FR2817415A1 - Static relay with diagnostics of load and relay conditions, for use in alternating current network - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention concerne le domaine des relais statiques, utilisables sur des réseaux de distribution électrique en courant alternatif, et cette invention a pour objet, plus particulièrement, un relais statique avec diagnostic de l'état de la charge et du relais. The present invention relates to the field of static relays, usable on electrical distribution networks in alternating current, and this invention relates, more particularly, to a static relay with diagnosis of the state of the load and of the relay.
La majorité des relais statiques actuellement disponibles dans le commerce, entièrement constitués de composants électroniques, sont réalisés selon le principe illustré par le schéma de la figure 1 du dessin annexé, dans lequel le réseau alternatif est indiqué en 2, la charge à alimenter étant désignée par le repère 3. Le relais statique lui-même, désigné dans son ensemble par 4, possède comme composant principal, servant d'interrupteur, un triac 5 ou alternistor, ou un ensemble de deux thyristors montés tête-bêche. Dans tous les cas, il s'agit d'un composant statique bi-directionnel, utilisable sur un réseau alternatif, qui a la particularité d'être passant, c'est-à-dire de laisser circuler le courant électrique dans la charge 3, ou d'être bloqué, c'est-à-dire d'interdire la passage du courant électrique dans la charge 3, en fonction du signal envoyé sur sa gâchette de commande 6. Dès qu'une impulsion de courant est envoyée dans la gâchette 6, le triac 5 ou équivalent devient passant, et il se bloquera de façon"naturelle"dès que l'intensité du courant le traversant passera par la valeur zéro, c'est-à-dire à chaque alternance (ou demi-période) du réseau 2. The majority of the static relays currently available on the market, entirely made up of electronic components, are produced according to the principle illustrated by the diagram of FIG. 1 of the appended drawing, in which the alternating network is indicated in 2, the load to be supplied being designated by the reference 3. The static relay itself, designated as a whole by 4, has as main component, serving as a switch, a triac 5 or alternistor, or a set of two thyristors mounted head to tail. In all cases, it is a bi-directional static component, usable on an alternating network, which has the particularity of being passing, that is to say of letting the electric current circulate in the load 3 , or to be blocked, that is to say to prohibit the passage of electric current in the load 3, as a function of the signal sent on its control trigger 6. As soon as a current pulse is sent in the trigger 6, the triac 5 or equivalent becomes conducting, and it will lock in a "natural" way as soon as the intensity of the current passing through it passes through the zero value, that is to say at each half-cycle (or half-period ) from network 2.
La commande est assurée par l'application d'une tension électrique Ue à l'entrée du relais statique. Un dispositif opto-électronique 7 réalise l'isolement entre le circuit de commande 8, recevant la tension Ue, et le circuit de puissance 9, incluant le triac 5. Dès que la tension de commande Ue est appliquée à l'entrée du relais 4 un courant circule dans la diode électroluminescente 10 du dispositif opto-électronique 7, laquelle éclaire et active un optotriac 11 qui passe alors de l'état bloqué à l'état passant. La mise en conduction de l'optotriac 11 permet d'envoyer l'impulsion de courant Ig nécessaire dans la gâchette 6 du triac 5. The control is ensured by the application of an electrical voltage Ue to the input of the static relay. An opto-electronic device 7 insulates between the control circuit 8, receiving the voltage Ue, and the power circuit 9, including the triac 5. As soon as the control voltage Ue is applied to the input of relay 4 a current flows in the light-emitting diode 10 of the opto-electronic device 7, which illuminates and activates an optotriac 11 which then passes from the blocked state to the passing state. The conduction of the optotriac 11 makes it possible to send the pulse of current Ig required in the trigger 6 of the triac 5.
Le circuit de commande 8 et le circuit de puissance 9 comprennent encore diverses résistances ou impédances électriques 12,13 et 14. En particulier, l'impédance 13 du circuit de puissance 9 sert à limiter la variation d'intensité di/dt ns l'optotriac 11. The control circuit 8 and the power circuit 9 further comprise various electrical resistances or impedances 12, 13 and 14. In particular, the impedance 13 of the power circuit 9 serves to limit the variation in intensity di / dt ns l ' optotriac 11.
Si la tension de commande Ue est maintenue en permanence, à chaque passage à zéro du courant dans le réseau alternatif 2 le triac 5 se If the control voltage Ue is permanently maintained, each time the current in the AC network crosses zero 0 the triac 5
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bloque naturellement, mais l'optotriac 11 toujours activé enverra immédiatement une nouvelle impulsion Ig dans la gâchette 6 du triac 5.
naturally blocks, but the always activated optotriac 11 will immediately send a new Ig pulse in the trigger 6 of the triac 5.
Ainsi, en présence d'une tension de commande Ue, à chaque alternance du réseau 2 une impulsion Ig traverse l'optotriac 11 et la gâchette 6 du triac
5, avec alternativement une impulsion positive et une impulsion négative. Thus, in the presence of a control voltage Ue, at each alternation of the network 2 a pulse Ig crosses the optotriac 11 and the trigger 6 of the triac
5, with alternately a positive pulse and a negative pulse.
