FR2985031A1 - Dispositif de mesure de la tension d'alimentation d'un systeme electronique, notamment pour un appareil electromenager domestique - Google Patents

Dispositif de mesure de la tension d'alimentation d'un systeme electronique, notamment pour un appareil electromenager domestique Download PDF

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Abstract

Un dispositif de mesure de la tension d'alimentation (10) d'un système électronique, comprend un pont diviseur de tension résistif (R1, R2) monté aux bornes des moyens d'alimentation (20) du système électronique et un microcontrôleur (11) relié aux bornes d'une première résistance (R1) du pont diviseur de tension (R1, R2), des moyens d'isolation galvanique (U1) étant disposés entre le pont diviseur de tension (R1, R2) et le microcontrôleur (11). Le dispositif de mesure de la tension d'alimentation comprend une diode Zener (D1) montée en série avec le pont diviseur de tension (R1, R2) et un transistor (T1) monté aux bornes de la première résistance (R1) du pont diviseur de tension (R1, R2), les moyens d'isolation galvanique comprenant un optocoupleur (U1) monté entre le transistor (T1) et le microcontrôleur (11). Utilisation notamment dans un appareil électroménager domestique.

Description

La présente invention concerne un dispositif de mesure de la tension d'alimentation d'un système électronique. Elle s'applique de manière générale à tout appareil électronique dans lequel la mesure de la tension d'alimentation est indispensable au bon fonctionnement du système et par exemple à une table de cuisson à induction.
En effet, lorsqu'un appareil est alimenté par la tension sinusoïdale du réseau de distribution électrique, il peut être nécessaire de mesurer au cours du temps la valeur de cette tension d'alimentation afin d'ajuster les différents paramètres du système électronique en fonction de la fluctuation dans le temps de cette tension d'alimentation.
Classiquement, la mesure de la tension d'alimentation d'un système électronique peut être réalisée au moyen d'un pont diviseur de tension résistif monté aux bornes des moyens d'alimentation du système électronique. Un microcontrôleur monté aux bornes d'une des résistances du pont diviseur de tension permet ainsi de mesurer une valeur représentative de la tension d'alimentation à l'entrée du pont diviseur de tension. Lorsque la tension d'alimentation à mesurer est la tension sinusoïdale du réseau de distribution électrique après redressement, la période TO de la tension sinusoïdale est prédéfinie. Ainsi, en mesurant la valeur efficace Ueff, il est possible de connaître la valeur de la tension d'alimentation à tout instant t sur la période TO selon la formule suivante : U= Ueff x x sin [-rr x (t / TO)] Ainsi, la connaissance de la valeur efficace Ueff et de la période TO de la tension sinusoïdale du réseau de distribution électrique permet à tout instant t de connaître la valeur de la tension d'alimentation. Il est parfois nécessaire de prévoir des moyens d'isolation galvanique entre le pont diviseur de tension et le microcontrôleur, soit pour des raisons de sécurité, soit lorsque le microcontrôleur reçoit différentes tensions qui ne sont pas référencées au même potentiel. Afin de reproduire précisément en sortie des moyens d'isolation galvanique la tension à mesurer, on connaît des montages mettant en oeuvre un optocoupleur analogique, disposé entre le pont diviseur de tension et le microcontrôleur. Toutefois, l'utilisation d'un optocoupleur analogique est onéreuse. La présente invention a pour but de résoudre au moins l'un des inconvénients précités et de proposer un dispositif de mesure de la tension d'alimentation d'un système électronique compatible avec la mise en oeuvre d'une isolation galvanique quelconque entre la tension d'alimentation à mesurer et le microcontrôleur du dispositif de mesure. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif de mesure de la tension d'alimentation d'un système électronique, comprenant un pont diviseur de tension résistif monté aux bornes des moyens d'alimentation du système électronique et un microcontrôleur relié aux bornes d'une première résistance du pont diviseur de tension, des moyens d'isolation galvanique étant disposés entre le pont diviseur de tension et le microcontrôleur. Selon l'invention, le dispositif de mesure de la tension d'alimentation d'un système électronique comprend une diode Zener montée en série avec le pont diviseur de tension et un transistor monté aux bornes de ladite première résistance du pont diviseur de tension, les moyens d'isolation galvanique comprenant un optocoupleur monté entre le transistor et le microcontrôleur. Grâce à l'utilisation d'une diode Zener montée en série avec le pont diviseur de tension, il est possible en fonction de la valeur de la tension présente à l'entrée du pont diviseur de tension de commuter le transistor entre un état bloqué et un état passant de manière à faire fonctionner également en commutation l'optocoupleur. La détection de l'état passant ou bloqué de l'optocoupleur par le 30 microcontrôleur permet d'en déduire la valeur efficace de la tension d'alimentation du système électronique.
