FR2831893A1 - Dispositif actif a dissipation reduite pour circuits electriques, notamment d'automate ou de calculateur industriel - Google Patents
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Abstract
Dispositif à dissipation réduite pour circuits électriques comportant au moins des premiers moyens d'alimentation (22) d'au moins un premier circuit électrique (26), un premier contacteur (21) d'actionnement du premier circuit électrique, des premiers moyens de mesure (27, 28) d'un signal d'entrée du premier circuit électrique (26), le dispositif comprenant au moins un premier circuit (33) de maintien connecté aux bornes dudit au moins premier contacteur (21) et comportant - des deuxièmes moyens d'alimentation (34), dits flottants, pour assurer le passage d'un premier courant de maintien (24) dans le premier contacteur lorsqu'il est fermé, sous une différence de potentiel correspondant aux dits deuxièmes moyens d'alimentation, - au moins une première résistance (23) pour l'ajustement dudit premier courant de maintien à une valeur minimale prédéterminée, - des moyens (37) pour isoler lesdits premiers (22) et deuxièmes (34) moyens d'alimentation desdits moyens de mesure (27, 28), lorsque ledit au moins premier contacteur (21) est ouvert.
Description
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DISPOSITIF ACTIF À DISSIPATION RÉDUITE POUR CIRCUITS ÉLECTRIQUES, NOTAMMENT D'AUTOMATE OU
DE CALCULATEUR INDUSTRIEL
La présente invention concerne les dispositifs pour circuits électriques comportant au moins des premiers moyens d'alimentation d'au moins un premier circuit électrique, un premier contacteur d'actionnement du premier circuit électrique, des premiers moyens de mesure d'un signal d'entrée du premier circuit électrique, et s'applique notamment au domaine des automates et calculateurs électroniques, embarqués ou non, comme par exemple ceux que l'on trouve dans le domaine des transports ferroviaires, dotés d'interfaces d'entrées logiques et dans lesquels il est nécessaire d'absorber des courants importants, par exemple mais pas uniquement, de 5 à 20 mA.
DE CALCULATEUR INDUSTRIEL
La présente invention concerne les dispositifs pour circuits électriques comportant au moins des premiers moyens d'alimentation d'au moins un premier circuit électrique, un premier contacteur d'actionnement du premier circuit électrique, des premiers moyens de mesure d'un signal d'entrée du premier circuit électrique, et s'applique notamment au domaine des automates et calculateurs électroniques, embarqués ou non, comme par exemple ceux que l'on trouve dans le domaine des transports ferroviaires, dotés d'interfaces d'entrées logiques et dans lesquels il est nécessaire d'absorber des courants importants, par exemple mais pas uniquement, de 5 à 20 mA.
Dans les dispositifs d'automatisme, il est courant d'exploiter des contacts"sec" pour donner une information binaire : contact ouvert, contact fermé. Ces contacts peuvent être liés à des boutons poussoirs, des sorties de relais, des interrupteurs, des bilames, etc.
Ils sont réalisés de manière connue à partir de surfaces métalliques conductrices qui sont mises en contact (position fermée) ou non (position ouverte). Ces surfaces métalliques peuvent s'oxyder et présenter un contact dégradé ou inexistant en position fermée lorsque l'épaisseur d'oxyde est isolante. Pour éviter ce défaut, il est nécessaire d'appliquer une tension aux bornes du contact suffisante pour provoquer le claquage de la couche d'oxyde et lorsque le contact est fermé, il est nécessaire de faire passer un courant électrique continu suffisant pour désoxyder les surfaces en contact. Les informations données par ces contacts sont exploitées par les dispositifs électroniques qui doivent permettre d'obtenir les conditions décrites ci-dessus.
L'état de l'art enseigne des dispositifs permettant d'éviter l'oxydation des contacteurs. Comme représenté sur la figure 1, on connaît un dispositif pour lequel la tension aux bornes du contacteur 1 ouvert est donné par la tension d'alimentation, qui est une tension de batterie 2 en général dans l'application liée aux automates et calculateurs industriels. Lorsque le contacteur 1 est fermé, la tension ses bornes est nulle et le courant électrique 4 qui le traverse est défini par une résistance ohmique 3 constituant l'étage d'entrée du dispositif électronique d'exploitation. La résistance 3 dissipe alors une puissance correspondant au produit de la tension d'alimentation fournie par la batterie 2 par le courant électrique 4. Cette dissipation de puissance est transformée en énergie calorique qui provoque une élévation de température du composant et de son environnement immédiat. Un dispositif d'évacuation thermique (non représenté) doit alors être utilisé pour garantir la fiabilité de l'électronique. Le montage représenté sur la figure 1, dans le cas d'une application aux automates ou calculateurs industriels, est répété autant de fois qu'il y a d'entrées d'information dans le dispositif électronique. La puissance dissipée est alors proportionnelle au nombre de voies d'entrée.