Les utilisations principales des relais statiques, tels que rappelés ci-dessus, sont la régulation de chauffage, la commande d'éclairage, la commande de moteurs électriques, etc... Les utilisateurs souhaitent généralement connaître si un problème apparaît sur l'installation concernée, deux types de défauts étant principalement à considérer ici : - soit la charge 3 est coupée, ce qui est très souvent le cas des résistances de chauffage ou des lampes lorsque celles-ci sont défectueuses, mais peut aussi avoir pour cause l'absence de courant sur le réseau 2, ou la coupure d'un dispositif de protection tel que le fusible indiqué en 15 ; - soit le triac 5 ou équivalent est mis en court-circuit, avec pour conséquence une alimentation de la charge 3 en permanence. The main uses of solid state relays, as recalled above, are heating regulation, lighting control, control of electric motors, etc. Users generally want to know if a problem occurs in the installation concerned , two types of faults being mainly to be considered here: - either the load 3 is cut, which is very often the case of the heating resistors or the lamps when these are defective, but can also be due to the absence of current on network 2, or the breaking of a protection device such as the fuse indicated in 15; - Either the triac 5 or equivalent is short-circuited, with the consequence that the load 3 is continuously supplied.
Pour informer l'utilisateur de l'apparition de tels défauts sur l'installation, des relais statiques ont déjà été équipés d'une fonction dite de"diagnostic", réalisable sous des formes diverses. To inform the user of the appearance of such faults on the installation, static relays have already been equipped with a so-called "diagnostic" function, which can be carried out in various forms.
Une solution existante, simple, consiste à mesure l'intensité du courant dans la charge, et à comparer cette information avec l'état de la commande du relais. Cette solution a été largement utilisée par de nombreux constructeurs de relais statiques. An existing, simple solution consists in measuring the intensity of the current in the load, and in comparing this information with the state of the control of the relay. This solution has been widely used by many manufacturers of solid state relays.
Certains fabricants ont déjà proposé d'autres types de dispositifs pour réaliser la fonction diagnostic : une solution proposée consiste en une détection de courant par un phototransistor ou par un transformateur, associée à une détection de tension aux bornes du triac et à un circuit de comparaison avec la commande du relais-voir la demande de brevet européen EP 0608477 A2 ou son équivalent US 5406442, et la demande de brevet européen
EP 0866557 A1 ; une autre solution comporte une détection de courant par un phototransistor dans un circuit RC en parallèle avec le triac, Some manufacturers have already proposed other types of devices to perform the diagnostic function: a proposed solution consists of a current detection by a phototransistor or by a transformer, associated with a voltage detection at the terminals of the triac and a comparison circuit with relay control - see European patent application EP 0608477 A2 or its equivalent US 5406442, and European patent application
EP 0866557 A1; another solution includes current detection by a phototransistor in an RC circuit in parallel with the triac,
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associée à un circuit de comparaison avec la commande du relais-voir la demande de brevet français FR 2747864 A1. associated with a comparison circuit with the relay control-see French patent application FR 2747864 A1.
Toutes ces solutions connues nécessitant une alimentation externe pour le circuit de comparaison. All these known solutions requiring an external power supply for the comparison circuit.
La présente invention vise à éviter les inconvénients des solutions actuelles, en fournissant un relais statique perfectionné, avec une fonction"diagnostic"ne nécessitant aucune alimentation externe. The present invention aims to avoid the drawbacks of current solutions, by providing an improved static relay, with a "diagnostic" function requiring no external power supply.
A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet un relais statique avec diagnostic de l'état de la charge et du relais, le relais statique étant prévu pour le contrôle de l'alimentation d'une charge par un réseau alternatif, et ce relais statique comprenant un circuit de commande apte à recevoir une tension de commande et couplé, par un dispositif opto- électronique, à un circuit de puissance incluant un interrupteur statique bidirectionnel, tel que triac, auquel sont envoyées des impulsions de courant de commande de cet interrupteur statique, ledit relais statique étant caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de diagnostic, avec une sortie "diagnostic", alimenté électriquement uniquement par le relais lui-même, à savoir, en présence de la tension de commande, alimenté par les impulsions de courant de commande de l'interrupteur statique, et en l'absence de la tension de commande, alimenté par un courant recueilli dans le circuit de puissance du relais, à partir de la tension du réseau présente sur la sortie de puissance de ce relais. To this end, the invention essentially relates to a static relay with diagnosis of the state of the load and of the relay, the static relay being provided for controlling the supply of a load by an alternating network, and this static relay comprising a control circuit capable of receiving a control voltage and coupled, by an opto-electronic device, to a power circuit including a bidirectional static switch, such as triac, to which are sent control current pulses of this static switch, said static relay being characterized in that it comprises a diagnostic circuit, with a "diagnostic" output, electrically powered only by the relay itself, namely, in the presence of the control voltage, powered by the pulses of control current from the static switch, and in the absence of the control voltage, supplied by a current collected in the power circuit of the relay, at from the network voltage present on the power output of this relay.
