ;7') est connectée en série avec la diode (12).
  12. Circuit électrique (CE(i)) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la liaison à isolation galvanique (7) consiste en un opto-coupleur.
  13. Circuit électrique (CE(i)) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la liaison à isolation galvanique consiste en un transformateur (7').
  14. Circuit électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la liaison à isolation galvanique (7;7') consiste en un transformateur (7') connecté en série avec l'interrupteur d'état (5 ; 5') et dont le primaire forme également au moins une partie des moyens d'emmagasinage selfiques.
  15. Circuit électrique (CE(i)) selon l'une quelconque des revendications 3 à 14, caractérisé en ce que lesdits moyens (11 ;11') de contrôle d'une grandeur caractéristique de l'état du circuit électrique (CE(i)) et de commande périodique des moyens de commutation (10,12) forment également la liaison à isolation galvanique (7 ;7') et sont, à cet effet, pourvus de ladite sortie S(i) pour l'émission de l'information d'une part, et aptes à émettre cette information à partir du traitement de ladite grandeur caractéristique, notamment à partir du rapport cyclique (α), d'autre part.
  16. Circuit électrique (CE(i)) selon l'une quelconque des revendications 3 à 15, caractérisé en ce que la valeur de crête, au cours d'une période (T), du courant passant dans l'interrupteur d'état (5 ; 5') constitue ladite grandeur caractéristique de l'état du circuit électrique (CE(i)).
  17. Circuit électrique (CE(i)) selon l'une quelconque des revendications 5 à 15, caractérisé en ce que le potentiel (Vp) au point (P) de connexion de la résistance (14) sur la deuxième branche (9) constitue ladite grandeur caractéristique de l'état du circuit électrique (CE(i)).
  18. Circuit électrique (CE(i)) selon l'une quelconque des revendications 5 à 15, caractérisé en ce que la tension (E-Vp) aux bornes de la résistance (14) constitue ladite grandeur caractéristique de l'état du circuit électrique (CE(i)).
  19. Circuit électrique (CE(i)) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (15) pour tester son fonctionnement correct, indépendamment de la position de l'interrupteur d'état (5 ; 5').
  20. Circuit électrique (CE(i)) selon la revendication 19, caractérisé en ce que les moyens (15) pour tester le fonctionnement correct de ce circuit électrique (CE(i)) comportent :
    un interrupteur commandé de test (18) et un accumulateur de test (19) connectés dans un premier circuit série qui est à son tour connecté en parallèle avec un deuxième circuit série comportant l'interrupteur d'état (5 ; 5') et un emplacement destiné au branchement de l'accumulateur d'alimentation (3), et
    une unité de test automatique (20), connectée à la borne de commande de l'interrupteur commandé de test (18) et à la sortie (S(i)) pour l'émission d'une information d'état.
  21. Circuit électrique (CE(i)) selon la revendication 19, caractérisé en ce que les moyens (15) pour tester le fonctionnement correct de ce circuit électrique (CE(i)) comportent
    un interrupteur commandé de test (18) connecté en parallèle avec l'interrupteur d'état (5 ; 5'), l'ensemble étant connecté en série avec un emplacement pour le branchement de l'accumulateur d'alimentation (3) destiné à assurer également la fonction d'un accumulateur de test ; et
    une unité de test automatique (20), connectée à la borne de commande de l'interrupteur commandé de test (18) et à la sortie (S(i)) pour l'émission d'une information d'état.
  22. Circuit électrique (CE(i)) selon la revendication 3 et la revendication 20 ou 21, caractérisé en ce que l'unité de test automatique (20), également connectée aux moyens (11 ; 11') de contrôle d'une grandeur caractéristique de l'état du circuit électrique (CE(i)) et de commande alternative des moyens de commutation (10, 12) des connexions, est apte à maintenir lesdits moyens de commutation (10, 12) dans au moins une position d'annulation du courant dans ledit circuit électrique (CE(i)).
  23. Circuit électrique (CE(i)) selon l'une quelconque des revendications 20 à 22, caractérisé en ce que les moyens (15) pour tester le fonctionnement correct de ce circuit électrique (CE(i)) comportent au moins une diode de protection (16) connectée en série avec l'interrupteur d'état (5 ; 5'), pour bloquer un courant en provenance de l'interrupteur commandé de test (18).
  24. Circuit électrique (CE(i)) selon l'une quelconque des revendications 20 à 23, caractérisé en ce que les moyens (15) pour tester le fonctionnement correct de ce circuit électrique (CE(i)) comportent une autre diode de protection (17) connectée en série avec l'interrupteur commandé de test (18), pour bloquer un courant en provenance de l'interrupteur d'état (5 ; 5').
  25. Système électrique (1) destiné à transmette une pluralité d'informations d'état, caractérisé en ce qu'il comporte un accumulateur d'alimentation (3) et une pluralité de circuits électriques (CE(i)) selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, destinés chacun à transmettre une information d'état et branchés en parallèles aux bornes dudit accumulateur (3).
  26. Système électrique (1) selon la revendication 25, caractérisé en ce qu'il est embarqué dans un convoi ferroviaire, chaque interrupteur d'état (5 ; 5') étant associé à un organe ou un équipement dudit convoi ferroviaire, pour en contrôler l'état ou la position.
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