FR2952765A1 - Electronic dimmer interrupter for use in e.g. incandescent lamp system, has module whose electronic switch is controlled by signal state in correct direction to adopt conductor or non-conductor state same as that of controlled switch - Google Patents
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Abstract
Description
INTERRUPTEUR VARIATEUR ÉLECTRONIQUE PERFECTIONNÉ. IMPROVED ELECTRONIC VARIATOR SWITCH.
L'invention concerne, de façon générale, la commutation de charges électriques, en particulier dans les installations d'éclairage. The invention relates generally to the switching of electrical loads, in particular in lighting installations.
Plus précisément, l'invention concerne un interrupteur variateur électronique à deux bornes, utilisable dans une installation électrique comprenant une source de tension alternative dont une première borne est reliée par un conducteur de neutre à une première borne d'une charge, et dont une deuxième borne est reliée à la deuxième borne de la charge par l'intermédiaire d'un conducteur de phase, de cet interrupteur variateur, et d'un conducteur de phase coupée, cet interrupteur variateur comprenant un premier commutateur électronique commandé, branché en fonctionnement entre le conducteur de phase et le conducteur de phase coupée, un circuit électronique de commande conçu pour placer sélectivement le premier commutateur électronique dans un état conducteur ou non conducteur, et un module de synchronisation relié au conducteur de phase et conçu pour fournir au circuit électronique de commande un signal de synchronisation représentatif de la polarité instantanée de la tension alternative. More specifically, the invention relates to a two-terminal electronic dimmer switch, usable in an electrical installation comprising an AC voltage source whose first terminal is connected by a neutral conductor to a first terminal of a load, and a second terminal terminal is connected to the second terminal of the load via a phase conductor, this dimmer switch, and a phase cut off conductor, this dimmer switch comprising a first controlled electronic switch, connected in operation between the phase conductor and cut phase conductor, an electronic control circuit adapted to selectively place the first electronic switch in a conductive or non-conductive state, and a synchronization module connected to the phase conductor and adapted to provide the electronic control circuit a synchronization signal representative of the instantaneous polarity e of the AC voltage.
L'invention s'inscrit dans le cadre de la disparition des lampes à incandescence au profit de sources lumineuses à ballasts électroniques, qui fait apparaître des problèmes nouveaux. The invention falls within the framework of the disappearance of incandescent lamps in favor of light sources with electronic ballasts, which reveals new problems.
En effet, pour commander de telles charges, le circuit électronique de commande d'un interrupteur variateur a besoin d'une référence de temps synchrone à la période de la tension alternative, en pratique constituée par la tension du secteur. Indeed, to control such loads, the electronic control circuit of a dimmer switch needs a synchronous time reference to the period of the AC voltage, in practice constituted by the voltage of the sector.
Dans un schéma classique de synchronisation, des résistances de fortes valeurs prélèvent un faible courant sur le secteur et reportent l'information liée à ce courant au circuit électronique de commande de l'interrupteur variateur. In a conventional synchronization scheme, resistors of high values take a low current on the sector and report the information related to this current to the electronic control circuit of the dimmer switch.
Or, ce faible courant de fuite est problématique, notamment dans le cas où la charge électrique comprend une lampe fluorescente compacte (connue sous l'acronyme "CFL"), ou encore une diode électroluminescente (ou "LED"). However, this low leakage current is problematic, especially in the case where the electric charge comprises a compact fluorescent lamp (known by the acronym "CFL"), or a light emitting diode (or "LED").
Dans le cas d'une lampe fluorescente compacte, le courant de fuite de l'interrupteur variateur s'accumule dans la capacité de stockage du ballast électronique, et la tension aux bornes de cette capacité augmente jusqu'à exciter la lampe. In the case of a compact fluorescent lamp, the leakage current of the dimmer switch accumulates in the storage capacity of the electronic ballast, and the voltage across this capacitor increases to excite the lamp.
