FR3092444A1 - Dispositif domotique de commande électronique à deux fils - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif domotique de commande électronique à au moins deux fils (B) comprenant : un commutateur électronique (2), une unité domotique (3) comprenant un microcontrôleur (30) pour commander un commutateur électronique (2), une unité d’alimentation (4) reliée au commutateur électronique pour le passage du courant entre la borne secteur et la borne charge, l’unité d’alimentation comprenant : un circuit d’alimentation (40) comprenant : un élément de stockage d’énergie, un transformateur comprenant une bobine primaire pour consommer l’énergie de l’élément de stockage d’énergie et une bobine secondaire pour transformer cette énergie pour alimenter le microcontrôleur (30), un interrupteur électronique de dérivation (41) en parallèle avec le circuit d’alimentation, l’interrupteur électronique comprenant un état fermé pour court-circuiter le circuit d’alimentation et un état ouvert pour alimenter le circuit d’alimentation. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 5
Description
La présente invention est relative à un dispositif domotique de commande électronique à deux fils, c’est-à-dire comprenant que deux bornes destinées à être reliées à un tableau électrique et à une charge active comme une lampe d’éclairage. L’ensemble lampe et dispositif domotique sont reliés en série.
La présente invention est relative aux dispositifs domotiques à deux fils comprenant un commutateur électronique pour alimenter la lampe, une unité domotique comprenant au moins un microcontrôleur pour la commande du commutateur électronique et un organe électronique domotique énergivore au moins dans un état allumé. Le commutateur électronique peut avoir un mode variateur, permettant de contrôler la puissance absorber par la lampe pour varier sa luminosité selon le besoin de l’utilisateur ou un mode interrupteur, permettant d’alimenter la charge sans contrôler sa puissance absorber pour un fonctionnement comme un interrupteur mécanique c’est-à-dire tout ou rien selon le besoin de l’utilisateur.
Il est connu un dispositif domotique de commande électronique à deux fils A comprenant une unité d’alimentation en courant de fuite 1, un commutateur électronique 2 et une unité domotique 3.
La Figure1A représente schématiquement le dispositif domotique dans un mode éteint, c’est-à-dire lorsqu’une lampe L est éteinte et donc que le commutateur électronique 2 est dans un état bloqué, appelé aussi état ouvert. Dans ce mode éteint, l’unité d’alimentation en courant de fuite 1 fournit du courant, appelé dans la suite courant de fuite Ioff, à l’unité domotique 3 pour l’alimenter. Des flèches en gras représente le circuit du courant de fuite Ioff sur la figure.1A. Le courant de fuite Ioff passe donc par le dispositif domotique A et par la lampe L. Ce courant de fuite Ioff est insuffisant pour que la lampe L puisse produire une lumière visible par l’utilisateur.
L’unité d’alimentation en courant de fuite 1 comprend un condensateur non représenté, permettant d’alimenter l’unité domotique 3 pendant que le commutateur électronique 2 est à l’état saturé. Cependant le condensateur se décharge. Dans le mode allumé, l’unité domotique 3 commande donc le commutateur électronique 2 en mode gradateur à angle de phase pour permettre de recharger le condensateur en ouvrant le commutateur électronique 2 pour que le courant passe comme lorsque la lampe est éteinte.
Lorsque l’unité domotique reçoit une requête d’état allumé à 100% de la charge, l’unité de commande ne peut donc pas envoyer le courant pendant tout une période puisqu’il est nécessaire un temps à l’état bloqué même si ce temps à l’état bloqué du commutateur 2 est faible par rapport au temps à l’état saturé.
Le commutateur électronique 2 est dans un état bloqué pendant une phase de non conduction 20 pendant un temps t à chaque demi-période, pour que l’unité d’alimentation en courant de fuite 1 puisse charger son condensateur tout en alimentant l’unité domotique 3. Durant cette phase de non conduction, un courant de fuite Ioff passe donc dans la lampe.
