FR3089360A1 - Electronic dimmer for low voltage circuit - Google Patents
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Abstract
Un variateur électronique destiné à piloter un circuit d’alimentation électrique basse tension d’une charge, comprend un dispositif de commande pilotant au moins un interrupteur à base de transistor connecté à deux broches, les deux broches étant destinées à connecter en série le variateur électronique sur le circuit d’alimentation de la charge. Il comprend en outre un dispositif de protection comprenant un circuit crowbar disposé en parallèle dudit interrupteur à base de transistor. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1An electronic variator intended to control a low voltage electrical supply circuit of a load, comprises a control device controlling at least one transistor-based switch connected to two pins, the two pins being intended to connect the electronic variator in series. on the load supply circuit. It further comprises a protection device comprising a crowbar circuit arranged in parallel with said transistor-based switch. Figure to be published with the abstract: Fig. 1
Description
DescriptionDescription
Titre de l'invention : Variateur électronique pour circuit basse tension [0001] L’invention concerne le domaine des variateurs électroniques pour circuit d’alimentation électrique basse tension.Title of the invention: Electronic variator for low voltage circuit [0001] The invention relates to the field of electronic variators for low voltage power supply circuit.
[0002] Par circuit électrique basse tension, on entend les circuits d’alimentation électrique résidentiels ou de bureaux qui distribuent une alimentation électrique alternative de 110V, 220V ou 380V.By low voltage electrical circuit is meant residential or office power supply circuits which distribute an alternative 110V, 220V or 380V power supply.
[0003] Dans ces circuits, des variateurs et interrupteurs statiques électroniques sont de plus en plus utilisés en remplacement d’appareillages électromécaniques.In these circuits, electronic static controllers and switches are increasingly used to replace electromechanical equipment.
[0004] Cependant, la tenue en tension des transistors de ces équipements est limitée. Par exemple, les transistors sont souvent choisis avec une tension maximale de 600V.However, the voltage withstand of the transistors of this equipment is limited. For example, transistors are often chosen with a maximum voltage of 600V.
[0005] Or, il peut arriver que des surtensions apparaissent sur les circuits électriques, par exemple suite à un coup de foudre.However, it may happen that overvoltages appear on the electrical circuits, for example following a lightning strike.
[0006] En conséquence, des protections contre les surtensions sont installées dans les variateurs électroniques.Consequently, overvoltage protections are installed in the electronic variators.
[0007] A ce jour, le dispositif de protection le plus utilisé est une varistance. Cependant la varistance présente un certain nombre d’inconvénients.To date, the most used protection device is a varistor. However, varistor has a number of drawbacks.
[0008] Le premier inconvénient, et peut-être le plus dangereux, est son mode de défaillance explosif lorsqu’elle est située entre la phase et le neutre du réseau. En effet, lorsqu’elle se trouve en série avec une charge, par exemple une lampe, son mode de défaillance consiste en un échauffement lent et progressif qui peut aboutir à un départ de feu. En conséquence, dans cette utilisation, la varistance est toujours associée à une protection thermique.The first drawback, and perhaps the most dangerous, is its explosive failure mode when it is located between the phase and the neutral of the network. Indeed, when it is in series with a load, for example a lamp, its failure mode consists of a slow and progressive heating which can lead to the start of a fire. Consequently, in this use, the varistor is always associated with thermal protection.
[0009] Son second inconvénient est d’avoir une caractéristique sortante. Ainsi, une varistance donnée va écrêter la tension à 500V si le courant est de 5A, mais à 650V si le courant est à 15A.Its second drawback is that it has an outgoing characteristic. Thus, a given varistor will clip the voltage at 500V if the current is 5A, but at 650V if the current is at 15A.
[0010] Par ailleurs, plus la varistance est petite, plus la tenue en tension des transistors devra être importante.Furthermore, the smaller the varistor, the greater the voltage withstand of the transistors must be.
