FR2486345A1 - Generateur de chauffage a induction a circuit oscillant alimente par le secteur redresse non filtre echantillonne a haute frequence - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN GENERATEUR A INDUCTION COMPRENANT UN CIRCUIT OSCILLANT COMPORTANT UNE CAPACITE C3 ET UNE INDUCTANCE PRINCIPALE L2 EN PARALLELE, ET UN INTERRUPTEUR COMMANDE I EN SERIE AVEC CE CIRCUIT OSCILLANT. LE GENERATEUR COMPREND AUSSI UN FILTRE PASSE-BAS F TRANSMETTANT LA BASSE FREQUENCE DU RESEAU ET SUPPRIMANT LES HAUTES FREQUENCES DE TRAVAIL DE L'INTERRUPTEUR COMMANDE, ET, EN AVAL DU FILTRE F, UN PONT REDRESSEUR P1 A LA SORTIE DUQUEL EST CONNECTE L'ENSEMBLE EN SERIE DU CIRCUIT OSCILLANT ET DE L'INTERRUPTEUR, SANS CAPACITE DE LISSAGE DE LA TENSION DE SORTIE, AFIN QUE CETTE TENSION SOIT UNE TENSION REDRESSEE MAIS PASSANT REGULIEREMENT PAR ZERO. LA MODULATION DE PUISSANCE DU GENERATEUR SE FAIT PAR VARIATION DU TEMPS DE CONDUCTION DE L'INTERRUPTEUR I ET PAR VARIATION DE L'INDUCTANCE DU CIRCUIT OSCILLANT. APPLICATION: GENERATEUR A INDUCTION DU TYPE DOMESTIQUE.

Description

La présente invention concerne un générateur électrique de chaleur à induction, notamment du type domestique incorporé par exemple à une cuisinière électrique pour le chauffage de plats et casseroles.

On connatt déåà de tels générateurs et celui qui est décrit ici est du type comprenant un circuit oscillant LC placé en série avec un interrupteur travaillant en haute fréquence et avec une source d'alimentation en tension. Le circuit oscillant comporte en parallèle une capacité et une inductance principale qui est placée sous le corps à chauffer pour engendrer dans ce dernier par induction des courants de Foucault qui le chauffent.

L'interrupteur est actionné à une haute fréquence qui dépend de la fréquence d'oscillation propre du circuit oscillant et on s'arrange d'une part pour fermer l'interrupteur lorsque la tension à ses bornes passe par zéro et d'autre part pour laisser ltinterrup- teur fermé à chaque période un temps suffisant pour permettre une accumulation d'énergie dans le circuit oscillant. L'ouverture de l'interrupteur isole le circuit oscillant et autorise son oscillation au cours de laquelle l'énergie accumulée se dissipe,par suite de l'amortissement provoqué par la présence, à proximité de l'inductance, du corps à chauffer dans lequel se dissipent les courants de Boucault à la fréquence propre du circuit oscillant.

Les générateurs à induction de ce type existant actuellement fonctionnent avec une source dtalimen- tation continue aux bornes de l'ensemble en série du circuit oscillant et de l'interrupteur cette tension continue est obtenue en général à partir du réseau à 50 Hertz redressé et filtré par un condensateur. En effet, cette solution est la solution normale qui permet de fournir au circuit oscillant une énergie périodique constante ou réglée facilement en fonction du temps de fermeture de l'interrupteur à chaque période haute fréquence.

La Demanderesse s'est aperçue que, malgré les apparences, il y avait des avantages extremement importants à éviter de lisser la tension alternative après son redressement, c'est-à-dire à éviter de prévoir une capacité importante en aval du pont redresseur.

On remplace au contraire complètement les filtres de lissage dè la tension redressée, filtres placés en aval du pont redresseur et capables d'éliminer les composantes à 50 Hertz, par un filtre passe-bas placé en amont du pont redresseur et laissant passer la fréquence à 50 Hertz, aucun lissage n'étant effectué à la sortie du pont redresseur afin de conserver une tension alternative passant par zéro, à 50 Hertz ou 100 Hertz (redressement double alternance dans le deuxième cas).

Tout d'abord, le filtre passe-bas placé en amont du pont redresseur est beaucoup moins volumineux, lourd et motteux que le filtre de lissage qui était auparavant placé en sortie du pont redresseur ; en effet, il s'agit d'un filtre laissant passer le 50 Hertz et non d'un filtre destiné à lisser le 50 Hertz0
Dans ces conditions, le démarrage du générateur lors de son allumage se fait en douceur car la première fermeture de l'interrupteur haute fréquence n'a lieu que lorsque la tension redressée passe par zéro (ce qui ne se produirait jamais si la tension était lissée); la pente de la montée de la tension d'alimentation aux bornes du circuit oscillant est celle du secteur, ce qui laisse le temps aux asservissements de réagir sans pompage.

De plus, il est possible d'obtenir un fonctionnement en trains d'ondes, sans avoir recours à un interrupteur basse fréquence supplémentaire. L'inter- rupteur haute fréquence sert lui-meme d'interrupteur très basse fréquence en conservant la caractéristique selon laquelle on ne ferme l'interrupteur que lorsque la tension à ses bornes passe par zéro.

Dans ce dernier cas, en fonctionnement par tout ou rien, l'onde de courant tiré sur le réseau ne présente pas de front raide car les trains d'ondes comportent des portions entières d'arches de sinusoSde.