Le commutateur électronique 2 est dans un état saturé dans une phase de conduction 21 pendant le reste du temps de la demi période. Durant cette phase de conduction 21, le commutateur électronique 2 alimente la lampe L et court-circuite l’unité d’alimentation en courant de fuite 1. Pendant la phase de conduction 21, le condensateur chargé alimente l’unité domotique 3.
Ainsi, même quand le commutateur électronique 2 est commandé pour alimenter une charge en mode maximum, c’est-à-dire un rapport cyclique en phase de conduction 21 le plus proche de 1, il est nécessaire tout de même d’avoir, une partie de la demi période, en phase de non conduction 20 pour que l’unité d’alimentation en courant de fuite recharge le condensateur.
Cependant, ce mode gradateur est problématique pour les charges dites non dimmable, c’est-à-dire non variable ou non gradable contrairement aux charges dites dimmable ou gradable ou variable. Par exemple la charge peut être une lampe dimmable ou non dimmable. Par lampe, on entend une lampe à ampoule à incandescence ou halogène ou fluocompacte ou encore une lampe à diode électroluminescente ou tout autres types de lampes électriques. En effet, les lampes contenant de l’électronique, appelées lampes électroniques, qu’elle soit dimmable ou non dimmable, comprennent un condensateur qui procure un appel de courant lors d’un passage de conduction, c’est-à-dire d’une phase de non conduction à la phase de conduction. En effet, pendant le chargement du condensateur intégré dans la lampe électronique, la lampe produit un appel de courant qui peut être de plusieurs ampères. Cet appel de courant peut provoquer des scintillements, grésillements et/ou échauffements dans la lampe électronique procurant une gêne chez l’utilisateur et une détérioration pour la lampe électronique ou le commutateur.
Pour diminuer cet appel de courant, il est connu de réaliser le passage de conduction au plus proche du zéro secteur, c’est-à-dire au début d’une demi-période lorsqu’elle est à zéro volt. Le condensateur de la lampe électronique non dimmable ne peut pas se décharger totalement maintien un niveau de tension aux bornes de la lampe ce qui vient déphaser le principe de synchronisation de l’unité de commande 3. Ce déphasage entraine une surchauffe de la lampe et du dispositif domotique ainsi qu’un effet de grésillements de la lampe.
Il est connu des dispositifs à deux fils dépourvus d’organe électronique domotique énergivore tel qu’une radio domotique, comprenant par exemple des diodes en série avec le commutateur électronique pour que la somme des différences de potentiel aux bornes de chaque diode permette d’alimenter une unité de commande à faible consommation, commandant le commutateur électronique. Cependant un tel dispositif est dépourvu d’organe électronique domotique énergivore tel qu’une radio domotique. En effet, l’alimentation par les diodes en série, ne permet pas d’alimenter une radio dont la consommation est importante et provoque un échauffement supplémentaire du commutateur.
Il est aussi connu des dispositifs domotique à trois fils comprenant des commutateurs électroniques pour commander une charge en tout ou rien ou en mode variateur. Cependant de tels types de dispositifs domotiques à trois fils ne peuvent pas remplacer un interrupteur à deux fils dans un logement sans travaux. En effet, la plupart des interrupteurs à deux fils ne disposent pour se raccorder d’uniquement un fil d’entrée phase et un fil de sortie lampe pour relier la phase à la lampe.
On constate qu’il existe un besoin de prévoir un dispositif domotique de commande électronique à deux fils permettant d’alimenter une charge en pleine onde tout en alimentant un organe électronique domotique énergivore à l’état pleine onde. La charge peut être par exemple une lampe dite dimmable ou gradable ou variable ou une lampe dite non dimmables ou non gradable ou non variable en éliminant son scintillement et son échauffement.