De préférence, le circuit de diagnostic est alimenté, par les impulsions de courant de commande de l'interrupteur statique ou par le courant recueilli dans le circuit de puissance du relais, par l'intermédiaire d'un photocoupleur, notamment de type photovoltaïque, générant une tension de sortie isolée. Preferably, the diagnostic circuit is supplied, by the control current pulses of the static switch or by the current collected in the power circuit of the relay, by means of a photocoupler, in particular of photovoltaic type, generating an isolated output voltage.
Le circuit de diagnostic comprend, avantageusement, un condensateur relié à la tension de sortie du photocoupleur, l'ensemble étant connecté à au moins un transistor, tel que transistor MOS, relié à la sortie "diagnostic". The diagnostic circuit advantageously comprises a capacitor connected to the output voltage of the photocoupler, the assembly being connected to at least one transistor, such as MOS transistor, connected to the "diagnostic" output.
L'utilisation du photocoupleur, alimenté à partir des circuits préexistants du relais statique, génère une tension isolée de quelques volts, capable de délivrer un courant électrique de quelques microampères, permettant d'avoir une sortie"diagnostic"ne nécessitant aucune alimentation externe. L'état de cette sortie, qui est un état passant ou The use of the photocoupler, supplied from the pre-existing circuits of the static relay, generates an isolated voltage of a few volts, capable of delivering an electric current of a few microamps, allowing to have a "diagnostic" output requiring no external power supply. The state of this output, which is a passing state or
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bloqué, est fourni par un transistor MOS, lui-même activé par l'intermédiaire du photocoupleur, auquel est associé le condensateur qui permet de mémoriser et temporiser le courant, notamment les impulsions reçues, correspondant soit aux impulsions de courant de commande (c'est- à-dire les impulsions transmises à la gâchette du triac), soit au courant recueilli à partir du réseau, lorsque le relais statique est à l'état bloqué. blocked, is supplied by a MOS transistor, itself activated by means of the photocoupler, with which is associated the capacitor which makes it possible to store and delay the current, in particular the pulses received, corresponding either to the pulses of control current (c ' i.e. the pulses transmitted to the triac trigger), or to the current collected from the network, when the static relay is in the blocked state.
Plus particulièrement, ce dernier courant est celui parcourant une résistance électrique montée, dans le circuit de puissance du relais statique, en parallèle avec le détecteur du dispositif photo-électrique couplant le circuit de commande au circuit de puissance. More particularly, this latter current is that flowing through an electrical resistance mounted in the power circuit of the static relay, in parallel with the detector of the photoelectric device coupling the control circuit to the power circuit.
Selon une forme de réalisation de l'invention, dans le circuit de puissance du relais statique, le détecteur du dispositif photo-électrique et la résistance précitée sont reliés à l'entrée d'un pont redresseur, tel qu'un pont de diodes, dont la sortie est reliée à l'entrée du photocoupleur de type photovoltaïque qui alimente le circuit de diagnostic. According to one embodiment of the invention, in the power circuit of the static relay, the detector of the photoelectric device and the aforementioned resistor are connected to the input of a rectifier bridge, such as a diode bridge, the output of which is connected to the input of the photovoltaic type photocoupler which supplies the diagnostic circuit.
Dans une variante de l'invention, permettant la suppression du pont de diodes, le détecteur du dispositif photo-électrique et la résistance précités sont directement reliés à l'entrée du photocoupleur qui alimente le circuit de diagnostic, ce photocoupleur étant un photocoupleur photovoltaïque double, c'est-à-dire avec deux diodes électroluminescentes montées en antiparallèle, du côté de son entrée. In a variant of the invention, allowing the elimination of the diode bridge, the detector of the aforementioned photoelectric device and the resistor are directly connected to the input of the photocoupler which supplies the diagnostic circuit, this photocoupler being a double photovoltaic photocoupler , that is to say with two light-emitting diodes mounted in antiparallel, on the side of its input.
Comme décrit en détail plus loin, le montage est tel que la sortie "diagnostic" est à l'état passant lorsque le relais statique fonctionne
correctement, avec ou sans commande, et cette sortie,"diagnostic"est à l'état bloqué, en cas de défaut pouvant consister en une absence du réseau alternatif (ayant par exemple pour cause la coupure d'un fusible), en une coupure de la charge ou en une mise en court-circuit du relais statique. As described in detail below, the assembly is such that the "diagnostic" output is in the on state when the static relay operates
correctly, with or without command, and this "diagnostic" output is in the blocked state, in the event of a fault which may consist in the absence of the AC network (for example caused by the breaking of a fuse), in a breaking load or by short-circuiting the solid state relay.
Avantageusement, pour une identification visuelle de ces diverses situations, notamment en cas de multiplicité de relais statiques, il est encore prévu une diode électroluminescente constituant témoin lumineux, intercalée sur le circuit de commande, et une autre diode électroluminescente constituant aussi témoin lumineux, montée en série avec l'entrée du photocoupleur d'alimentation du circuit de diagnostic. Advantageously, for visual identification of these various situations, in particular in the event of a multiplicity of solid state relays, there is also provided a light-emitting diode constituting an indicator light, inserted in the control circuit, and another light-emitting diode constituting also an indicator light, mounted in series with the input of the photocoupler supplying the diagnostic circuit.