[0011] Comme, de plus, une varistance avec sa protection thermique a un coût relativement important (par exemple 0,5 Euros) et qu’elle prend une place importante, il apparaît avantageux de trouver un autre dispositif de protection contre les surtensions qui résout au moins en partie les inconvénients précités.As, moreover, a varistor with its thermal protection has a relatively high cost (for example 0.5 Euros) and that it takes an important place, it appears advantageous to find another device for protection against overvoltages which at least partially resolves the above drawbacks.
[0012] Avec cet objectif en vue, un variateur électronique destiné à piloter un circuit d’alimentation électrique basse tension d’une charge comprend un dispositif de commande pilotant au moins un interrupteur à base de transistor connecté à deux broches, les deux broches étant destinées à connecter en série le variateur électronique sur le circuit d’alimentation de la charge. Il comprend en outre un dispositif de protection comprenant un circuit crowbar disposé en parallèle dudit interrupteur à base de transistor.With this objective in view, an electronic variator intended to control a low-voltage electrical supply circuit of a load comprises a control device controlling at least one transistor-based switch connected to two pins, the two pins being designed to connect the electronic speed controller in series to the load supply circuit. It further comprises a protection device comprising a crowbar circuit arranged in parallel with said transistor-based switch.
[0013] Le circuit crowbar permet ainsi avantageusement d’évacuer la surtension en dehors du variateur.The crowbar circuit thus advantageously allows the overvoltage to be removed outside the variator.
[0014] Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :Specific characteristics or embodiments, which can be used alone or in combination, are:
- la charge comporte un condensateur ;- the load includes a capacitor;
- le dispositif de protection est monté en parallèle sur les deux broches ;- the protection device is mounted in parallel on the two pins;
- il comprend un pont redresseur entre les deux broches et l’interrupteur et le circuit de protection est connecté entre le pont redresseur et l’interrupteur- it includes a rectifier bridge between the two pins and the switch and the protection circuit is connected between the rectifier bridge and the switch
- il comprend deux interrupteurs à base de transistor connectés en série et le circuit de protection est connecté en parallèle à l’un des deux interrupteurs ; et/ou- it includes two transistor-based switches connected in series and the protection circuit is connected in parallel to one of the two switches; and or
- le circuit crowbar comprend un triac ou un thyristor.- the crowbar circuit includes a triac or a thyristor.
[0015] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example, and with reference to the appended figures in which:
[0016] [fig.l] représente un schéma de principe d’un circuit électrique comprenant un variateur selon un mode de réalisation ;[Fig.l] shows a block diagram of an electrical circuit comprising a variator according to an embodiment;
[0017] [fig-2] représente un premier mode de réalisation d’un variateur avec protection ;[Fig-2] shows a first embodiment of a drive with protection;
[0018] [fig.3] représente un deuxième mode de réalisation d’un variateur avec protection ;[Fig.3] shows a second embodiment of a drive with protection;
[0019] [fig-4] représente un troisième mode de réalisation d’un variateur avec protection ;[Fig-4] shows a third embodiment of a drive with protection;
[0020] [fig.5] représente un quatrième mode de réalisation d’un variateur avec protection ;[Fig.5] shows a fourth embodiment of a drive with protection;
[0021] [fig.6] représente un circuit crowbar fonctionnant en mode alternatif ; et [0022] [fig-7] représente un circuit crowbar fonctionnant en mode continu ;[Fig.6] shows a crowbar circuit operating in alternative mode; and [fig-7] shows a crowbar circuit operating in continuous mode;
[0023] En référence à la Fig. 1, un circuit électrique basse tension comporte un variateur électronique 1 en série avec une charge 3.Referring to FIG. 1, a low voltage electrical circuit includes an electronic variator 1 in series with a load 3.
[0024] La charge 3 est par exemple une lampe. Or, avec l’installation de plus en plus fréquente de lampe de type LED, la charge 3 se comporte comme une charge comprenant un condensateur 5.The load 3 is for example a lamp. However, with the increasingly frequent installation of LED type lamp, the load 3 behaves like a load comprising a capacitor 5.