Selon l’invention, on tend à satisfaire ce besoin en prévoyant un dispositif domotique de commande électronique à deux fils pour commander l’alimentation d’une charge, le dispositif comprenant:
- une borne charge pour être connectée à la charge,
- une borne secteur pour être connectée à une phase d’un secteur,
- un commutateur électronique reliée entre la borne charge et la borne secteur pour commander un courant d’alimentation alimentant la charge,
- une unité domotique comprenant un microcontrôleur pour commander le commutateur électronique au moins dans un état allumé et un organe électronique domotique énergivore au moins dans un état allumé,
- une unité d’alimentation comprenant une borne d’entrée et une borne de sortie, reliées au commutateur électronique, pour que le courant d’alimentation traverse l’unité d’alimentation entre la borne secteur et la borne charge, l’unité d’alimentation comprenant :
- un circuit d’alimentation comprenant :
- un élément de stockage d’énergie relié aux bornes d’entrée et de sortie de l’unité d’alimentation,
- une alimentation transformateur comprenant une bobine primaire montée en parallèle à l’élément de stockage d’énergie et une bobine secondaire pour alimenter l’unité domotique dont le microcontrôleur,
- un interrupteur électronique de dérivation relié entre la borne de sortie et borne d’entré en parallèle avec le circuit d’alimentation, l’interrupteur électronique de dérivation comprenant une commande reliée au circuit d’alimentation pour le commander soit dans une position ouverte permettant l’alimentation du circuit d’alimentation lorsque l’élément de stockage est dans un état déchargé jusqu’à ce qu’il soit dans un état chargé, soit dans une position fermée pour court-circuiter le circuit d’alimentation lorsque l’élément stockage est dans l’état chargé jusqu’à ce qu’il soit dans l’état déchargé.
- un circuit d’alimentation comprenant :
Par « relié », on entend relié électriquement. Par « connecté », on entend connecté électriquement, c’est-à-dire par relié par le biais d’une connectique.
Par « phase », on entend la phase ou le neutre du secteur alimentant la charge.
Le dispositif domotique de l’invention permet par le biais de l’unité d’alimentation comprenant l’alimentation transformateur d’alimenter l’unité domotique sans couper l’alimentation de la charge. Lorsque l’interrupteur électronique de dérivation est dans la position ouverte, l’alimentation transformateur est alimentée par le commutateur et lorsque qu’il est dans l’état fermé l’alimentation transformateur est alimentée par l’unité de stockage d’énergie. Autrement dit le circuit d’alimentation permet d’alimenter l’unité domotique tout en pouvant alimenter la charge telle qu’une lampe en pleine onde.
En effet, dans le cas d’une commande du commutateur en pleine onde, quand l’interrupteur électronique de dérivation est fermé, la tension aux bornes de charge correspond à la tension secteur moins les pertes du commutateur. Dans la position fermée, le circuit d’alimentation peut continuer à alimenter l’unité domotique par le biais de l’énergie de l’élément de stockage d’énergie qui alimente électriquement l’alimentation transformateur. Lorsque l’interrupteur électronique de dérivation est en position ouverte, le courant traversant la charge passe par le circuit d’alimentation qui recharge l’élément de stockage d’énergie et alimente l’alimentation transformateur en parallèle permettant d’alimenter l’unité domotique. En position ouverte, la tension aux bornes de la charge correspond à la tension secteur moins les pertes du commutateur et du circuit d’alimentation.
Le dispositif selon l’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
Selon un premier mode de réalisation, le dispositif domotique de commande électronique est uniquement à deux fils.
Par « à deux fils », on entend que le dispositif domotique comprend uniquement une borne charge et une borne secteur reliées à une phase du réseau électrique pour être relié en série avec la charge. Autrement dit, le dispositif domotique ne comprend pas une troisième borne permettant d’être reliée à l’autre phase du secteur pour être reliée en parallèle à la charge.