La constitution essentielle du générateur à induction selon l'invention est donc la suivante : un circuit oscillant comportant une capacité et une inductance principale en parallèle est placé en série avec un intertupteur commandé ; cet ensemble-série est alimenté directement par un pont-redresseur en amont duquel est placé un filtre passe-bas transmettant la basse fréquence du réseau et supprimant les hautes fréquences de travail de l'interrupteur commandé ainsi que les fronts raides de tension pouvant apparaflre dans le circuit afin qu'il n'y ait pas de retour de ces fronts raides et de ces hautes fréquences vers le réseau -; il n'y a en tout cas pas de filtre de lissage, et notamment pas de capacité de lissage de la tension alternative redressée en sortie du pont.

De préférence, on prévoit qu'une résistance, ou un ensemble de résistances, est placée en parallèle sur la sortie du pont. Elle permet au pont redresseur de débiter toujours du courant si bien que les diodes de celui-ci ne se bloquent pas au rythme de la haute fréquence mais seulement au rythme de la fréquence du secteur. Ceci évite tout échauffement supplémentaire du pont par des pertes dues au temps de recouvrement des diodes, ce qui autorise l'utilisation d'un pont de diodes ordinaires, c'est-à-dire non rapides.

La modulation de la puissance induite par l'inductance dans le corps à chauffer se fait de préférence de deux manières : une première modulation continue est obtenue par adjonction d'une inductance variable en série avec l'inductance principale, inductance variable que l'on module pour ajuster la puissance dissipée ; une deuxième modulation se fait d'une façon discontinue, par un fonctionnement en trains d'ondes, par superposition d'une commande à très basse fréquence de l'interrupteur commandé qui, au lieu de fonctionner tout le temps à haute fréquence, est maintenu ouvert pendant des périodes longues définies par une bascule astable à très basse fréquence. Cette deuxième modulation se fait pour les puissances inférieures, tandis que la première modulation se fait pour les puissances plus élevées.

La modulation double est un compromis : une modulation unique en continue-obligerait à prévoir une inductance variable surdimensionnée, et une modulation unique par trains d'ondes obligerait à avoir des périodes de récurrence de fréquences extrêmement basses pour arriver à respecter les normes réglementaires en ce qui concerne les commutations de puissances élevées (la fréquence de commutation doit être d'autant plus basse que la puissance commutée est élevée et on serait amené pour les hautes puissances à prévoir des périodes de récurrence aussi longues que une ou plusieurs minutes, ce qui ne convient pas pour une cuisinière électrique).

L'interrupteur est constitué de préférence par un ou plusieurs transistors en parallèle commandés à partir d'un courant prélevé dans le circuit oscillant par un transformateur d'intensité en série avec l'inductance principale.

Dans un mode de réalisation préférentielle, la durée de fermeture de l'interrupteur est commandée en fonction de la tension crête négative apparaissant aux bornes de l'interrupteur avant la fermeture de celui-ci. Comme la tension crête , négative est d'autant plus importante que le circuit est moins amorti, on réduit automatiquement la durée de fermeture de l'interrupteur si la tension crête négative est plus importante. Grâce à cela, le fonctionnement de l'in- terrupteur se règle automatiquement selon la présence ou l'absence d'une charge, et meme en fonction de la proximité ou de l'importance de cette charge afin de travailler toujours dans les meilleurs conditions. Le générateur peut donc fonctionner avec tous types de charges et adapter la puissance consommée à la charge présente quelle qu'elle soit. Toutefois, un réglage est prévu pour éviter le fonctionnement du générateur, pour des raisons de sécurité, en cas d'oubli d'objets métalliques sur la table de cuisson (fourchettes, cuillères etc.). On peut meme prévoir que le réglage est fait de manière que le générateur ne fonctionne pas si on nutilise pas des récipients dans les matériaux les plus appropriés (acier, fonte, acier. inoxydable) et si c'est un récipient en aluminium ou cuivre par exemple qui est posé sur la cuisinière0 En effet, à cause de la faible résistivité de ces deux derniers matériaux, la dissipation de puissance serait trop faible et on n'obtiendrait pas le chauffage escompté.

Par ailleurs, étant donné que le circuit oscillant reçoit comme tension d'alimentation une tension alternative redressée et non lissée, on prévoit que la durée de fermeture de l'interrupteur, à chaque période haute fréquence, est modulée en fonction de la tension instantanée de 1' alimentation. Le but de cette disposition est d'essayer de faire travailler l'interrupteur à intensité constante, au moins dans la région où la tension d'alimentation est maximale (sommet des arches de sinusoSde), l'intensité constante étant proche du maximum admissible pour l'interrupteur.

Par conséquent, au-dessus d'un seuil de tension d'alimentation, on effectue cette modulation de la durée de fermeture de l'interrupteur à l'aide d'un circuit d'asservissement des surtensions, qui sert également à moduler la durée de fermeture de l'interrupteur en fonction de la tension crête négative apparaissant aux bornes de celui-ci.