Ce phénomène, connu de l'homme du métier sous l'appellation "effet ghost", se traduit par un papillotement lumineux nuisible au confort de l'utilisateur. This phenomenon, known to those skilled in the art under the name "ghost effect", results in a bright flicker detrimental to the comfort of the user.
Dans le cas d'une lampe du type LED fonctionnant à 230V, le moindre courant de fuite a pour effet d'allumer au moins partiellement les diodes LED. In the case of a LED type lamp operating at 230V, the least leakage current has the effect of lighting at least partially the LEDs.
Actuellement, ce problème n'est pas résolu mais simplement contourné en utilisant des interrupteurs dotés d'une borne de neutre, ce qui est le plus souvent très contraignant en rénovation. Plus généralement, aucune des solutions connues pour tenter de résoudre ou de contourner ce problème n'est complètement satisfaisante. Currently, this problem is not solved but simply bypassed using switches with a neutral terminal, which is usually very restrictive renovation. More generally, none of the known solutions to try to solve or circumvent this problem is completely satisfactory.
10 Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer des moyens permettant d'éviter les phénomènes parasites résultant d'une fuite de courant électrique dans les installations à deux fils utilisant un interrupteur variateur. 15 A cette fin, l'interrupteur variateur de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le circuit électronique de commande est conçu 20 pour fournir un signal d'état représentatif de l'état conducteur ou non conducteur du premier commutateur électronique, en ce que le module de synchronisation comprend un deuxième commutateur électronique dont une borne de sortie délivre le signal de synchronisation, et 25 en ce que le deuxième commutateur électronique est relié au circuit électronique de commande et commandé par le signal d'état dans un sens propre à adopter le même état conducteur ou non conducteur que le premier commutateur électronique. 30 Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le deuxième commutateur électronique comprend essentiellement un transistor MOSFET à appauvrissement.5 In this context, the object of the present invention is to propose means making it possible to avoid parasitic phenomena resulting from an electric current leak in two-wire installations using a dimmer switch. To this end, the dimmer switch of the invention, furthermore in accordance with the generic definition given in the preamble above, is essentially characterized in that the electronic control circuit is designed to provide a signal of a state representative of the conductive or non-conductive state of the first electronic switch, in that the synchronization module comprises a second electronic switch whose output terminal delivers the synchronization signal, and in that the second electronic switch is connected. to the electronic control circuit and controlled by the state signal in a direction to adopt the same conductive or non-conductive state as the first electronic switch. In the preferred embodiment of the invention, the second electronic switch essentially comprises a depletion MOSFET transistor.
Dans ce cas, il est judicieux de prévoir que le module de synchronisation comprenne un circuit de redressement disposé entre le conducteur de phase et le deuxième commutateur électronique. In this case, it is advisable to provide that the synchronization module comprises a rectifying circuit disposed between the phase conductor and the second electronic switch.
En outre, le module de synchronisation comprend avantageusement un limiteur de courant disposé entre le conducteur de phase et le deuxième commutateur électronique. In addition, the synchronization module advantageously comprises a current limiter disposed between the phase conductor and the second electronic switch.
Dans un mode de réalisation facile à mettre en oeuvre, le circuit électronique de commande comprend un microcontrôleur conçu pour fournir ledit signal d'état. In an embodiment that is easy to implement, the electronic control circuit comprises a microcontroller designed to supply said state signal.