De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé In any case, the invention will be better understood with the aid of the description which follows, with reference to the appended schematic drawing
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représentant, à titre d'exemples, des formes de réalisation de ce relais statique avec diagnostic de l'état de la charge et du relais :
Figure 1 (déjà mentionnée) est un schéma de principe d'un relais statique classique ;
Figure 2 est un schéma de principe d'un relais statique avec diagnostic, conforme à la présente invention ;
Figure 3 est un schéma de principe d'une variante du relais statique avec diagnostic selon l'invention ;
Figures 4 et 5 sont des diagrammes illustrant le fonctionnement du relais statique objet de l'invention. representing, by way of example, embodiments of this static relay with diagnosis of the state of the load and of the relay:
Figure 1 (already mentioned) is a block diagram of a conventional static relay;
Figure 2 is a block diagram of a static relay with diagnosis, according to the present invention;
Figure 3 is a block diagram of a variant of the static relay with diagnosis according to the invention;
Figures 4 and 5 are diagrams illustrating the operation of the static relay object of the invention.
La figure 2, à laquelle il sera d'abord fait référence, représente un relais statique 4 associé à une charge 3, les composants correspondant à ceux décrits précédemment en référence à la figure 1 étant désignés par les mêmes repères. Ce relais statique 4 comprend, en particulier, un dispositif opto-électronique 7 couplant un circuit de commande 8 à un circuit de puissance 9 avec triac 5. FIG. 2, to which reference will first be made, represents a static relay 4 associated with a load 3, the components corresponding to those described above with reference to FIG. 1 being designated by the same references. This static relay 4 comprises, in particular, an opto-electronic device 7 coupling a control circuit 8 to a power circuit 9 with triac 5.
Le relais statique 4 de la figure 2 utilise, pour alimenter une sortie"diagnostic"16, un photocoupleur de type photovoltaïque, désigné globalement par le repère 17, qui se compose ici d'une diode électroluminescente 18 et d'éléments photosensibles 19. En cas de passage d'un courant électrique dans la diode électroluminescente 18 du photocoupleur 17, la sortie de celui-ci génère une tension de sortie isolée Vs de quelques volts, capable de délivrer un courant de quelques milliampères. The static relay 4 in FIG. 2 uses, to supply a "diagnostic" output 16, a photocoupler of photovoltaic type, generally designated by the reference 17, which here consists of a light-emitting diode 18 and photosensitive elements 19. In in the case of an electric current passing through the light-emitting diode 18 of the photocoupler 17, the output of the latter generates an isolated output voltage Vs of a few volts, capable of delivering a current of a few milliamps.
Le circuit de puissance 9 comporte un pont redresseur à diodes 20, dont le montage est tel qu'il puisse être alimenté soit par l'optotriac 11 du dispositif opto-électronique 7, soit par une résistance 21 montée en parallèle avec ledit dispositif 7. La sortie du pont redresseur 20 alimente la diode électroluminescente 18 du photocoupleur 17. The power circuit 9 comprises a diode rectifier bridge 20, the mounting of which is such that it can be supplied either by the optotriac 11 of the opto-electronic device 7, or by a resistor 21 mounted in parallel with said device 7. The output of the rectifier bridge 20 supplies the light-emitting diode 18 of the photocoupler 17.
La sortie de ce photocoupleur 17, délivrant la tension Vs, est reliée à un condensateur 22 et à un transistor MOS 23, lequel est relié à la sortie"diagnostic"16. The output of this photocoupler 17, delivering the voltage Vs, is connected to a capacitor 22 and to an MOS transistor 23, which is connected to the "diagnostic" output 16.
Il est encore prévu une diode électroluminescente 24, intercalée sur le circuit de commande 8, et une autre diode électroluminescente 25, montée en série avec la diode électroluminescente 18 du photocopieur There is also provided a light emitting diode 24, interposed on the control circuit 8, and another light emitting diode 25, connected in series with the light emitting diode 18 of the photocopier.
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17, les deux diodes électroluminescentes 24 et 25 servant de témoins lumineux (d'une manière détaillée plus bas). 17, the two light-emitting diodes 24 and 25 serving as indicator lights (in detail below).
Lorsque le relais statique 4 est à l'état passant, les impulsions de courant de gâchette Ig alimentent la diode électroluminescente 18 du photocoupleur 17, par l'intermédiaire du pont redresseur 20. L'énergie envoyée à la sortie du photocoupleur 17 est stockée, à chaque impulsion, dans le condensateur 22 qui maintint la tension de sortie Vs tant que les impulsions sont présentes. Lorsque le relais statique 4 est à l'état bloqué, la diode électroluminescente 18 du photocoupleur 17 est alimentée par le courant Is traversant la résistance 21, la tension du réseau 2 étant présente aux bornes de cette résistance 21. When the static relay 4 is in the on state, the trigger current pulses Ig supply the light-emitting diode 18 of the photocoupler 17, via the rectifier bridge 20. The energy sent to the output of the photocoupler 17 is stored, at each pulse, in the capacitor 22 which maintains the output voltage Vs as long as the pulses are present. When the static relay 4 is in the blocked state, the light-emitting diode 18 of the photocoupler 17 is supplied by the current Is passing through the resistor 21, the voltage of the network 2 being present at the terminals of this resistor 21.