[0025] Dans un mode de réalisation générique, le variateur 1 comprend un dispositif de commande 7 pilotant au moins un interrupteur 9 à base de transistor connecté à deux broches 11, 13.In a generic embodiment, the variator 1 comprises a control device 7 controlling at least one switch 9 based on a transistor connected to two pins 11, 13.
[0026] Les deux broches 11,13 connectent en série le variateur électronique 1 sur le circuit d’alimentation de la charge 3.The two pins 11.13 connect in series the electronic variator 1 on the load supply circuit 3.
[0027] Le variateur 1 comprend en outre un dispositif de protection. Ce dispositif de protection comprend un circuit crowbar 17 disposé en parallèle de l’interrupteur 9.The variator 1 further comprises a protection device. This protection device comprises a crowbar circuit 17 arranged in parallel with the switch 9.
[0028] Un circuit crowbar est un circuit qui offre une forte résistance tant que la tension appliquée ne dépasse pas une certaine valeur et qui, lorsque la tension appliquée dépasse cette valeur, offre une résistance quasi nulle. Il reste dans cet état tant que le courant est supérieur à une intensité de seuil et lorsque le courant s’annule, le circuit crowbar se bloque à nouveau.A crowbar circuit is a circuit which offers high resistance as long as the applied voltage does not exceed a certain value and which, when the applied voltage exceeds this value, offers almost zero resistance. It remains in this state as long as the current is greater than a threshold current and when the current is canceled, the crowbar circuit blocks again.
[0029] Ainsi, en choisissant correctement la valeur de la tension limite, le variateur fonctionne normalement pour une tension nominale. Lorsqu’une surtension se présente, la tension limite est dépassée et le crowbar se met en court-circuit sur les bornes du variateur, protégeant ainsi celui-ci.Thus, by correctly choosing the value of the limit voltage, the drive operates normally for a nominal voltage. When an overvoltage occurs, the limit voltage is exceeded and the crowbar short-circuits on the terminals of the drive, thereby protecting it.
[0030] Le variateur est ainsi protégé des surtensions puisqu’aucune dissipation d’énergie n’a lieu dans celui-ci. Par contre, la dissipation de l’énergie de la surtension se fait dans la charge 3, c’est-à-dire dans la lampe, au risque de la détruire. Cet inconvénient est tout de fois relatif car il est souvent plus aisé et moins coûteux de changer une lampe que de changer un variateur.The drive is thus protected from overvoltages since no energy dissipation takes place therein. On the other hand, the dissipation of the energy of the overvoltage takes place in the load 3, that is to say in the lamp, at the risk of destroying it. This disadvantage is all the same relative since it is often easier and less expensive to change a lamp than to change a dimmer.
[0031] Pour mémoire, il est rappelé que si le variateur ne comprend aucune résistance, alors la surtension va détruire le variateur par surcharge d’énergie, et si le variateur comprend une protection par varistance, la varistance va absorber le surcroît d’énergie mais au risque d’une surchauffe comme expliqué dans le préambule.For the record, it is recalled that if the variator does not include any resistance, then the overvoltage will destroy the variator by energy overload, and if the variator includes varistor protection, the varistor will absorb the excess energy but at the risk of overheating as explained in the preamble.
[0032] Deux modes de réalisation particuliers du mode de réalisation générique décrit vont maintenant être présentés.Two particular embodiments of the generic embodiment described will now be presented.
[0033] Dans ce premier mode de réalisation particulier, Fig. 2, le variateur électronique 1 fonctionne en courant continu. En conséquence, un pont redresseur 21 est installé en entrée de l’interrupteur électronique 9.In this first particular embodiment, FIG. 2, the electronic variator 1 operates on direct current. Consequently, a rectifier bridge 21 is installed at the input of the electronic switch 9.
[0034] Le circuit crowbar 17 est alors installé en parallèle sur les entrées en courant alternatif.The crowbar circuit 17 is then installed in parallel on the alternating current inputs.