L'état de l'art propose des solutions pour pallier les problèmes dus à la technologie décrite ci-dessus. Avec le document FR 2 782 184, il est proposé un dispositif à échauffement réduit et à récupération d'énergie électrique, pour éviter la dissipation thermique et plutôt que de dégrader l'énergie, la transférer vers un second étage chargé de
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restituer l'énergie à la batterie d'alimentation du dispositif électronique. Un tel dispositif comporte plusieurs transformateurs, transistor de hachage et diode qui augmentent d'autant le coût du dispositif électronique.
La présente invention se propose de pallier ces inconvénients, et d'apporter d'autres avantages. Plus particulièrement, elle consiste en un dispositif à dissipation réduite pour circuits électriques comportant au moins des premiers moyens d'alimentation d'au moins un premier circuit électrique, un premier contacteur d'actionnement du premier circuit électrique, des premiers moyens de mesure d'un signal d'entrée du premier circuit électrique, caractérisé en ce que le dispositif comprend au moins un premier circuit de maintien connecté aux bornes dudit au moins premier contacteur et comportant - des deuxièmes moyens d'alimentation, dits flottants, pour assurer le passage d'un premier courant de maintien dans le premier contacteur lorsqu'il est fermé, sous une différence de potentiel correspondant aux dits deuxièmes moyens d'alimentation, - au moins une première résistance pour l'ajustement dudit premier courant de maintien à une valeur minimale prédéterminée, - des moyens pour isoler lesdits premiers et deuxièmes moyens d'alimentation desdits moyens de mesure, lorsque ledit au moins premier contacteur est ouvert.
La présente invention tient compte des deux états possibles du contacteur : lorsque le contacteur est ouvert, la tension est maximale à ses bornes grâce aux premiers moyens d'alimentation et il n'y a pas de courant qui circule dans le contacteur, et lorsque le contacteur est fermé, la tension à ses bornes est nulle du fait des premiers moyens d'alimentation et le courant qui circule dans ce dernier est nominal et déterminé essentiellement par la tension des deuxièmes moyens d'alimentation et la résistance pour l'ajustement du courant de maintien. Ainsi, il est possible d'obtenir une tension suffisante pour provoquer le claquage de la couche d'oxyde aux bornes du contacteur, tout en proposant une tension aux bornes de ce contacteur lorsqu'il est fermé, différente de celle imposée par les premiers moyens d'alimentation, appropriée pour faire passer un courant électrique continu suffisant pour désoxyder les surfaces en contact tout réduisant la puissance dissipée du fait d'une baisse de la tension du courant de maintien.
La présente invention permet avantageusement de réaliser des dispositifs de faible dissipation thermique, donc de faible encombrement, et de meilleure fiabilité pour un coût
modéré. mo (lere.
modéré. mo (lere.
La particularité du dispositif selon l'invention est qu'il est actif, c'est à dire qu'il fournit l'énergie nécessaire à l'obtention du courant de maintien. Alors que les dispositifs de l'art antérieur utilisent une résistance sur l'alimentation générale pour obtenir le courant de maintien, ce qui rend la dissipation fonction de la tension de cette alimentation générale, le dispositif selon l'invention dispose d'une alimentation secondaire flottante, et d'une résistance permettant d'ajuster le courant et la puissance à dissiper à une valeur raisonnable et ceci quelle que soit la tension d'alimentation générale.
Selon une caractéristique avantageuse, lesdits deuxièmes moyens d'alimentation sont connectés en opposition aux premiers moyens d'alimentation et la tension des
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deuxièmes moyens d'alimentation est petite devant la tension des premiers moyens d'alimentation.
Selon une autre caractéristique avantageuse, lesdits moyens pour isoler lesdits premiers et deuxièmes moyens d'alimentation desdits moyens de mesure lorsque ledit au moins premier contacteur est ouvert comprennent au moins une diode.