Selon un deuxième mode de réalisation, le dispositif comprend un comparateur comparant une tension fonction de la tension d’alimentation de l’élément de stockage d’énergie avec une tension seuil maximum et une tension seuil minimum, le comparateur comprend une sortie de commande reliée directement à la commande de l’interrupteur électronique de dérivation et comprend un état commande fermeture dans lequel le comparateur comprend une tension à sa sortie pour commander l’interrupteur électronique de dérivation dans la position fermée et un état commande ouverture dans lequel la tension à la sortie du comparateur commande l’interrupteur électronique de dérivation dans la position ouverte et en ce que le comparateur passe de l’état commande ouverture à l’état commande fermeture lorsque la tension fonction de la tension aux bornes de l’élément de stockage d’énergie est supérieure à la tension seuil maximum et en ce que le comparateur passe de l’état commande fermeture à l’état commande ouverture lorsque la tension fonction de la tension aux bornes de l’élément de stockage d’énergie est inférieure à la tension seuil minimum.
Cela permet de commander directement l’interrupteur électronique de dérivation en fonction de l’état de charge de l’élément de stockage d’énergie pour soit alimenter l’alimentation transformateur par l’élément de stockage d’énergie lorsque l’interrupteur électronique de dérivation est à l’état fermé soit alimenter par le secteur l’alimentation transformateur. Ainsi la tension seuil minimum est une tension image d’une tension d’alimentation de l’élément de stockage déchargé par rapport à la tension fonction de la tension d’alimentation de l’élément de stockage et la tension de seuil maximum est une tension image d’une tension d’alimentation de l’élément de stockage chargé par rapport à la tension fonction de la tension d’alimentation de l’élément de stockage.
Selon un exemple de ce deuxième mode de réalisation, le comparateur comprend au moins un amplificateur opérationnel.
Selon un exemple de ce deuxième mode de réalisation, le comparateur comprend un montage trigger de schmitt non inversé.
Par exemple, le circuit d’alimentation comprend une résistance à la sortie de l’amplificateur opérationnel du trigger de schmitt reliée à une commande de l’interrupteur électronique de dérivation pour commander l’interrupteur électronique.
Par exemple, le circuit d’alimentation comprend une alimentation de référence comprenant au moins un condensateur pour alimenter une tension de référence à la borne négative de l’amplificateur opérationnel trigger de schmitt.
Par exemple, l’alimentation de référence est un condensateur monté en parallèle avec une résistance reliée entre la borne positive et négative de l’amplificateur opérationnel.
Selon un exemple, le circuit d’alimentation comprend une alimentation comparateur pour fournir une tension au comparateur.
Selon un exemple le circuit d’alimentation comprend un capteur de niveau de tension d’alimentation de l’élément de stockage pour fournir la tension fonction de la tension aux bornes de l’élément de stockage.
Selon une variante de l’exemple précédent, la tension fonction de la tension aux bornes de l’élément de stockage est directement la tension aux bornes de l’élément de stockage.
Selon un exemple, le circuit d’alimentation comprend un fournisseur de tension seuil permettant de fournir la tension seuil minimum et la tension seuil maximum au comparateur.
Selon une mise en œuvre de cet exemple, le circuit d’alimentation comprend un régulateur et deux condensateurs pour l’alimentation de l’amplificateur opérationnel du montage trigger de schmitt.
Selon un troisième mode de réalisation, l’alimentation transformateur est de type flyback comprenant un transformateur comprenant la bobine primaire et la bobine secondaire et un driveur flyback couplé au transformateur pour permettre l’isolation entre primaire et secondaire.
Selon un exemple le transformateur de type flyback comprend à son secondaire une borne reliée à l’entrée alimentation du commutateur. Ainsi la tension aux bornes du secondaire du transformateur est comprise entre le potentiel entré d’alimentation et une borne d’alimentation de l’unité domotique. Ainsi lorsque l’interrupteur électronique de dérivation est dans la position ouverte, une partie du courant du secteur passe dans le circuit d’alimentation et une autre partie du courant secteur passe par le secondaire du transformateur pour alimenter l’unité domotique et en ce que lorsque l’interrupteur électronique de dérivation est à l’état fermé, c’est l’unité de stockage qui alimente le primaire qui alimente le secondaire du transformateur pour alimenter l’unité domotique.