Le module de synchronisation peut aussi comprendre une interface d'adaptation polarisée montée entre le microcontrôleur et la grille du transistor MOSFET à appauvrissement. The synchronization module may also comprise a polarized adaptation interface mounted between the microcontroller and the gate of the depletion MOSFET transistor.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : Other characteristics and advantages of the invention will emerge clearly from the description which is given hereinafter, by way of indication and in no way limitative, with reference to the appended drawings, in which:
- la figure 1 est un schéma général d'une installation utilisant un interrupteur variateur conforme à l'invention; - Figure 1 is a general diagram of an installation using a dimmer switch according to the invention;
30 - la figure 2 est un schéma fonctionnel interne d'un module de synchronisation utilisable dans un interrupteur variateur conforme à l'invention; 20 25 - la figure 3 est un schéma structurel d'un module de synchronisation utilisable dans un interrupteur variateur conforme à l'invention; - la figure 4A est un chronogramme représentant la tension délivrée par la source de tension alternative; FIG. 2 is an internal block diagram of a synchronization module that can be used in a dimmer switch in accordance with the invention; FIG. 3 is a structural diagram of a synchronization module that can be used in a dimmer switch according to the invention; FIG. 4A is a timing diagram representing the voltage delivered by the AC voltage source;
- la figure 4B est un chronogramme représentant, avec la même échelle de temps que la figure 4A, le signal de synchronisation délivré par le module de synchronisation; et FIG. 4B is a timing diagram representing, with the same time scale as FIG. 4A, the synchronization signal delivered by the synchronization module; and
- la figure 5 est un chronogramme représentant un exemple de très faible courant de fuite résiduel dans un 15 interrupteur variateur conforme à l'invention. FIG. 5 is a timing diagram showing an example of a very low residual leakage current in a dimmer switch in accordance with the invention.
Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un interrupteur variateur électronique 1 doté de deux bornes, 101 et 102, et utilisable dans une installation 20 électrique telle qu'illustrée à la figure 1. As previously announced, the invention relates to an electronic dimmer switch 1 having two terminals, 101 and 102, and can be used in an electrical installation as illustrated in FIG.
Une telle installation comprend, outre cet interrupteur variateur 1, une source V de tension alternative, un conducteur de neutre N, un conducteur de phase Ph, un 25 conducteur de phase coupée PhC, et une charge 2. Such an installation comprises, in addition to this dimmer switch 1, a source V of alternating voltage, a neutral conductor N, a phase conductor Ph, a cut phase conductor PhC, and a load 2.
La source V, qui est en pratique constituée par le réseau de distribution d'électricité, présente une première borne V1 reliée à la première borne 21 de la charge 2 par 30 le conducteur de neutre N, et une deuxième borne V2 reliée à la deuxième borne 22 de la charge 2 par l'intermédiaire du conducteur de phase Ph, de l'interrupteur variateur 1, et du conducteur de phase coupée PhC. The source V, which is in practice constituted by the electricity distribution network, has a first terminal V1 connected to the first terminal 21 of the load 2 by the neutral conductor N, and a second terminal V2 connected to the second terminal 22 of the load 2 via the phase conductor Ph, the dimmer switch 1, and the cut phase conductor PhC.
La source V délivre une tension alternative visible sur 5 la figure 4A. The source V delivers an alternating voltage visible in FIG. 4A.
L'interrupteur variateur 1, qui a pour fonction de permettre le contrôle de l'alimentation de la charge 2 à partir de la tension délivrée par la source V, comprend 10 un premier commutateur électronique commandé 11, un circuit électronique de commande 12, et un module de synchronisation 13. The dimmer switch 1, whose function is to enable control of the supply of the load 2 from the voltage delivered by the source V, comprises a first controlled electronic switch 11, an electronic control circuit 12, and a synchronization module 13.
Le premier commutateur électronique commandé 11 est 15 branché en fonctionnement entre le conducteur de phase Ph et le conducteur de phase coupée PhC. The first controlled electronic switch 11 is connected in operation between the phase conductor Ph and the cut phase conductor PhC.
Le circuit électronique de commande 12, qui comprend typiquement un microcontrôleur 120, est conçu pour placer 20 sélectivement le premier commutateur électronique 11 dans un état conducteur ou non conducteur. The electronic control circuit 12, which typically includes a microcontroller 120, is adapted to selectively place the first electronic switch 11 in a conductive or non-conductive state.