Ainsi, le transistor MOS 23 est à tout moment activé, et permet d'avoir une sortie"diagnostic"16 ne nécessitant aucune alimentation externe. De plus, grâce au condensateur 22 et à une résistance 26 en parallèle avec ce condensateur 22, il est possible de mémoriser et temporiser les impulsions de courant Ig présentes sur la gâchette 6 du triac 5 ou le courant Is circulant à l'état bloqué. Thus, the MOS transistor 23 is activated at all times, and makes it possible to have a "diagnostic" output 16 requiring no external power supply. In addition, thanks to the capacitor 22 and a resistor 26 in parallel with this capacitor 22, it is possible to memorize and delay the current pulses Ig present on the trigger 6 of the triac 5 or the current Is flowing in the blocked state.
Le fonctionnement sera maintenant décrit en détail, en considérant les différents cas pouvant se présenter. The operation will now be described in detail, considering the different cases that may arise.
On considérera d'abord le fonctionnement normal, sans défaut, c'est-à-dire avec présence de courant sur le réseau 2, avec charge 3 en bon état et avec relais 4 également en bon état. We will first consider normal operation, without fault, that is to say with the presence of current on the network 2, with load 3 in good condition and with relay 4 also in good condition.
En l'absence de tension de commande Ue, la diode électroluminescente 10 du dispositif opto-électronique 7 n'est pas activée, et la sortie de ce dispositif 7 est à l'état bloqué. Sans courant Ig dans sa gâchette 6, le triac 5 reste à l'état bloqué, et la charge 3 n'est pas alimentée par le réseau 2. La tension du réseau 2 est néanmoins présente sur la sortie de puissance 27 du relais 4, et il circule un courant Is de quelques milliampères dans la résistance 21, qui alimente alors la diode électroluminescente 18 du photocoupleur 17, et éclaire simultanément la diode électroluminescente 25. Le pont redresseur à diodes 20 fait passer les deux alternances (positive et négative) du courant Is dans les diodes électroluminescentes 18 et 25. Ce courant Is reste insuffisant pour alimenter la gâchette 6 du triac 5, grâce en particulier à la résistance 14. In the absence of control voltage Ue, the light-emitting diode 10 of the opto-electronic device 7 is not activated, and the output of this device 7 is in the blocked state. Without current Ig in its trigger 6, the triac 5 remains in the blocked state, and the load 3 is not supplied by the network 2. The voltage of the network 2 is nevertheless present on the power output 27 of the relay 4, and a current Is of a few milliamps flows through the resistor 21, which then supplies the light-emitting diode 18 of the photocoupler 17, and simultaneously lights up the light-emitting diode 25. The diode rectifier bridge 20 causes the two half-waves (positive and negative) of the current Is in the light-emitting diodes 18 and 25. This current Is remains insufficient to supply the trigger 6 of the triac 5, thanks in particular to the resistor 14.
Par contre, ledit courant Is est suffisant pour provoquer, à la sortie du photocoupleur 17, une tension "photovoltaïque" Vs, qui permet elle-même On the other hand, said current Is is sufficient to cause, at the output of the photocoupler 17, a "photovoltaic" voltage Vs, which itself allows
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de créer, sur le transistor MOS 23, une tension rendant ce transistor passant, et rendant ainsi passante la sortie"diagnostic"16. to create, on the MOS transistor 23, a voltage making this transistor passing, and thus passing the "diagnostic" output 16.
En présence d'une tension de commande Ue, la diode électroluminescente 10 du dispositif opto-électronique 7 est activée, et la sortie du dispositif 7 devient passante, c'est-à-dire qu'elle envoye des impulsions de courant Ig dans la gâchette 6 du triac 5, lequel s'active lui- même et laisse passer le courant du réseau 2 dans la charge 3. De plus, ces impulsions de courant Ig, alternativement positives négatives, alimentent le pont redresseur à diodes 20 qui envoye des impulsions toutes positives dans la diode électroluminescente 18 du photocoupleur 17. Ces dernières impulsions sont suffisantes pour activer la sortie du photocoupleur 17, et pour simultanément éclairer la diode électroluminescente 25. In the presence of a control voltage Ue, the light-emitting diode 10 of the opto-electronic device 7 is activated, and the output of the device 7 becomes conducting, that is to say that it sends pulses of current Ig in the trigger 6 of the triac 5, which activates itself and lets the current from the network 2 into the load 3. In addition, these pulses of current Ig, alternately positive negative, supply the diode rectifier bridge 20 which sends pulses all positive in the light-emitting diode 18 of the photocoupler 17. These latter pulses are sufficient to activate the output of the photocoupler 17, and to simultaneously light up the light-emitting diode 25.