Selon un quatrième mode de réalisation, le commutateur électronique comprend en outre :
- une entrée charge reliée à la borne charge,
- une entrée secteur reliée à la borne secteur,
- une entrée d’alimentation reliée à la borne d’entrée,
- une sortie d’alimentation reliée à la borne sortie,
- un premier organe électronique d’alternance pour contrôler le courant provenant de la borne charge vers l’entrée d’alimentation et de la sortie d’alimentation vers la borne secteur,
- un deuxième organe électronique d’alternance pour contrôler le courant provenant de la borne secteur vers l’entrée d’alimentation et de la sortie d’alimentation vers la borne charge,
- dans lequel le premier et deuxième organe électronique de commande comprend chacun une commande reliée au microcontrôleur pour les commander.
Selon un exemple de ce quatrième mode de réalisation, le commutateur électronique comprend en outre :
- une première branche,
- une deuxième branche en parallèle à la première branche,
- un premier organe électronique d’alternance comprenant :
- sur la première branche, un premier transistor relié à l’entrée alimentation pour contrôler le courant de la borne charge vers l’entrée d’alimentation et
- sur la deuxième branche un premier organe électronique relié à la sortie d’alimentation pour laisser passer le courant de la sortie d’alimentation vers la borne secteur et
- le deuxième organe électronique d’alternance comprenant :
- sur la deuxième branche, un premier transistor relié à l’entrée d’alimentation pour contrôler le courant de la borne secteur vers l’entrée d’alimentation et
- sur la première branche un deuxième organe électronique relié à la sortie d’alimentation pour laisser passer le courant de la sortie d’alimentation vers la borne charge.
Un tel exemple de ce mode de réalisation permet d’avoir un commutateur pouvant comprendre que deux transistors à commander par le microcontrôleur.
Dans un autre exemple qui est une variante de l’exemple précédent, le commutateur électronique comprend en outre :
- une première branche,
- une deuxième branche en parallèle à la première branche,
- le premier organe électronique d’alternance comprenant :
- sur la première branche, un premier transistor relié à la sortie d’alimentation pour contrôler le courant de la sortie d’alimentation vers la borne secteur et
- sur la deuxième branche un premier organe électronique relié à l’entrée d’alimentation pour laisser passer le courant de la borne charge vers l’entrée d’alimentation et
- le deuxième organe électronique d’alternance comprenant
- sur la deuxième branche, un deuxième transistor relié à la sortie d’alimentation pour contrôler le courant de la sortie d’alimentation vers la borne charge et
- sur la première branche un deuxième organe électronique relié à l’entrée d’alimentation pour laisser passer le courant de la borne secteur vers l’entrée d’alimentation.
Un tel exemple de ce mode de réalisation permet d’avoir un commutateur pouvant comprendre que deux transistors à commander par le microcontrôleur.
Selon une particularité de l’un de ces deux derniers exemples de ce mode de réalisation, le premier organe électronique et le deuxième organe électronique sont chacune une diode. Cela permet d’avoir un commutateur simple et peu couteux.
Selon une variante de la particularité précédente, le premier organe électronique et le deuxième organe électronique sont chacun un transistor commandé par le microcontrôleur. Cela permet d’éviter un court-circuit en cas de disfonctionnement d’un des deux composants du premier ou deuxième organe électronique d’alternance.
Selon une mise en œuvre du premier exemple et de la première particularité, la diode du premier organe électronique d’alternance comprend une anode reliée à la sortie d’alimentation et une cathode reliée à un nœud de connexion relié à la borne secteur et au premier transistor.
Selon une mise en oeuvre du deuxième exemple et de la première particularité, la diode du deuxième organe électronique d’alternance comprend une anode reliée à la sortie d’alimentation et une cathode reliée à un nœud de connexion relié à la borne charge et au deuxième transistor.