Enfin on prévoit qu'un circuit de sécurité interdit le fonctionnement du générateur en cas de front de montée de tension trop raide en aval du pont redresseur ou en cas de tension secteur trop importante, le générateur se remettant en route automatiquement après un arrêt imposé par ce circuit de sécurité.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront à la lecture de la descrip tion détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente le schéma du principe du générateur selon l'invention,
- la figure 2 représente un schéma synoptique des diverses parties des circuits du génerateur, avec leurs fonctions,
- la figure 3 représente un schéma détaillé de l'interrupteur haute fréquence,
- la figure 4 représente un schéma détaillé du circuit de modulation d'inductance du circuit oscillant,
- la figure 5 représente un schéma des circuits d'attaque de l'interrupteur haute fréquence,
- la figure 6 représente un schéma du monostable haute fréquence commandant l'interrupteur,
- la figure 7 représente un schéma du circuit de modulation de puissance du générateur,
- la figure 8 représente les connexions extérieures du mono stable haute fréquence pour la modulation de durée du monostable,
- la figure 9 représente le circuit de déclenchement du mono stable à partir de la tension aux bornes de I'interrupteur,
- la figure 10 représente le circuit de modulation de~la--du-re du monostable en fonction de la tension du secteur,
- la figure 11 représente le schéma des circuits d'asservissement des surtensions aux bornes de l'interrupteur pour réduire la durée du monostable en fonction de ces surtensions,
- la figure 12 représente un schéma de la bascule astable permettant un fonctionnement en trains blondes,
- la figure 13 représente un schéma des circuits déclenchant L'arrêt du générateur,
- la figure 14 représente un schéma détaillé général du générateur à induction selon l'invention.

L'invention sera décPite en référence à un exemple de réalisation dont on trouvera le schéma complet détaillé à la figure 14 à laquelle on pourra se référer pour voir comment se rattache ces diverses parties de circuits décrites individuellement aux figures 3 à 13. Les figures 1 et 2 représentent des schémas généraux simplifiés de la réalisation décrite ensuite en détail.

la la figure 1 on voit que le générateur à induction de l'invention comprend essentiellement un filtre F placé immédiatement en aval des bornes d'alimentation électriques par lesquelles on amène de l'énergie du réseau alternatif à 50 Hertz et à moyenne tension ; le filtre F est suivi par un pont redresseur P1 qui alimente en parallèle dune part un pont diviseur résistif R12, R 19 et d'autre part un ensemble en série d'un circuit oscillant et d'un interrupteur commandé I.

Le filtre y laisse passer intégralement 11 énergie à 50 Hertz du réseau vers le pont redresseur
P1, mais il empoche la transmission de fréquences élevées et de fronts de tension abrupts. Notamment, il empeche le passage vers le réseau de fréquences élevées engendrées dans le circuit oscillant 6u d'autres fronts de tension engendrés dans le générateur. Le filtre isole aussi le générateur des parasites du réseau.

Le filtre F est par exemple constitué par un circuit en1r comportant une inductance en série Il et deux capacités en parallèle C1 et C2. Ces composants sont de petite taille car il s'agit de filtrer des fréquences élevées0
Le pont redresseur Pi est un pont classique à quatre diodes effectuant un redressement double alternance. Les diodes n'ont pas besoin autre des diodes à recouvrement rapide car le pont ri débite en permanence sur le pont diviseur résistif R12, R19 et les diodes ne se bloquent qutà la fréquence du réseau.

Le circuit oscillant comporte une inductance principale B2 qui est une bobine dtinduction plate induisant des courants de Foucault dans le corps à chauffer. Cette inductance B2 est placée en série avec une inductance variable Tr1 dont lerrble est d'effectuer une modulation de la puissance transmise à l'élément à chauffer, gracie à un circuit de variation d'inductance 10. Le circuit 10 agit sur l'inductance variable par saturation du noyau en ferrite de cette inductance variable, noyau sur lequel est enroulée à cet effet une bobine.

Le circuit oscillant comporte encore une capacité C3 placée en parallèle sur l'ensemble en série de l'inductance principale B2 et de l'inductance varia ble Trl. On verra par la suite qu'on place également en série avec les deux autres inductances un enroulement supplémentaire qui est le primaire d'un transformateur servant à l'alimentation de certains circuits de commande de l'interrupteur 1.

L'interrupteur I est un interrupteur à semiconducteurs commandé pouvant travailler à haute fréquence et pouvant avoir à ses bornes des tensions aussi bien positives que négatives.

Cet interrupteur commandé I est contrôlé par des circuits de commande divers que l'on décrira ciaprès et par des circuits de sécurité dont le roule est d'arrêter le générateur dans certains cas.

Ces circuits de commande et de sécurité peuvent prélever l'énergie nécessaire à leur fonctionnement sur le pont diviseur R12, R19.

La figure 2 représente un schéma synoptique du générateurS indiquant les fonctions réalisées notamment par les divers circuits de commande de l'inter- rupteur 1.

La fréquence propre du circuit oscillant est modulée gracie au circuit de modulation de l'inductance de ce circuit oscillant, circuit 40 qui est couplé comme on l'a dit à l'enroulement r1 en série avec l'inductance principale du circuit oscillant. Ce circuit 40 effectue la modulation de puissance du générateur dans une gamme de puissances élevées. il est commandé par un circuit 70 incluant un pointiomètre ninnuel P dont l'utilisateur se sert pour régler la puissance de chauffage désiré. On notera que le circuit 70 et le potentiomètre r ne servent pas uniquement à agir sur le circuit 40 de modulation de l'inductance.

L'interrupteur I qui est un interrupteur à semi-conducteurs est commandé par des étages d'attaque 50 capables de travailler en haute fréquence pour commander le blocage et la conduction de l'interrupteur
I. Ces étages d'attaque 50 sont eux-mémes pilotés par une bascule mono stable haute fréquence 60 qui a pour fonction d'établir à chaque période de fermeture de l'interrupteur I une durée de fermeture au moins assez longue pour accumuler dans le circuit oscillant une énergie suffisante pour un fonctionnement entretenu du disposit;;if, c'est-à-dire pour que la tension aux bornes de l'interrupteur I après ouverture de celuici subisse une oscillation d'amplitude assez grande (et cette amplitude dépend de l'énergie accumulée dans le circuit oscillant) pour subir à nouveau un passage par zéro qui déclenchera à nouveau, par le monostable 60 la fermeture de l'interrupteur I.