[0035] En variante, Fig. 3, pour ce même variateur électronique 1 fonctionnant en continu, le circuit crowbar 17 est installé aux bornes de l’interrupteur 9. Il faut alors installer un circuit crowbar pour courant continu.As a variant, FIG. 3, for this same electronic variator 1 operating continuously, the crowbar circuit 17 is installed at the terminals of the switch 9. It is then necessary to install a crowbar circuit for direct current.
[0036] Dans le second mode de réalisation particulier, Fig. 4, le variateur électronique 1 fonctionne en courant alternatif avec deux interrupteurs 9, 9’.In the second particular embodiment, FIG. 4, the electronic variator 1 operates on alternating current with two switches 9, 9 ’.
[0037] Comme dans le mode de réalisation de la Fig. 2, le circuit crowbar 17 est installé en parallèle sur les entrées en courant alternatif.As in the embodiment of FIG. 2, the crowbar circuit 17 is installed in parallel on the alternating current inputs.
[0038] En variante, Fig. 5, deux circuits crowbar 17, 17’ sont installés en parallèle sur chaque interrupteur 9, 9’. Ces deux circuits crowbar peuvent fonctionner en continu. En effet, dans cette variante, chaque interrupteur va gérer une alternance du courant. Par exemple, l’interrupteur 9 gère la phase positive et l’interrupteur 9’ la phase négative. Ce schéma est utilisé avec des variateurs à double MOS.As a variant, FIG. 5, two crowbar circuits 17, 17 ’are installed in parallel on each switch 9, 9’. These two crowbar circuits can operate continuously. Indeed, in this variant, each switch will manage alternating current. For example, switch 9 manages the positive phase and switch 9 ’manages the negative phase. This scheme is used with dual MOS drives.
[0039] Les circuits crowbar utilisables dans ces différents modes de réalisation sont donc de type fonctionnant en continu, ou fonctionnant en alternatif.The crowbar circuits that can be used in these different embodiments are therefore of the continuous operating type, or operating on the alternative.
[0040] Un circuit crowbar fonctionnant en alternatif est représenté en Fig. 6. Il comprend deux branches en parallèle, une branche comprenant en série deux diodes zener 61, 63 en tête bêche et une résistance 65 d’environ IkOhm et l’autre branche comprenant un TRIAC 67 dont la gâchette est connectée entre la diode 63 et la résistance 65.A crowbar circuit operating alternately is shown in FIG. 6. It comprises two branches in parallel, one branch comprising in series two zener diodes 61, 63 at the spade head and a resistor 65 of about IkOhm and the other branch comprising a TRIAC 67 whose trigger is connected between the diode 63 and resistance 65.
[0041] Un circuit crowbar fonctionnant en continu est représenté en Fig. 7. Il comprend deux branches en parallèle, une branche comprenant en série une diode zener 71 et une résistance 73 d’environ IkOhm et l’autre branche comprenant un thyristor 75 dont la gâchette est connectée entre la diode zener 71 et la résistance 73.A crowbar circuit operating continuously is shown in FIG. 7. It comprises two branches in parallel, one branch comprising in series a zener diode 71 and a resistor 73 of approximately IkOhm and the other branch comprising a thyristor 75 whose trigger is connected between the zener diode 71 and the resistor 73.
[0042] Parmi les circuits crowbar du marché utilisables, on peut citer les circuits Trisil (marque déposée de STMicroelectronics).Among the crowbar circuits on the market that can be used, mention may be made of Trisil circuits (registered trademark of STMicroelectronics).
[0043] L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention a cette seule description. De nombreuses autres variantes de réalisation sont possibles.The invention has been illustrated and described in detail in the drawings and the previous description. This should be considered as illustrative and given by way of example and not as limiting the invention to this description only. Many other alternative embodiments are possible.
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|---|
| "Protection of Electronic Circuits from Overvoltages", 28 March 2003, DOVER PUBLICATIONS, U.S.A., ISBN: 978-0-486-15084-0, article RONALD B. STANDLER: "Thyristors", pages: 258 - 264, XP055627101 * |
Also Published As
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