Le condensateur 22 a ici pour rôle de stocker l'énergie transmise pendant chaque impulsion délivrée par le photocoupleur 17, et de conserver la tension présente sur le transistor MOS 23, tant que les impulsions de gâchette Ig sont présentes. De ce fait, le transistor MOS 23 reste passant, et maintient ainsi passante la sortie"diagnostic"16. The role of the capacitor 22 here is to store the energy transmitted during each pulse delivered by the photocoupler 17, and to keep the voltage present on the MOS transistor 23, as long as the gate pulses Ig are present. As a result, the MOS transistor 23 remains on, and thus keeps the "diagnostic" output 16 on.
Ainsi, dans l'ensemble, lorsque le relais statique 3 fonctionne correctement, et ceci en présence ou l'absence de commande, la sortie "diagnostic"16 est à l'état passant. Thus, overall, when the static relay 3 operates correctly, and this in the presence or absence of control, the "diagnostic" output 16 is in the on state.
On considérera maintenant le cas d'un fonctionnement avec défaut. We will now consider the case of faulty operation.
En cas de défaut consistant en une coupure de la charge 3 ou en une absence du réseau 2, et en l'absence de commande, il ne passe plus de courant Is dans la résistance 21, donc dans la diode électroluminescente 18 du photocoupleur 17. Dans la même hypothèse de défaut mais en présence de commande, il n'y a plus d'impulsions Ig dans la gâchette 6 du triac 5, donc dans la diode électroluminescente 18 du photocoupleur 17. Ainsi, la tension de sortie Vs du photocoupleur 18 reste ou retombe à zéro, pour ce type de défaut, et le transistor MOS 23 se bloque, le condensateur 22 se déchargeant au travers de la résistance 26. In the event of a fault consisting in a cut-off of the load 3 or in an absence of the network 2, and in the absence of control, no more current Is passes through the resistor 21, therefore in the light-emitting diode 18 of the photocoupler 17. In the same fault hypothesis but in the presence of a command, there are no longer pulses Ig in the trigger 6 of the triac 5, therefore in the light-emitting diode 18 of the photocoupler 17. Thus, the output voltage Vs of the photocoupler 18 remains or drops to zero, for this type of fault, and the MOS transistor 23 is blocked, the capacitor 22 discharging through the resistor 26.
Il peut encore se produire un défaut consistant en une mise en court-circuit du triac 5. En présence d'une tension de commande Ue, et lorsque le triac 5 fonctionne correctement, la tension aux bornes de ce triac 5 reste à environ 1 volt, et elle monte jusqu'à environ 8 à 10 volts à A fault may also occur, consisting in a short circuit of the triac 5. In the presence of a control voltage Ue, and when the triac 5 is operating correctly, the voltage across the terminals of this triac 5 remains at approximately 1 volt , and it goes up to about 8 to 10 volts at
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chaque alternance, afin de fournir l'impulsion nécessaire sur sa gâchette 6. Dans la majorité des cas, un défaut sur un composant semi-conducteur de type triac se traduit par sa mise en court-circuit, ce qui signifie que la tension à ses bornes reste à zéro. Dans cette hypothèse, il n'y a plus d'impulsions Ig dans la gâchette 6, donc dans la diode électroluminescente
18 du photocoupleur 17. La tension de sortie Vs du photocoupleur 17 reste ou retombe alors à zéro, et le transistor MOS 23 se bloque. each alternation, in order to provide the necessary pulse on its trigger 6. In the majority of cases, a fault on a triac type semiconductor component results in its short-circuiting, which means that the voltage at its terminals remains at zero. In this hypothesis, there are no more Ig pulses in the trigger 6, therefore in the light-emitting diode
18 of the photocoupler 17. The output voltage Vs of the photocoupler 17 then remains or drops to zero, and the MOS transistor 23 is blocked.
Ainsi, dans l'ensemble, en cas de défaut consistant en une coupure de la charge 3, en l'absence du réseau 2 ou en une mise en courtcircuit du triac 5, la sortie"diagnostic"16 est à l'état bloqué. Thus, as a whole, in the event of a fault consisting in cutting off the load 3, in the absence of the network 2 or in shorting the triac 5, the "diagnostic" output 16 is in the blocked state.
La diode électroluminescente 24, intercalée sur le circuit de commande 8, permet de visualiser l'état de la tension de commande Ue ; cette diode 24, pouvant être de couleur verte, est allumée en présence de la tension de commande Ue. The light-emitting diode 24, interposed on the control circuit 8, makes it possible to display the state of the control voltage Ue; this diode 24, which may be green, is lit in the presence of the control voltage Ue.
L'autre diode électroluminescente 25 sert à visualiser la présence d'une tension sur le circuit de puissance 9 ; cette diode 25, par exemple de couleur rouge, est allumée si une tension est présente aux bornes du triac 5 (en cas de présence du réseau 2, le triac 5 étant bloqué), ou en présence de courant dans la gâchette 6 du triac 5 (présence d'impulsions Ig). Il existe une différence de luminosité de cette diode électroluminescente 25, selon le cas : en cas de présence du réseau 2, la diode 25 est parcourue par le courant is, tandis qu'en présence de courant dans la gâchette 6, la même diode 25 est parcourue par le courant Ig. The other light-emitting diode 25 is used to display the presence of a voltage on the power circuit 9; this diode 25, for example of red color, is lit if a voltage is present at the terminals of the triac 5 (in the presence of network 2, the triac 5 being blocked), or in the presence of current in the trigger 6 of the triac 5 (presence of Ig pulses). There is a difference in luminosity of this light-emitting diode 25, as the case may be: in the presence of the network 2, the diode 25 is traversed by the current is, while in the presence of current in the trigger 6, the same diode 25 is crossed by the current Ig.