Le mono stable 60 est déclenché par un circuit de déclenchement 90 qui a pour fonction de détecter le passage par zéro de la tension aux bornes de l'interrupteur I et de faire basculer à ce moment le monostable pour commander la fermeture de l1interrup- teur.

Le mono stable 60 reçoit encore une information de modulation de durée de basculement d'un circuit 100 qui reçoit une information sur iatension d'alimentation du circuit oscillant, c'est-à-dire latension en sortie du pont redresseur P1, pour moduler la durée de basculement du mono stable 60 en fonction de cette tension d'alimentation : au-dessus d'une certaine valeur de tension, le temps de basculement est réduit inversement proportionnellement à l'augmentation de tension pour faire en sorte que l'intensité dans l'interrupteur
I ne dépasse pas une valeur maximum déterminée.

Le fonctionnement du monostable 60 est autorisé ou interrompu par une bascule astable très basse fréquence 120 qui, lorsqu'elle est au repos, c'est-å- dire pour les puissances élevées sélectionnées par le potentiomètre manuel P, n'empoche pas le fonctionnement du monostable 60, mais qui, lorsqu'elle marche, n'autorise le fonctionnement du monostable 60 que pendant des périodes de temps limité récurrentes à la fréquence de la bascule astable.Le rapport cyclique de fonctionnement de la bascule astable 120 est réglé par le potentiomètre P et le circuit de commande 70 incorporant ce potentiomètre0 On règle ainsi la puissance induite par le circuit oscillant pour les faibles valeurs de puissances0
La bascule astable-très basse fréquence 120 a d'ailleurs pour autre fonction d'imposer l'adret du mono stable 60 et donc du fonctionnement du générateur en cas d'anomalies détectées- par un circuit de sécurité 130 détectant à la fois les surtensions aux bornes de l'interrupteur I et les excès possibles de tension d'alimentation en sortie du pont redresseur 31.Le circuit de sécurité 130 peut aussi détecter la présence d'une charge trop faible à proximité de la bobine du circuit oscillant et commander alors 1'arrdt du générateur.

EnSin, un circuit 110 est prévu pour effectuer une autre modulation de la durée du monostable 60, la première étant effectuée en fonction de la tension du secteur, et ce circuit 110 détecte d'une' part la surtension positive et d'autre part la surtension négative apparaissant l > une après l'autre aux bornes de l'interrupteur I aussitôt qu'il a été ouvert et que le circuit oscillant s'est placé en oscillation libre.

Si la surtension positive est trop grande (amortissement faible, c'est-à-dire charge faible à proximité de la bobine du circuit oscillant), la durée du monostable est réduite en conséquence pour ne pas risquer d'endommager notamment les semi-conduteurs de l'interrupteur I. Par ailleurs, si la surtension négative est trop importante, ce gui se produit en cas de faible amortissement du circuit oscillant, on réduit également la durée du monostable, ce qui réduira d'ailleurs à la fois la surtension positive et la surtension négative aux périodes suivantes.

Ce double asservissement par le circuit 110 permet de limiter les surtensions aussi bien lorsque le circuit oscillant est peu amorti que lorsqu'il est fortement amorti.

On va maintenant décrire en détail, en référence aux figures suivantes les diverses parties du circuit de la figure 2.

Ces diverses parties représentent une décomposition du schéma général de la figure à laquelle on pourra se référer pour préciser les diverses connexions entre ces parties.

À la figure 3 est représenté la constitution de l'interrupteur 1. il stagit d'un ensemble de transistors de puissance placé en parallèle et ayant leurs bases toutes reliées et leurs collecteurs tous reliés pour une commande unique en commutation. Dans l'exem- ple représenté, six transistors T1 à 26 sont montés en parallèle et un septième transistor 27 constitue avec les six premiers un montage Darlington nécessitant seulement un faible courant baseen provenance des étages d'attaque 50. Des résistances d'émetteurs réalisées sur circuits imprimés permettent l'équilibrage des courants émetteurs des transistors TI à T6 pour que chacun travaille dans les mêmes conditions dtintensité et commute en meme temps.

Deux diodes Zener Z7 et Z2 en série protègent, par écrêtage, les transistors de puissancecontre les surtensions. On évite ainsi le claquage des transistors soumis à une surtension lorsqu'ils sont bloqués.

En montant les Zeners sur le meme refroidisseurque les transistors TI à T6, la protection est assurée quelle que soit la température car la dérive de la tension Zener va dans le mame sens que la dérive de la tension de claquage des transistors.

Une diode D1 de puissance en série avec l'en- semble des transistors en parallèle autorise l'appli c-ation de tensions négatives aux transistors lorsqu'ils sont bloqués, les surtensions négatives s'appliquant aux bornes de la diode D1 plutôt qu'aux bornes des transistors. Ce montage est meilleur, au point de vue de la puissance qui peut titre débitée par le générateur, que si une diode en parallèle sur les transistors interdisait une oscillation négative aux bornes de l'interrupteur I.

h la figure 4, on a représenté le circuit de modulation de puissance par modulation de l'inductance globale du circuit oscillant, circuit qui fonctionne pour les puissances élevées de la gamme de fonctionnement du générateur et qui constitue en quelque sorte un amplificateur magnétique. L'inductance variable en série avec l'inductance principale L2 est constituée par l'enroulement secondaire d'un transformateur à noyau de ferrite dont un enroulement primaire sert à la commande de variation de la self. L'enroulement primaire est alimenté en tension sensiblement constante issue du secteur redressé, par l'intermédiaire d'une capacité C7 aux bornes de laquelle il est relié.