En pratique, ladite première résistance du pont diviseur de tension est montée entre la base et l'émetteur du transistor, le collecteur du transistor étant monté en série avec la diode émettrice de l'optocoupleur. Avantageusement, l'optocoupleur comprend une diode émettrice constituée d'une diode électroluminescente et un transistor de sortie. On peut ainsi utiliser un optocoupleur standard, moins coûteux qu'un optocoupleur analogique. En pratique, on choisit une diode Zener de telle sorte que la tension d'avalanche de la diode Zener est inférieure à Ueff x -\r2-, où Ueff est égale à la valeur efficace de la tension d'alimentation à mesurer. On choisit ainsi une diode Zener dont la tension d'avalanche satisfait cette condition quelles que soient les fluctuations de la valeur efficace de la tension d'alimentation à mesurer. En pratique, la tension détectée par le microcontrôleur est nulle lorsque la tension à l'entrée du pont diviseur de tension est supérieure à la tension d'avalanche de la diode Zener et est égale à une valeur prédéterminée non nulle lorsque la tension à l'entrée du pont diviseur de tension est inférieure à la tension d'avalanche de la diode Zener. Selon un second aspect, la présente invention concerne également l'utilisation du dispositif de mesure de la tension d'alimentation dans un appareil électroménager domestique, et notamment dans une table de cuisson à induction. Le dispositif de mesure de la tension d'alimentation conforme à l'invention est peu onéreux et peut être intégré entre l'alimentation électrique de l'appareil électroménager et un dispositif électronique de commande en fonctionnement et/ou de programmation de l'appareil électroménager domestique. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs : - la figure 1 est un schéma électronique illustrant le dispositif de mesure de la tension d'alimentation conformément à un mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 2 est un chronogramme illustrant la tension d'alimentation 5 à mesurer après redressement et la tension mesurée aux bornes du microcontrôleur du dispositif de mesure de la figure 1. On va décrire à présent en référence à la figure 1 un exemple de réalisation d'un dispositif de mesure de tension d'alimentation. Le dispositif de mesure 10 est destiné à mesurer une tension 10 d'alimentation U(t) d'un système électronique (non représenté). Dans ce mode de réalisation, et de manière non limitative, la tension d'alimentation à mesurer U(t) correspond à la tension sinusoïdale du réseau de distribution électrique après redressement. De manière classique, on met en oeuvre des moyens d'alimentation 15 20 comprenant un redresseur de tension 21 à l'entrée du réseau de distribution électrique 22 pour obtenir une tension sinusoïdale redressée U(t) dont l'évolution dans le temps est illustrée à la figure 2. La tension d'alimentation à mesurer U(t) est une tension sinusoïdale de période TO prédéfinie. 20 Cette période TO de la tension sinusoïdale à mesurer U(t) est connue et mémorisée dans le dispositif de mesure 10, au niveau d'un microcontrôleur 11. Par exemple, pour un réseau de distribution électrique de fréquence 50Hz, la période TO est égale à 20 ms. 25 Le dispositif de mesure 10 comprend un pont diviseur de tension résistif composé ici de deux résistances R1, R2 montées en série aux bornes des moyens d'alimentation 20 du système électronique. Ainsi, la tension d'alimentation à mesurer U(t) est présente aux bornes du pont diviseur de tension résistif R1, R2. 30 Une diode Zener D1 est montée en série avec le pont diviseur de tension R1, R2.
Cette diode Zener D1 est classique et présente une tension d'avalanche Vz. Cette tension d'avalanche Vz est choisie de manière à être toujours inférieure à Ueff x -a, où Ueff est égale à la valeur efficace de la tension d'alimentation à mesurer U(t). A titre d'exemple non limitatif, si le réseau de distribution électrique présente une valeur efficace de l'ordre de 230V, la tension d'avalanche Vz doit être inférieure à 330V. A titre d'exemple non limitatif, la diode Zener choisie présente une tension 10 d'avalanche Vz de 200V. Un transistor T1 est monté aux bornes d'une première résistance R1 du pont diviseur de tension R1, R2. Ce transistor T1 peut être un transistor classique du type NPN. En pratique, la première résistance R1 du pont diviseur de tension 15 R1, R2 est montée entre la base B et l'émetteur E du transistor T1. Par ailleurs, le collecteur C du transistor T1 est monté en série avec une diode émettrice 12 d'un optocoupleur Ul. L'optocoupleur U1 peut également être un optocoupleur standard comprenant la diode émettrice 12, par exemple constitué d'une diode 20 électroluminescente, et disposée en regard d'un transistor de sortie 13. Cet optocoupleur U1 constitue ainsi des moyens d'isolation galvanique montés entre le transistor T1 et le microcontrôleur 11. Plus précisément, le microcontrôleur 11 est monté en sortie du transistor de sortie 13 de l'optocoupleur U1. 25 Ainsi, le microcontrôleur 11 est relié aux bornes de la première résistance R1 du pont diviseur de tension R1, R2 au travers du transistor T1 et de l'optocoupleur Ul. Le microcontrôleur 11 reçoit ainsi en entrée une tension u(t) correspondant à la tension en sortie du transistor de sortie 13 de l'optocoupleur 30 U1.