Selon une autre caractéristique avantageuse, le dispositif selon l'invention comprend au moins, un deuxième circuit électrique alimenté par lesdits premiers moyens d'alimentation, un deuxième contacteur d'actionnement du deuxième circuit électrique, des deuxièmes moyens de mesure d'un signal d'entrée du deuxième circuit électrique, un deuxième circuit de maintien connecté aux bornes dudit au moins deuxième contacteur et comportant - des troisièmes moyens d'alimentation, dits flottants, pour assurer le passage d'un deuxième courant de maintien dans ledit deuxième contacteur lorsqu'il est fermé, sous une différence de potentiel correspondant aux dits troisièmes moyens d'alimentation, - au moins une deuxième résistance pour l'ajustement dudit deuxième courant de maintien à une valeur minimale prédéterminée, - des deuxièmes moyens pour isoler lesdits premiers et troisièmes moyens d'alimentation desdits deuxièmes moyens de mesure, lorsque ledit au moins deuxième contacteur est ouvert.
Selon une autre caractéristique avantageuse, lesdits deuxièmes et troisièmes moyens d'alimentation comprennent un moyen d'alimentation unique commun aux premier et deuxième circuits de maintien.
Ainsi, dans le cas d'une application aux circuits électriques d'interface d'entrée logique d'un automate ou calculateur industriel, l'alimentation secondaire peut être commune à toutes les entrées lorsque le dispositif comporte plusieurs entrées.
Selon une autre caractéristique avantageuse, la tension des deuxièmes moyens d'alimentation est plus petite que la tension des premiers moyens d'alimentation d'un facteur dix environ.
Selon une autre caractéristique avantageuse, les premiers moyens de mesure au moins, comprennent une première et une deuxième résistances constituant un pont de mesure.
Selon une alternative à la caractéristique précédente, les premiers moyens de mesure au moins, comprennent une résistance et une diode zener afin d'obtenir un premier moyen de mesure au moins, indépendant des premiers moyens d'alimentation.
Selon une autre caractéristique avantageuse, ledit premier circuit électrique au moins est un circuit électrique d'interface d'entrée logique d'un automate ou calculateur industriel.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description qui suit de plusieurs exemples de mode de réalisation d'un dispositif actif à dissipation réduite selon l'invention, accompagnée des dessins annexés, exemples donnés à titre illustratif non limitatif.
La figure 1 représente un schéma électrique de l'art antérieur d'un dispositif
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permettant d'éviter l'oxydation des contacteurs.
La figure 2 représente un premier exemple de mode de réalisation d'un dispositif actif à dissipation réduite à une entrée selon l'invention.
La figure 3 représente un deuxième exemple de mode de réalisation d'un dispositif actif à dissipation réduite à deux entrées selon l'invention.
Le dispositif représenté sur la figure 1 s'applique notamment à un circuit 6 d'interface d'entrée logique 12 d'automate ou de calculateur industriel (non représenté).
La batterie 2 alimente l'entrée logique 12 de l'automate via un contacteur 1 et des résistances 7 et 8 constituant le pont de mesure du signal d'entrée. Les points 9,10, et 11 constituent des points de mise à la masse du circuit (potentiel 0 volt). Une résistance 3 placée en dérivation après le contacteur permet d'assurer le passage dans ce dernier d'un courant 4 égal à la tension de la batterie 2 divisée par la valeur de la résistance 3. Dans la branche du circuit comportant les résistances 7 et 8 le courant 5 qui les traverse est petit devant le courant 4 et ne suffirait pas à empêcher les contacts du contacteur de s'oxyder.
La résistance 3 permet par le choix de sa valeur appropriée, d'ajuster le courant nécessaire sous la tension de la batterie 2. Ce montage est répété autant de fois qu'il y a d'entrées d'information dans le dispositif électronique.