Et le module de synchronisation 13, qui est relié au conducteur de phase Ph, est conçu pour fournir au circuit 25 électronique de commande 12 un signal de synchronisation Sp illustré à la figure 4B et représentatif de la polarité instantanée de la tension alternative délivrée par la source V. And the synchronization module 13, which is connected to the phase conductor Ph, is designed to supply the electronic control circuit 12 with a synchronization signal Sp shown in FIG. 4B and representative of the instantaneous polarity of the alternating voltage delivered by the source V.
30 Selon l'invention, le circuit électronique de commande 12 est conçu pour fournir un signal d'état Se représentatif de l'état conducteur ou non conducteur du premier commutateur électronique 11, ce signal d'état Se étant par exemple élaboré par le microcontrôleur 120. According to the invention, the electronic control circuit 12 is designed to provide a status signal Se representative of the conductive or non-conductive state of the first electronic switch 11, this state signal Se being for example elaborated by the microcontroller 120.
Par ailleurs, le module de synchronisation 13 comprend un deuxième commutateur électronique 131 relié au circuit électronique de commande 12 et commandé par le signal d'état Se. Moreover, the synchronization module 13 comprises a second electronic switch 131 connected to the electronic control circuit 12 and controlled by the state signal Se.
Plus précisément, ce deuxième commutateur électronique 131, qui est constitué par un transistor MOSFET à appauvrissement dans le mode de réalisation préféré de l'invention et dont une borne de sortie 130 délivre le signal de synchronisation Sp, est commandé par le signal d'état Se dans un sens propre à adopter le même état conducteur ou non conducteur que le premier commutateur électronique 11. More specifically, this second electronic switch 131, which is constituted by a depletion MOSFET transistor in the preferred embodiment of the invention and whose output terminal 130 delivers the synchronization signal Sp, is controlled by the state signal. In a sense to adopt the same conductive or non-conductive state as the first electronic switch 11.
De préférence, le module de synchronisation 13 comprend aussi un limiteur de courant 132 disposé entre le conducteur de phase Ph et le deuxième commutateur électronique 131. Preferably, the synchronization module 13 also comprises a current limiter 132 disposed between the phase conductor Ph and the second electronic switch 131.
En outre, le module de synchronisation 13 comprend avantageusement une interface d'adaptation polarisée 133, recevant le signal d'état Se et montée entre le microcontrôleur 120 et la grille du transistor MOSFET à appauvrissement 131. In addition, the synchronization module 13 advantageously comprises a polarized adaptation interface 133, receiving the state signal Se and mounted between the microcontroller 120 and the gate of the depletion MOSFET transistor 131.
L'interface 133, dont la réalisation peut prendre de multiples formes, a pour fonction d'adapter le signal logique Se provenant du microcontrôleur 120 au niveau nécessaire pour commander la grille du transistor 131. The interface 133, whose realization can take many forms, has the function of adapting the logic signal Se coming from the microcontroller 120 to the level necessary to control the gate of the transistor 131.
Il est également judicieux, notamment dans ce cas, de doter le module de synchronisation 13 d'un circuit de redressement 134, disposé entre le conducteur de phase Ph et ce deuxième commutateur électronique 131, et par exemple constitué par une diode. It is also wise, especially in this case, to provide the synchronization module 13 with a rectifying circuit 134 disposed between the phase conductor Ph and the second electronic switch 131, for example constituted by a diode.
Ce circuit 134 a pour fonction de supprimer la partie négative de l'alternance de la tension secteur, et d'éviter l'apparition d'un courant de fuite à travers la diode Dl, le transistor 131 et le limiteur de courant 132. This circuit 134 serves to eliminate the negative part of the alternation of the mains voltage, and to avoid the appearance of a leakage current through the diode D1, the transistor 131 and the current limiter 132.
Le principe de fonctionnement de l'interrupteur variateur 1 est le suivant. The operating principle of the dimmer switch 1 is as follows.