La diode émettrice 12 de l'optocoupleur U1, montée en série avec le collecteur C du transistor T1, est polarisée par une résistance R3 reliée à une source de tension continue préfixée, ici égale à 5V. De même, le transistor de sortie 13 de l'optocoupleur U1 est polarisé 5 au moyen d'une résistance R4 reliée à une source de tension continue préfixée, ici égale à 5V. Ainsi, le microcontrôleur 11 est adapté à détecter un niveau logique alternant entre 0 lorsque le transistor de sortie 13 est passant et 1 lorsque le transistor de sortie 13 de l'optocoupleur U1 est bloqué. 10 On va décrire à présent en référence à la figure 2 le fonctionnement dans le temps de ce dispositif de mesure de la tension d'alimentation. On a illustré en partie haute du chronogramme de la figure 2 l'évolution de la tension d'alimentation à mesurer U(t), cette tension sinusoïdale redressée évoluant entre la valeur nulle et une valeur maximale égale à 15 Ueff x V. On a également illustré sur ce schéma la valeur de la tension d'avalanche Vz de la diode Zener D1. La partie basse du chronogramme illustre la tension u(t) détectée par le microcontrôleur 11 aux bornes du transistor de sortie 13 de l'optocoupleur 20 Ul. En fonctionnement, lorsque la tension d'alimentation U(t) est inférieure à la tension d'avalanche Vz de la diode Zener D1, la diode Zener D1 est bloquée. Par conséquent, le courant circulant dans le pont diviseur de tension 25 résistif R1, R2 est nul. En conséquence, le transistor T1 est bloqué de telle sorte que la diode émettrice 12 de l'optocoupleur U1 est également bloquée. Le transistor de sortie 13 de l'optocoupleur U1 étant alors également bloqué, la tension u(t) détectée par le microcontrôleur 11 est égale à la tension 30 continue de 5V imposée par la résistance de polarisation R4. A contrario, lorsque la tension d'alimentation U(t) est supérieure à la tension d'avalanche Vz de la diode Zener D1, la diode Zener D1 est passante.
Un courant non nul circule alors dans le pont diviseur de tension résistif R1, R2. Le transistor T1 est alors dans un état passant de telle sorte que la diode émettrice 12 de l'optocoupleur U1 est également passante.
Le transistor de sortie 13 de l'optocoupleur U1 devient lui-même passant de telle sorte que la tension u(t) détectée par le microcontrôleur 11 est égale à OV. Le microcontrôleur 11 surveille ainsi en continu, sur la période prédéfinie TO de la tension sinusoïdale d'alimentation U(t), la valeur de la tension u(t) en sortie de l'optocoupleur U1. Le microcontrôleur 11 peut ainsi en déduire la valeur d'un intervalle de temps At correspondant à la durée pendant laquelle la tension U(t) à l'entrée du pont diviseur de tension R1, R2 est supérieure à la tension d'avalanche Vz de la diode Zener D1 sur la période prédéfinie TO.
Comme illustré à la figure 2, la tension d'alimentation U(t) prend une valeur égale à la tension d'avalanche Vz à deux instants t, t', l'intervalle de temps At correspondant ainsi à t'-t. Le microcontrôleur 11 comprend des moyens de calcul de la valeur efficace Ueff de la tension d'alimentation U(t) à partir de la période prédéfinie TO 20 et de cet intervalle de temps At. En pratique, la tension d'alimentation U(t) a pour valeur la tension d'avalanche Vz aux instants t, t' de telle sorte qu'on a les expressions suivantes : Ueff x x sin [rr x (t / TO)] = Vz 25 Ueff x x sin [Tr x (t' / TO)] = Vz Par ailleurs At = t'-t et = T0-t. On en déduit ainsi que At = T0-2t soit t = (TO-At) / 2 30 Ainsi, la valeur efficace Ueff de la tension d'alimentation U(t) peut s'écrire : Ueff = Vz / (T x sin [(rr / 2) x ((TO-At) / TO)]).