La figure 3, sur laquelle les composants correspondant à ceux décrits précédemment sont désignés par les mêmes repères, représente une variante du relais statique 4 selon l'invention. FIG. 3, in which the components corresponding to those described above are designated by the same references, represents a variant of the static relay 4 according to the invention.
Dans cette variante, le pont redresseur à diodes 20 de la figure 2 est supprimé, et le photocoupleur 17 est un photocoupleur de type photovoltaïque double, qui comporte deux diodes électroluminescentes 18a 18b montées en antiparallèle (l'une pour les impulsions négatives et l'autre pour les impulsions positives), directement dans le circuit de commande 9. In this variant, the diode rectifier bridge 20 of FIG. 2 is omitted, and the photocoupler 17 is a photocoupler of the double photovoltaic type, which comprises two light-emitting diodes 18a 18b mounted in antiparallel (one for the negative pulses and the other for positive pulses), directly in the control circuit 9.
Le photocoupleur double 17 comporte aussi deux éléments photosensibles 19a et 19b, mis en parallèle avec la sortie qui délivre la tension Vs. The double photocoupler 17 also includes two photosensitive elements 19a and 19b, placed in parallel with the output which delivers the voltage Vs.
La diode électroluminescente 25, montée en série avec l'ensemble des deux diodes 18a et 18b, est ici une diode électroluminescente bidirectionnelle. The light-emitting diode 25, mounted in series with the assembly of the two diodes 18a and 18b, is here a bidirectional light-emitting diode.
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Le fonctionnement d'ensemble de cette variante du relais statique 4 correspond à celui décrit précédemment en référence à la figure
2, et il ne sera pas décrit ici de façon détaillée. On notera que cette variante possède plusieurs avantages : - suppression du pont redresseur à diodes, avec un gain correspondant en composants ; - suppression des deux seuils des diodes de ce pont, d'où une réduction de la tension minimale d'amorçage du relais, et en conséquence une réduction du niveau d'émission de champs électro-magnétiques (tension perturbatrice conduite sur le réseau) ; - possibilité d'utilisation de photocoupleurs de type photovoltaïque standard, du commerce, avec un meilleur isolement entrée/sortie, permettant de satisfaire aisément les normes. The overall operation of this variant of the static relay 4 corresponds to that described above with reference to the figure
2, and will not be described here in detail. It will be noted that this variant has several advantages: - elimination of the diode rectifier bridge, with a corresponding gain in components; elimination of the two thresholds of the diodes of this bridge, hence a reduction in the minimum ignition starting voltage of the relay, and consequently a reduction in the level of emission of electromagnetic fields (disturbing voltage conducted on the network); - possibility of using standard photovoltaic type photocouplers, commercially available, with better input / output isolation, making it easy to meet standards.
On a décrit, jusqu'ici, la structure et le fonctionnement d'un relais statique 4 unique. Dans une utilisation industrielle, il s'agit généralement d'une installation avec plusieurs relais statiques similaires, auquel cas toutes les sorties"diagnostic"16 de ces relais peuvent être mises en série, dans un circuit"diagnostic". So far, the structure and the operation of a single static relay 4 have been described. In industrial use, this is generally an installation with several similar solid state relays, in which case all the "diagnostic" outputs 16 of these relays can be put in series, in a "diagnostic" circuit.
En fonctionnement normal de tous les relais ainsi couplés, toutes leurs sorties"diagnostic"sont passantes, et le circuit"diagnostic" est ainsi fermé. Par contre, en cas de défaut sur un relais, la sortie "diagnostic"correspondante passe à l'état bloqué et le circuit"diagnostic" s'ouvre. L'utilisateur, alors alerté, vérifie l'état des diodes électroluminescentes 24 et 25, servant de témoins lumineux, qui appartiennent aux différents relais. Les relais fonctionnant correctement auront leur diode 25 allumée. Par contre, le relais 4 sujet à un défaut (absence du réseau 2, ou charge 3 coupée, ou triac 5 en court-circuit) aura sa diode 25 éteinte, ce qui permettra de l'identifier immédiatement, en vue de remédier à ce défaut. In normal operation of all the relays thus coupled, all their "diagnostic" outputs are on, and the "diagnostic" circuit is thus closed. On the other hand, in the event of a fault on a relay, the corresponding "diagnostic" output goes to the blocked state and the "diagnostic" circuit opens. The user, then alerted, checks the state of the light-emitting diodes 24 and 25, serving as indicator lights, which belong to the various relays. Relays operating properly will have their LED 25 on. On the other hand, the relay 4 subject to a fault (absence of the network 2, or load 3 cut, or triac 5 in short circuit) will have its diode 25 extinguished, which will make it possible to identify it immediately, in order to remedy this default.