Une résistance R10 et une diode 111 en série avec le condensateur C7 servent à réaliser une constante de temps supérieure à la période du secteur pour lisser la tension appliquée à l'enroulement de commande de la self variable. La diode D19 évite au condensateur
C7 de se décharger dans le circuit oscillant. Un transistor 12 monté avec une résistance d'émetteur R11 en série avec C7, R10 et D11 sert à charger C7 à courant constant, le courantde charge étant déterminé par la tension appliquée à la base de 212 et provenant du circuit de commande de puissance 70 (c'est-à-dire que ce courant est réglé par le potentiomètre manuel de commande de puissance).

Le courant qui parcourt le primaire de l'inductance variable TRI est proportionnel à la tension issue du circuit de commande de puissance 70 et il sature plus ou moins en continu le noyau de ferrite de l'enrou- lement en modulant ainsi l'inductance globale du circuit
oscillant. La variation de fréquence d'accord qui en résulte, avec une même durée de monostable, provoque une variation de puissance émise par le générateur.

La résistance R10 limite le courant maximum qui peut traverser T12 compte tenn de la tension maximum qui peut apparaître sur le secteur redressé. Les deux diodes Zener Z3 et Z4 en série entre base ét collecteur de T12 protègent T12 contre les surtensions lorsque ce transistor est bloqué.

À la figure 5 sont représentés les étages d'attaque des transistors de l'interrupteur I. Ces étages comportént essentiellement un montage push-pull de deux transistors T8 et 29 qui fournissent le courant positif ou négatif à la base du transistor T7 qui commande les transistors de puissance.

Àu repos, le mono stable haute fréquence 60 présente une sortie à un état logique bas qui bloque un transistor T13 commandant la conduction de T9, qui, dès lors, se bloque aussi. Le courant de base de T13 est limité par une résistance R20. Un transistor T10 permet de régler le niveau du courant délivré en sortie des transistors T8 et T9 et ce courant de base reste donc constant pendant toutes les phases de conduction, à un niveau correspondant à une quasi-saturation des transistors de puissance.

L'alimentation en énergie de ces étages d'attaque 50 se fait de préférence à partir du circuit oscillant lui-même, -par l'intermédiaire d'un transformateur
TR2 inséré en série avec l'inductance principale L2.

Ce transformateur 1R2 est un transformateur d'intensité qui débite le courant nécessaire à l'alimentation des étages d'attaque avec une faible tension. POur que les étages d'attaque puissent fonctionner dès la mise en route du générateur, même quand celui-ci n'oscille pas encore, on peut prévoir qu'une alimentation en tension se fait par ailleurs à partir du secteur redressé et filtré, c'est-à-dire en pratique à partir du diviseur résistif R12, R19, une diode Zener et une capacité étant placées en parallèle sur la résistance R19.

Etant donné que les étages d'attaque 50 comprennent un montage push-pull T8, 9, on prévoit aussi une alimentation négative de ce montage, alimentation prélevée directement sur le secteur et redressée par un pont redresseur P2.

A La figure 6 est représenté un schéma interne de la bascule monostable haute fréquence, utilisée pour déclencher pendant une durée limitée la fermeture de l'interrupteur I puis son ouverture. Le schéma détaille interne de cette bascule monos table est donné pour expliquer les diverses entrées de commande permettant d'ajuster la durée du monostable.

Le mono stable comprend une bascule RS délivrant des impulsions de largeur définie par des composants externes et possédant une entrée de remise à zéro ; un premier comparateur qui compare àla moitié d'une tension de contrôle (pouvant être modifié grade à une entrée de tension de contrdle) une tension de déclenchement qui déclenche la bascule RS lorsque cette tension de déclenchement passe au-dessous de la moitié de la tension de contrôle ; un deuxième comparateur qui compare à la tension de contrtle une tension de seuil également modifiable grâce à une entrée de seuil ; cette comparaison détermine, par le temps que la tension de seuil met à atteindre la tension de contrdle, la largeur d'impulsion de la bascule dont les entrées R et S sont connectées aux sorties des deux comparateurs ; ce temps est determiné par une rampe de tension obtenue extérieurement par la charge d'une capacité à travers une résistance (voir figure 8) ; un transistor de décharge permet de décharger la capacité qui engendre la rampe de tension ; un étage de sortie permet d'avoir une sortie en basse impédance.

A la figure 8, on a représenté la bascule mono stable avec les diverses entrées et sorties et les composants extérieurs qui y sont connectés : l'entrée de remise à zéro est reliée à la sortie de la bascule astable très basse fréquence 120 (figure 2) pour inhiber le fonctionnement du monos table lorsque la bascule astable délivre un signal de non fonctionnement. L'tn- trée de seuil et bien entendu aussi la sortie de décharge, est connectée à un condensateur Cl qui est chargé par l'intermédiaire d'une résistance R26, par une tension pouvant être modifiée et provenant du circuit d'asservissement des surtensions 110 (figare 2).

La rampe de tension de pente variable ainsi engendrée permet de tenir compte des surtensions apparaissant aux bornes de l'interrupteur I pour réduire la durée du monostable en fonction de ces surtensions.

L'entrée de tension de contrdle du monostable est reliée à une capacité ClO qui reçoit une tension issue du circuit de modulation de la durée du monostable en fonction du secteur (circuit 100 de la figure 2).