Le dispositif actif à dissipation réduite selon l'invention représenté sur la figure 2 s'applique notamment à un circuit 26 d'interface d'entrée logique 32 d'automate ou de calculateur industriel (non représenté). La batterie 22 alimente l'entrée logique 32 de l'automate via un contacteur 21 et des résistances 27 et 28 constituant le pont de mesure du signal d'entrée. Les points 29 et 30 constituent des points de mise à la masse du circuit ou à potentiel 0 volt. Le circuit de maintien 33 est connecté aux bornes du contacteur 21 et comprend des moyens d'alimentation 34, une résistance 23 placée par exemple entre le départ du circuit 26 et le pole négatif des moyens d'alimentation 34, le pôle positif de ces derniers étant placé en regard du pôle positif de la batterie 22, comme représenté sur la figure 2, de manière que la batterie 22 et les moyens d'alimentation 34 soit connectés en opposition, une diode 37 placée sur le circuit 33 comme représenté, entre la résistance 23 et les moyens d'alimentation 34, afin d'isoler la batterie 22 et les moyens d'alimentation 34 des résistances 27 et 28 lorsque le contacteur 21 est ouvert. Le courant 24 qui circule dans la résistance 23 est alors donné par la différence de potentiel aux bornes des moyens d'alimentation 34 divisée par la valeur de la résistance 23, en considérant comme négligeable la chute de tension aux bornes de la diode 37.
Dans le circuit 26 comportant les résistances 27 et 28 constituant un pont de mesure d'un signal d'entrée, le courant 25 qui les traverse est généralement petit devant le courant 24. La différence de potentiel disponible aux bornes du contacteur 21 est maintenant fonction de la différence de potentiel aux bornes des moyens d'alimentation 34 lorsque le contacteur est fermé. Donnons par exemple une valeur de 110 volts pour la tension de la batterie 22 et une tension de 10 volts pour les moyens d'alimentation 34, soit une tension plus petite que la tension de batterie d'un facteur dix environ. Dans ces conditions, la tension aux bornes de la résistance 23 est de 10 volts seulement au lieu de 110 volts dans les dispositifs de l'art antérieur. Ainsi, il est possible de diminuer la valeur de la résistance 23 à courant égal qui traverse le contacteur 21 lorsqu'il est fermé, et ainsi,
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de diminuer d'autant l'énergie dissipée. En outre quelle que soit la tension de la batterie 22, la tension appliquée aux bornes du contacteur 21 fermé sera toujours celle des moyens d'alimentation 34, ce qui rend la dissipation d'énergie indépendante de la batterie 22. La valeur de la résistance 24 sera déterminée pour qu'un courant de 10 mA passe dans le contacteur 21 lorsqu'il est fermée, ceci en fonction de la tension des moyens d'alimentation 34. Il est toutefois à noter que la tension des deuxièmes moyens d'alimentation 34 peut être très différente de la tension des premiers moyens d'alimentation 22.
On notera que lorsque le contacteur 21 est ouvert, une tension correspondant à la tension de batterie 22 est disponible à ses bornes, montrant ainsi que la totalité de la tension de batterie 22 (plus élevée que la tension des moyens d'alimentation 34) est disponible à la fermeture du contacteur pour provoquer un claquage de la couche d'oxyde si nécessaire.
Le montage en opposition de la batterie 24 et des moyens d'alimentation 34 permet d'ajouter les courants 24 et 25 qui traversent le contacteur et d'obtenir ainsi une efficacité optimisée du dispositif anti-oxydation selon l'invention.
De manière alternative, la résistance 28 pourrait avantageusement être remplacée par une diode zener 38 afin d'obtenir un'niveau de tension à l'entrée logique 32 de l'automate ou du calculateur industriel totalement indépendant de la batterie 22.
Le dispositif actif à dissipation réduite selon l'invention représenté sur la figure 3 s'applique notamment à deux circuits 126,149 d'interface d'entrées logiques respectivement 132 et 139 d'automate ou de calculateur industriel (non représenté). Sur la figure 3, les éléments semblables à ceux de la figure 2 sont repris avec la même référence numérique additionnée du nombre 100.
Le dispositif représenté sur la figure 3 comprend le dispositif représenté sur la figure 2 auquel on a ajouté un circuit d'interface d'entrée logique supplémentaire 149, et un circuit supplémentaire de maintien 143. Le circuit supplémentaire de maintien 143 comprend un contacteur 140, une résistance 141 et une diode 142, semblables et agencés de la même manière que les éléments correspondants du circuit 133. Comme représenté sur la figure 3, le circuit 143 est connecté d'une part sur le circuit 133 entre la diode 137 et les moyens d'alimentation 134, et d'autre part entre les deux pôles positifs de la batterie 122 et des moyens d'alimentation 134, respectivement.