Dans l'état fermé du commutateur électronique 11, le signal Se, qui joue le rôle de commande de blocage, est inactif, de sorte que le commutateur électronique 131 est fermé. Après une mise en forme de la tension secteur délivrée par la source V par le circuit de redressement 134 et le limiteur de courant 132, le module de synchronisation délivre, en tant que signal de synchronisation Sp, un signal carré image de la tension secteur et illustré à la figure 4B. In the closed state of the electronic switch 11, the signal Se, which acts as a blocking control, is inactive, so that the electronic switch 131 is closed. After a shaping of the mains voltage delivered by the source V by the rectifying circuit 134 and the current limiter 132, the synchronization module delivers, as synchronization signal Sp, a square image signal of the mains voltage and illustrated in Figure 4B.
Dans l'état ouvert du commutateur électronique 11, le signal Se est actif, de sorte que le commutateur électronique 131 est bloqué. Alors qu'un bloc de synchronisation classique continuerait à être traversé par un courant de fuite non nul occasionnant de l'effet "ghost", le courant prélevé sur le secteur dans le cas de l'invention atteint une valeur inférieure à 1 µA crête, et peut donc être considéré en pratique comme nul. In the open state of the electronic switch 11, the signal Se is active, so that the electronic switch 131 is blocked. While a conventional synchronization block would continue to be traversed by a non-zero leakage current causing the effect "ghost", the current drawn on the sector in the case of the invention reaches a value less than 1 μA peak, and can therefore be considered in practice as null.
Le fonctionnement de l'interrupteur variateur de l'invention comprend ainsi deux phases. (1) Le signal Se est inactif (0 volt sur la grille du transistor T1 MOSFET à appauvrissement) et ce transistor T1 est donc bloqué, ainsi que la diode Dl. The operation of the dimmer switch of the invention thus comprises two phases. (1) The signal Se is inactive (0 volts on the gate of the depletion transistor T1 MOSFET) and this transistor T1 is thus blocked, as well as the diode D1.
Le circuit de redressement 134 est passant lors des alternances positives de la tension secteur. Le transistor 131 est passant tant que la tension secteur est inférieure à la différence entre la tension de coude de la diode Zener D2 et la tension de seuil de ce transistor MOSFET à appauvrissement. Dés que la tension secteur dépasse cette valeur, le transistor 131 fonctionne en régime linéaire et stabilise la tension de sortie à cette même valeur, qui prend donc la forme d'un signal carré image de la tension secteur. (2) Le signal Se est actif (5 volts sur la grille du transistor T1) et ce transistor T1 est donc passant, ainsi que la diode Dl. The rectifying circuit 134 is turned on during positive half cycles of the mains voltage. The transistor 131 is on as long as the mains voltage is less than the difference between the elbow voltage of the Zener diode D2 and the threshold voltage of this depletion MOSFET transistor. As soon as the mains voltage exceeds this value, the transistor 131 operates in a linear mode and stabilizes the output voltage at this same value, which thus takes the form of a square-wave image of the mains voltage. (2) The signal Se is active (5 volts on the gate of the transistor T1) and this transistor T1 is therefore passing, as well as the diode D1.
La tension à la source du transistor 131 est de l'ordre de 4,4V, c'est-à-dire 5V diminués de la tension de seuil de la diode Dl. La tension de grille est nulle. La tension grille - source est de l'ordre de -4,4V, de sorte que le transistor 131 est bloqué et que le courant prélevé sur le conducteur de phase Ph est nul.30 The voltage at the source of the transistor 131 is of the order of 4.4V, that is to say 5V less the threshold voltage of the diode D1. The gate voltage is zero. The gate-source voltage is of the order of -4.4V, so that the transistor 131 is off and the current drawn on the phase conductor Ph is zero.
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Legal Events
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| PLFP | Fee payment |
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Effective date: 20210705 |