Enfin, l'entrée de déclenchement du monostable est reliée à la sortie du circuit de déclenchement 90 décrit en détail à la figure 9 et ayant pour fonction de déclencher le monostable lorsque la tension aux bornes de l'interrupteur I passe par zéro.

A la figure 7 est représenté le circuit de modulation de puissance induite par le générateur, circuit, qui, à partir d'un potentiomètre P actionné manuellement, permet de régler soit l'inductance du circuit oscillant, et par conséquence la puissance délivée par celui-ci, soit le rapport cyclique de la bascule astable très basse fréquence pour fonctionner en trainsd'ondes completSà très basse fréquence de récurrence. Le potentiomètre P, en série avec une résistance 40, reçoit la basse tension alternative redressée non filtrée, prélevée aux bornes de la résistance R 19 du pont résistif placé aux bornes du pont redresseur P1.La tension sur le curseur du potentiomètre P est filtrée par un condensateur C 7 et sert à établir une tension de rampe commandant le rapport cyclique de la bascule astable 120 ; cette tensionest également appliquée, par l'intermédiaire d'une résistance R 43, à l'entrée négative d'un amplificateur dont la sortie pilote le circuit 40 de modulation de l'inductance variable du circuit oscillant.

On notera qu'une autre entrée de l'amplificateur reçoit la sortie de la bascule astable très basse fréquence pour annuler la tension en sortie de l'amplificateur lorsque la bascule astable arrête le générateur. Cette annulation ayant pour effet de décharger la capacité C17, le démarrage se refait ensuite en douceur par une charge progressive de C17 avec une constante de temps supérieure à la période du secteur.

Le choix des résistancesR40, en série avec le potentiomètre P, et R41 et R42 fixant le potentiel de l'entrée positive de l1amplificateur,est fait de manière que la puissance obtenue en sortie du générateur soit sensiblement proportionnelle à l'angle de rotation du potentiomètre.

Le curseur de potentiomètre délivre encore une information utile pour le circuit de modulation de la durée du monostable en fonction de la tension du secteur (circuit 100). A cet effet, le curseur du potentiomètre
P est relié par l'intermédiaire d'une résistance R39 à la base d'un transistor T15 dont le collecteur est alimenté par la tension alternative redressée non filtrée prélevée sur le pont résistif Pi. L'émetteur du transistor TIS est reliée au circuit de modulation en fonction du secteur, et une diode D26 reliée à la base du transistor T15 d'une part et à une tension continue fixe d'autre part se met à conduire lorsque la tension du secteur dépasssune valeur déterminée et fixe alors le potentiel de l'émetteur du transistor Tirs. L'émetteur de 115 commande le circuit 100 et tout se passe comme si la tension du secteur était constamment à sa valeur crête dès qu'elle a dépassé une valeur prédéterminée la durée du monostable est alors minimale quelle que soit la tension du secteur au-dessus de cette valeur prédéterminée et jusqu'à ce qu'elle redescende endessous. Ceci n'empêche pas l'onde de courant du secteur d' être sinusofdale.

Le circuit de déclenchement du monostable haute fréquence 60 est représenté à la figure 9. Une résistance R14, connectée à l'anode de la diode de puissance Dl de l'interrupteur I, permet de transmettre une information sur le passage par zéro de la tension aux bornes de l'interrupteur I vers l'entrée de déclenchement du monostable haute fréquence. Une résistance 23 permet de limiter le courant de décleaehementsur le monostable. Par ailleurs, R23 et une autre résistance
R24 réalisent un diviseur résistif permettant d'obtenir le niveau nécessaire au déclenchement. Une diode D14 limite le niveau haut sur l'entrée de déclenchement et une diode D15 empoche le niveau bas de descendre endessous du niveau zéro.Une capacité C9 et une résistance R22 en parallèle servent à établir une constante de temps qui, par l'intermédiaire d'une diode D13 connectée entre cet ensemble en parallèle et l'entrée de déclenchement, empêche tout redéclenchement intempestif du mono stable pendant la phase de blocage des transistors de puissance. Après un certain temps, plus petit que la période d'oscillation du générateur, c'est
R14 qui -verrouille l'entrée de déclenchement à un niveau haut. La capacité 69 est chargée dès le passage au niveau haut du monostable par l'intermédiaire d'une résistance R21 et d'une diode D16 reliées à la sortie du mono stable haute fréquence.

Le circuit 100 de modulation du temps du mono stable en fonction du secteur est représenté à la figure 10.

À partir d'une tension secteur redressée déterminée, la tension d'entrée de contrOle du monostable haute fréquence doit être réduite inversement proportionnellement à la tension secteur pour que l'intensité maximale imposée auKtransi9tors de puissance soit constante partir de cette tension secteur.

Cette tension secteur est déterminée par un compromis entre l'optimisatidn de l'interrupteur haute fréquence (qui impose que celui-ci travaille tout au long de la sinusoïde de secteur avec la même intensité) et le taux d'harmoniques 50 Hertz (qui impose de limiter ce fonctionnement à intensité maximale constante à une portion resteintre de la sinusolde de secteur).

La tension secteur redressée est ramenée à une valeur plus faible par le diviseur résistif composé par une résistance ajustable Aj2 et une résistance R18 et la tension Vx à partir de laquelle le temps monostable doit être réduit est ainsi comparé à une tension constante V1 dans un amplificateur opérationnel.