Le circuit d'interface 149 d'entrée logique comporte deux résistances 144 et 146 de manière semblable à celle du circuit 126, et est connecté à une autre entrée logique 139 de l'automate ou du calculateur industriel (non représenté), comme représenté sur la figure 3.
Les courants 124 et 150 respectivement traversant les circuits de maintien 133 et 143, dont la somme constitue le courant traversant la branche 153 de circuit reliant les pôles positifs de la batterie 122 et des moyens d'alimentation 134, sont fonctions des moyens d'alimentation communs 134 et des résistances respectives 123 et 141 de ces circuits. Les diodes 137 et 142 permettent en outre d'isoler les circuits 126 et 149 entre
Claims (10)
1. Dispositif à dissipation réduite pour circuits électriques comportant au moins des premiers moyens d'alimentation (22) d'au moins un premier circuit électrique (26), un premier contacteur (21) d'actionnement du premier circuit électrique, des premiers moyens de mesure (27,28) d'un signal d'entrée du premier circuit électrique (26), caractérisé en ce que le dispositif comprend au moins un premier circuit (33) de maintien connecté aux bornes dudit au moins premier contacteur (21) et comportant - des deuxièmes moyens d'alimentation (34), dits flottants, pour assurer le passage d'un premier courant de maintien (24) dans le premier contacteur lorsqu'il est fermé, sous une différence de potentiel correspondant aux dits deuxièmes moyens d'alimentation, - au moins une première résistance (23) pour l'ajustement dudit premier courant de maintien à une valeur minimale prédéterminée, - des moyens (37) pour isoler lesdits premiers (22) et deuxièmes (34) moyens d'alimentation desdits moyens de mesure (27,28), lorsque ledit au moins premier contacteur (21) est ouvert.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits deuxièmes moyens d'alimentation (34) sont connectés en opposition aux premiers moyens d'alimentation (22) et en ce que la tension des deuxièmes moyens d'alimentation est petite devant la tension des premiers moyens d'alimentation.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens pour isoler lesdits premiers (22) et deuxièmes (34) moyens d'alimentation desdits moyens de mesure (27,28) lorsque ledit au moins premier contacteur (21) est ouvert comprennent au moins une diode (37).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend au moins, un deuxième circuit électrique (149) alimenté par lesdits premiers moyens d'alimentation, un deuxième contacteur (140) d'actionnement du deuxième (149) circuit électrique, des deuxièmes moyens de mesure (144,146) d'un signal d'entrée du deuxième circuit électrique (149), un deuxième circuit de maintien (143) connecté aux bornes dudit au moins deuxième contacteur (140) et comportant - des troisièmes moyens d'alimentation (134), dits flottants, pour assurer le passage d'un deuxième (150) courant de maintien dans ledit deuxième contacteur (140) lorsqu'il est fermé, sous une différence de potentiel correspondant aux dits troisièmes moyens d'alimentation (134), - au moins une deuxième (141) résistance pour l'ajustement dudit deuxième courant de maintien (150) à une valeur minimale prédéterminée, - des deuxièmes moyens (142) pour isoler lesdits premiers (122) et troisièmes (134) moyens d'alimentation desdits deuxièmes (144,146) moyens de mesure, lorsque ledit au moins deuxième contacteur (140) est ouvert.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits deuxièmes et troisièmes moyens d'alimentation comprennent un moyen d'alimentation unique (134) commun aux premier (133) et deuxième (143) circuits de maintien.
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6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits deuxièmes moyens (142) pour isoler lesdits premiers (122) et troisièmes (134) moyens d'alimentation desdits deuxièmes (144,146) moyens de mesure, lorsque ledit au moins deuxième contacteur (140) est ouvert, comprennent une diode (142).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la tension des deuxièmes moyens d'alimentation (34) est plus petite que la tension des premiers moyens d'alimentation (22) d'un facteur dix environ.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les premiers moyens de mesure au moins, comprennent une première (27,127) et une deuxième (28,128) résistances constituant un pont de mesure.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les premiers moyens de mesure au moins, comprennent une résistance (27,127) et une diode zener (38,138) afin d'obtenir un premier moyen de mesure au moins, indépendant des premiers moyens d'alimentation (22,122).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit premier circuit électrique (33,133) au moins est un circuit électrique d'interface d'entrée logique (32,132) d'un automate ou calculateur industriel.
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