Ainsi, la mesure de l'intervalle de temps At par le microcontrôleur 11 permet de connaître la valeur de la tension efficace Ueff de la tension d'alimentation U(t). On notera que le rapport cyclique du signal u(t) varie directement en fonction de la valeur de la tension efficace Ueff. Ainsi, la connaissance de la période prédéfinie TO et la mesure de l'intervalle de temps At par le microcontrôleur 11, permet d'en déduire la valeur efficace Ueff de la tension d'alimentation et ainsi de déterminer la valeur de la tension d'alimentation du réseau de distribution électrique quel que soit l'instant t selon la formule suivante : U(t) = Ueff x V2 x sin [u x (t / To)] Le dispositif de mesure décrit précédemment permet ainsi de mesurer la tension sinusoïdale du réseau de distribution électrique à chaque instant avec des moyens d'isolation galvanique disposés entre le pont diviseur de tension R1, R2 et le microcontrôleur 11. Ce dispositif de mesure de tension peut mettre en oeuvre un optocoupleur U1 standard, et présenter ainsi un coût réduit. Ce dispositif de mesure de tension peut être utilisé dans un appareil électroménager domestique, et par exemple dans une table de cuisson à induction. Les tables de cuisson à induction sont connectées sur une ou plusieurs phases du réseau de distribution électrique. L'utilisation d'un seul microcontrôleur pour mesurer la tension d'au moins deux phases d'alimentation électrique nécessite l'utilisation d'un tel dispositif de mesure de tension.25

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure de la tension d'alimentation d'un système électronique, comprenant un pont diviseur de tension résistif (R1, R2) monté aux bornes des moyens d'alimentation (20) dudit système électronique et un microcontrôleur (11) relié aux bornes d'une première résistance (R1) dudit pont diviseur de tension (R1, R2), des moyens d'isolation galvanique (U1) étant disposés entre ledit pont diviseur de tension (R1, R2) et le microcontrôleur (11), caractérisé en ce qu'il comprend une diode Zener (D1) montée en série avec ledit pont diviseur de tension (R1, R2) et un transistor (T1) monté aux bornes de ladite première résistance (R1) dudit pont diviseur de tension (R1, R2), lesdits moyens d'isolation galvanique comprenant un optocoupleur (U1) monté entre ledit transistor (T1) et ledit microcontrôleur (11).
  2. 2. Dispositif de mesure de la tension conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première résistance (R1) dudit pont diviseur de tension (R1, R2) est montée entre la base (B) et l'émetteur (E) dudit transistor (T1), le collecteur (C) dudit transistor (T1) étant monté en série avec la diode émettrice (12) de l'optocoupleur (U1).
  3. 3. Dispositif de mesure de la tension conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'optocoupleur (U1) comprend une diode émettrice (12) constituée d'une diode électroluminescente et un transistor de sortie (13).
  4. 4. Dispositif de mesure de la tension conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tension d'avalanche (Vz) de la diode Zener (D1) est inférieure à Ueff x V, où Ueff est égale à la valeur efficace de la tension d'alimentation à mesurer (U(t)).
  5. 5. Dispositif de mesure de la tension conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tension (u(t)) détectée par le microcontrôleur (11) est nulle lorsque la tension (U(t)) à l'entrée du pont diviseur de tension (R1, R2) est supérieure à la tension d'avalanche (Vz) de ladite diode Zener (D1) et est égale à une valeur prédéterminée non nulle lorsque la tension(U(t)) à l'entrée dudit pont diviseur de tension (R1, R2) est inférieure à la tension d'avalanche (Vz) de ladite diode Zener (D1).
  6. 6. Dispositif de mesure de la tension conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que ladite tension d'alimentation à mesurer (U(t)) est la 5 tension sinusoïdale du réseau de distribution électrique après redressement, la période (TO) de la tension sinusoïdale étant prédéfinie.
  7. 7. Dispositif de mesure de la tension conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que le microcontrôleur (11) comprend des moyens de calcul de la valeur efficace (Ueff) de la tension d'alimentation (U(t)) à partir de ladite 10 période prédéfinie (TO) et d'un intervalle de temps (nt) correspondant à la durée pendant laquelle la tension (U(t)) à l'entrée dudit pont diviseur de tension (R1, R2) est supérieure à la tension d'avalanche (Vz) de la diode Zener (D1) pendant ladite période prédéfinie (TO).
  8. 8. Utilisation du dispositif de mesure de la tension d'alimentation 15 conforme à l'une des revendications 1 à 7, dans un appareil électroménager domestique.
  9. 9. Utilisation du dispositif de mesure de la tension d'alimentation conforme à l'une des revendications 1 à 7 dans une table de cuisson à induction.
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