Dès que, sur l'entrée négative de l'amplificateur opérationnel, la tension secteur redressée divisée dépasse V7, l'amplificateur vient diminuer la tension de contrôle du mono stable haute fréquence (voir figure 6), d'une valeur relative inversement proportionnelle à la tension secteur pour avoir la diminution du temps monostable citée précédemment. D'autre part, une résistance 9 en série avec une diode D21 permet d'obtenir sur anode de cette diode une tension issue du secteur redressé- ayant la mème forme que l'envelop- pe des surtensions positives aux bornes de l'interrupteur haute fréquence que l'on doit obtenir. On rappelle que le signal sur la cathode de la diode D21 provient du circuit 70. Sur cette cathode, on obtient une tension ayant la même forme au signe près que l'enveloppe des surtensions négatives aux bornes de l'in- terrupteur haute fréquence obtenues lorsque la tension secteur est supérieure à Vx.

A la figure il est représenté le circuit d'asservissement des surtensions, qui permet un contrôle de la durée de la bascule mono stable haute fréquence en fonction des surtensions positives et des surtensions négatives apparaissant aux bornes de l'interrupteur I lorsqu'il est ouvert.

Suivant la charge imposée au circuit oscillant, la surtension positive aux bornes de l'interrupteur n'est pas la même sigle temps de conduction des transistors reste constant. Pour un circuit plus amorti, la surtension est plus faible ; pour un circuit moins amorti, la surtension est plus forte. La surtension ne doit pas dépasser la tension maximale que peuvent supporter les transistors et l'asservisse- ment sert à maintenir la surtension au-dessous de cette valeur en réduisant la durée de fermeture de l'inter- rupteur (durée du monostable).

D'autre part, on a remarqué qu'il est souhaitable d'asservir aussi la surtension négative, ctest-à-dire de réduire la durée du monostable si la surtension négative est plus grande, de manière à ramener cette surtension négative à une valeur aussi faible que possible mais passant toutefois par zéro puisque c'est pour une tension nulle que lton ferme l'interrupteur.

On réduit la durée du mono stable pour réduire la surtension négative, et cela a encore pour effet de réduire aussi la surtension positive, ce qui ga rantitune sécurité supplémentaire au niveau des risques de dépassement de la tension maximum supportable par les transistors de l'interrupteur.

Le deuxième asservissement permet également de faire travailler le générateur aux limites du décrochage ce qui évite d'une part d'avoir une pointe d'intensité au niveau de l'interrupteur haute fréquence, au retour à zéro de l'oscillation après passage en négative, et d'autre part une plus grande dynamique de puissance suivant le type de casserole chauffée. La puissance fournie à la casserole est alors fonction de la surface en regard avec la bobine, ce qui permet d'avoir une densité de puissance sensiblement constante.

Les deux asservissements, isolés l'un de l'autre par deux diodes D19 et D20, agissent sur la valeur de la tension à partir de laquelle on établit une rampe de tension pour l'établissement d'une durée de monostable déterminée.

Les tensions sont prélevées sur l'anode de la diode Dl de 11 interrupteur I et sont transmises à des amplificateurs opérationnels où elles sont comparées aux tensions aux bornes de la diode D21 du circuit 100, dont on rappelle qu'elles représentent 11 enveloppe des surtensions positives et négatives que l'on doit obtenir aux bornes de l'interrupteur I en fonction de la tension du secteur. La différence est amplifiée dans chacun des deux amplificateurs et est transmise, par l'intermédiaire des diodes D19 et D20 qui isolent les deux asservissements, à la base d'un transistor T14 dont l'émetteur sert à établir la tension de rampe du monostable.Un condensateur C18 est connecté entre la masse et la base du transistor T14 pour établir une constante de temps très longue de la tension rampe; de manière à garder une durée de mono stable pratiquement constante entre deux arches de sinusoTde: du secteur.

Dans le circuit de la figure Il, la diode D22, avec le condensateur Cri3, réalise une détection crête de la surtension positive ramenée à un niveau plus faible par un diviseur composé de la résistance R16 et de la résistance ajustable Aå1. De même, les diodes
D25 et D24 en série, et le condensateur C15 détectent la crotte de la surtension négative ramenée à un niveau plus faible par le diviseur composé de la résistance RIS et de la résistance ajustable Âj3.

Une diode D18, reliant une tension fixe V3 à la base du transistor 14, permet d'assurer que la tension de rampe établie soit au minimum égale à un seuil de tension déterminé.

A la figure 12 est représentée la bascule astable très basse fréquence 120 servant à arrêter le générateur pendant des périodes de temps récurrentes pour un fonctionnement en trains d'onde, simplement pour un arrêt du générateur.

Cette bascule utilise un circuit intégré identique à celui de la bascule monostable haute fréquence.

La sortie S de la bascule astable commande l'entrée de remise à zéro du mono stable pour inhiber le fonctionnement de ce dernier lorsque la sortie de la bascule astable est à un biveau logique déterminé.

Le désslenonement de la bascule astable se fait en fonction de l'état du circuit de sécurité 130, avec une constante de temps déterminée par une résistance
R50 et une capacité C20 de manière que, lors du démarrage du générateur, la bascule astable ne se mette en route que s'il y a absence de défaut pendant un temps déterminé. Slil y a un défaut détecté par le circuit de sécurité 130, la bascule astable est arrêtéepar son entrée de remise à ro avant d'avoir eu le temps de se déclencher. La résistance R50 et la capacité
C20, connectées à l'entrée de déclenchement, servent en même temps à définir la durée de laphase d'arrêt de la bascule astable.Un condensateur C19 et une résistance R47, connectés à une entrée de seuil de la bascule, et recevant une tension en rampe issue du potentiomètre P du circuit 70, permettent de déterminer la durée de la phasede marche de la bascule <
Une entrée de contrôle de la bascule astable est modulée par la tension secteur, par l'intermédiaire d'une résistance 48 et d'une diode D27 reliées
à un diviseur résistif prenant la tenion sur le
secteur, de sorte que le rapport cyclique de la bascule
dépend de la tension secteur0
L'arrêt du système se fait au voisinage du
zéro secteur, de même que le démarrage suivant. Le
fonctionnement par trains d'onde a donc lieu par
portions entières de sinusoïde, c'est-à-dire qu'il ne
génère aucun harmonique supplémentaire sur le réseau.