Le diagramme de la figure 4 illustre le fonctionnement du relais statique 4, en distinguant, sur ses lignes successives, les différents cas envisageables. Les colonnes de ce diagramme indiquent, successivement : - l'absence (zéro) ou la présence (un) de la tension de commande Ue ; The diagram in FIG. 4 illustrates the operation of the static relay 4, distinguishing, on its successive lines, the different possible cases. The columns of this diagram indicate, successively: - the absence (zero) or the presence (one) of the control voltage Ue;
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- l'état de la diode électroluminescence 24 : éteint (cercle blanc) ou éclairé (cercle grisé) ; fêtât du réseau, soit absent (signe"moins"), soit présent (signe"plus") ; t'état de) a charge : indifférent (X), en bon état (OK) ou "coupée" ; - t'état du relais : indifférent (X), en bon état (OK) ou en court- circuit (CC) ; - t'état de l'autre diode électroluminescente 25 : éteint (cercle blanc) ou éclairé (cercle sombre) ; - t'état de la sortie"diagnostic"16 :"passante"ou"bloquée".
Enfin, la figure 5 est un diagramme illustrant un exemple de fonctionnement d'un relais statique sur une charge résistive, d'abord avec fonctionnement correct, puis avec les trois types de défauts : absence du réseau, charge coupée, triac en court-circuit.
- the state of the light-emitting diode 24: off (white circle) or lit (gray circle); network party, either absent ("minus" sign) or present ("plus"sign); state of) dependent: indifferent (X), in good condition (OK) or "cut"; - state of the relay: indifferent (X), in good condition (OK) or short-circuit (CC); - the state of the other light-emitting diode 25: off (white circle) or lit (dark circle); - the state of the "diagnostic" output 16: "on" or "blocked".
Finally, FIG. 5 is a diagram illustrating an example of operation of a static relay on a resistive load, first with correct operation, then with the three types of faults: absence of the network, load cut, triac in short circuit .
La première ligne de la figure 5 indique, en fonction du temps t, la tension V du réseau, de forme sinusoïdale excepté durant l'absence du réseau, symbolisée en I. The first line of FIG. 5 indicates, as a function of time t, the voltage V of the network, of sinusoidal shape except during the absence of the network, symbolized in I.
La deuxième ligne de cette figure représente, toujours en fonction du temps t, la commande C du relais (le niveau"1"indiquant la présente de la tension de commande). The second line of this figure represents, still as a function of time t, the command C of the relay (the level "1" indicating the presence of the control voltage).
La troisième ligne représente le courant i parcourant la charge, le défaut consistant en une coupure de la charge étant indiqué en II. The third line represents the current i flowing through the load, the fault consisting in cutting the load being indicated in II.
En III est indiqué aussi un défaut consistant en une mise en court-circuit du triac. In III is also indicated a fault consisting in a short-circuiting of the triac.
La ligne suivante S représente l'état de la sortie "diagnostic", je niveau bas correspondant ici à l'état passant, et le niveau haut à l'état bloqué. The following line S represents the state of the "diagnostic" output, the low level corresponding here to the on state, and the high level to the blocked state.
Enfin, les deux dernières lignes de la figure 5 indiquent, respectivement, l'état des deux diodes électroluminescentes 24 et 25, constituant voyants, avec les mêmes conventions de représentation que sur la figure 4. Finally, the last two lines of FIG. 5 indicate, respectively, the state of the two light-emitting diodes 24 and 25, constituting LEDs, with the same conventions of representation as in FIG. 4.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation de ce relais statique avec diagnostic de l'état de la charge et du relais qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes respectant le même It goes without saying that the invention is not limited to the sole embodiments of this static relay with diagnosis of the state of charge and of the relay which have been described above, by way of examples; on the contrary, it embraces all the variants respecting the same
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principe. En particulier, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention pour le recours à tous équivalents des composants décrits et illustrés. C'est ainsi, notamment, que l'on peut remplacer le triac 5 par tout composant ou ensemble bi-directionnel équivalent, tel qu'un ensemble de deux thyristors montés tête-bêche, ou encore remplacer le transistor MOS 23, associé à la sortie"diagnostic"16, par un ensemble de deux transistors MOS montés en série, mais en opposition, cette dernière configuration étant adaptée dans le cas d'une sortie en courant continu ou alternatif, alors qu'un transistor MOS unique ne convient qu'à une sortie en courant continu. principle. In particular, one would not depart from the scope of the invention for the use of all equivalents of the components described and illustrated. Thus, in particular, we can replace the triac 5 by any equivalent component or bi-directional assembly, such as a set of two thyristors mounted head to tail, or even replace the MOS transistor 23, associated with the "diagnostic" output 16, by a set of two MOS transistors connected in series, but in opposition, the latter configuration being adapted in the case of an output in direct or alternating current, whereas a single MOS transistor is only suitable to a DC output.
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Citations (3)
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| EP0161516A1 (en) * | 1984-04-30 | 1985-11-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Electronic switch |
| WO1997040578A1 (en) * | 1996-04-22 | 1997-10-30 | Crouzet Automatismes | Static relay with condition detecting |
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