La figure 13 représente le circuit de sécurité
130 de la figure 2. Ce circuit mesure divers paramètres
qui déterminent l'arrêt du générateur en cas de dépas
sement de valeur critiques L'arrêt du système se fait par l'intermédiaire dlun transistor T16 qui agit sur la remise à afro de la bascule astable très basse fréquence
120. Les diverses mesures de paramètres sont isolées les unes des autres par des diodes D30, D31, D32, D33.

Les divers paramètres sont les suivants
- la tension d'alimentation V1. Lorsque cette
tension est insuffisante pour un fonctionnement correct du monostable (en particulier quand la remise à zéro n'est pas possible, le fonctionnement du générateur est interdit par la diode D12 qui maintient la base du transistor d'attaque D13 à zéro tant qu'une diode
Zener S7 n'est pas passante. Ce circuit agit donc directement sur le circuit 50 d'attaque de l'interrupteur I.

Il agit également, lorsque V1 est suffisante pour permettre la remise à zéro du monostable, sans
pour autant avoir la valeur prescrite, sur le transis
tor T16 qui remet à zéro l'astable très basse fréquence.

- la tension négative d'alimentation du
circuit d'attaque 50, par l'intermédiaire d'une résis
tance R59 et d'une résistance ajustable Àj6.

- la tension secteur ; un transistor 19
surveille cette tension et agit également sur le tran sistor T16 par l'intermédiaire de la diode D30.

- les fronts de tension sur le secteur. Un diviseur capacitif C8, C22, ramène à un niveau plus faible l'amplitude de ces fronts de tension apparaissant sur le pont redresseur. Si les fronts sont trop importants, le générateur est arrêté par mise en conduction de la diode D31 et du transistor 16.

- la surtension négative aux bornes de l'in- terrupteur haute fréquence. Un diviseur résistif R13,
R52, vient directement remettre à zéro la bascule astable quand la surtension négative est trop importante.

- le temps de conduction des transistors de puissance. Lorsque celui-ci est trop faible, le générateur est arrenté, par un diviseur R57 et une résistance ajustable så5 qui agissent sur le transistor T16.

Ce dernier paramètre est utile en cas d'oubli d'usten- siles tels que fourchettes, cuillères, sur la plaque pour éviter qu'ils ne s'échauffent ; également, le générateur peut ainsi refuser des récipients de métal mal approprié, cuivre ou aluminium ; enfin, si on arrête le générateur lorsque le temps de conduction est trop faible, on réduit sa consommation.

On a ainsi décrit l'ensemble des circuits composants le générateur à induction. de l'invention, et on peut se référer, pour la réalisation complète détaillée du générateur, au- schéma de la figure 14 qui montre en détail les liaisons entre les divers circuits des figures 3 à 13.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Générateur à induction comprenant un circuit oscillant comportant une capacité et une inductance principale en parallèle, et un interrupteur commandé en série avec ce circuit oscillant, caractérisé par le fait qu'il comprend un filtre passe-bas transmettant la basse fréquence du réseau et supprimant les hautesfréquences de travail de l'interrupteur commandé, et, en aval du filtre, un pont redresseur à la sortie duquel est connecté l'ensemble en série du circuit oscillant et de l'interrupteur commandé, sans capacité de lissage de la tension de sortie.

2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une résistance, ou un ensemble de résistances, est placée en parallèle sur la sortie du pont.

3. Générateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un premier moyen de commande à haute fréquence de l'interrupteur, un deuxième moyen de commande à très basse fréquence agissant sur le premier moyen de commande pour autoriser ou intèrrompre son fonctionnement dans une première plage de puissance fournie par le générateur, et une inductance variable placée en série avec l'inductance principale pour régler la puissance du générateur au delà de la première plage de puissance.

4. Générateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'interrupteur est constitué par un ou plusieurs transistors en parallèle commandés à partir d'un courant prélevé dans le circuit oscillant par un transformateur d'intensité en série avec 1' inductance.

5. Générateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la fermeture de l'interrupteur est commandée au moment où la tension à ses bornes est nulle, par l'intermédiaire d'un circuit de détection de tension nulle

6o Générateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la durée de fermeture de l1in- terrupteur est commandée en fonction de la tension crête négative apparaissant aux bornes de l'interrupteur avant la fermeture de celui-ci.

7o Générateur selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par-le fait que la durée i fermeture de l1interrupteur est modulée en fonction de la tension instantanée d'alimentation du circuit oscillant.

8. Générateur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ladite modulation-de durée de fermeture en fonction de la tension instantanée d'alimentation du circuit oscillant est effectuée au-dessus d'un certain seuil de tension d'alimentation.

9. Générateur selon l'une des revendications I à 8, caraoetérisé par le fait qu'il est prévu un circuit de sécurité apte à bloquer le fonctionnement du générateur en cas de détection de front de montée trop raide de la tension en aval du pont redresseur, ou en cas de surtension du secteur.

10. Générateur selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il est prévu un moyen de remise en route automatique du générateur après un arrêt effectué par le circuit de sécurité