Selon exemple de ce mode de réalisation, le microcontrôleur peut contrôler le commutateur :
- dans un état ouvert empêchant le courant d’alimentation de passer par le premier et deuxième organe électronique de commande entre sa borne charge et sa borne secteur, le dispositif étant dans un mode éteint,
- dans un état alimentation pleine onde dans lequel le premier et deuxième organe électronique de commande sont dans un état fermé pendant une alternance positive ou négative permettant au courant d’alimentation du secteur d’alimenter la charge en pleine onde ;
- dans un état variateur, dans lequel le premier et deuxième organe électronique de commande sont commandés pour hacher l’alimentation secteur permettant de diminuer la tension nominale efficace de l’alternance positive ou négative de l’alimentation du secteur pour varier l’alimentation de la charge.
Selon un cinquième mode de réalisation, le dispositif comprend en outre une alimentation en courant de fuite pour alimenter l’unité domotique lorsque le commutateur est dans un état ouvert, l’alimentation en courant de fuite comprenant une première borne reliée à la borne charge et une deuxième borne reliée à la borne secteur.
Selon un sixième mode de réalisation qui est une variante du mode de réalisation précédent, l’unité domotique commande le commutateur avec un rapport cyclique proche de zéro pour recharger le condensateur lorsque le dispositif est en mode éteint.
Selon un septième mode de réalisation qui est une variante du cinquième mode de réalisation, le circuit d’alimentation comprend deux transistors pour relier les bornes du transformateur en parallèle à l’élément de stockage à la borne secteur et la borne charge et en ce que le microcontrôleur commande en mode éteint les transistors dans un état saturé avec un rapport cyclique proche de zéro pour que le courant de fuite moyen sur une demi-période soit inférieur à un courant d’intensité seuil moyen de l’ordre de <150µA.
Ainsi cela permet à la charge de ne pas être suffisamment alimenter pour fonctionner normalement. Par exemple dans le cas où la charge est une lampe, la lampe ne dépasse pas une luminosité permettant la gêne d’un utilisateur.
Selon un huitième mode de réalisation pouvant se combiner avec les différents modes de réalisation précédent, l’organe électronique domotique est un organe de commande énergivore à l’état allumé. L’organe de commande peut en outre être énergivore à l’état éteint.
Par exemple l’organe de commande est une radio domotique par exemple une radio comprenant un protocole domotique ou norme, tel que le Wifi/Zigbee en mode routeur ou le Bluetooth.
Par Zigbee en mode routeur on entend que la radio permet de recevoir et de transmettre des informations de d’autres dispositifs domotiques à un autre routeur ou à d’autres dispositifs domotiques comprenant un protocole domotique Zigbee. Une telle radio routeur à protocole Zigbee consomme plus d’énergie qu’une radio simple à protocole Zigbee pour uniquement envoyer ou recevoir des informations du dispositif domotique et même plus qu’une radio à protocole de type Bluetooth.
L’organe de commande ou le microcontrôleur est configuré pour appairé le dispositif de commande à une application mobile ou une plateforme.
Selon un exemple de ce mode de réalisation, l’organe de commande est une interface domotique homme/machine de commande ou de contrôle.
Selon une mise en œuvre de cet exemple l’interface homme machine est tactile notamment tactile avec retour type lumineux (sonore, vibratoire…), pour permettre à utilisateur de contrôler le commutateur.
Selon une variante, l’interface homme machine est un capteur de proximité permettant de commander le commutateur à l’état allumé lors d’une détection de l’utilisateur.
Selon une autre variante de cet exemple, l’interface homme machine est un bouton poussoir par exemple sur interrupteur ou sur un encodeur permettant de commander le dispositif dans un mode allumé.
Selon une autre variante de cet exemple l’interface homme machine est un écran tactile permettant à l’utilisateur de contrôler le commutateur en manipulant l’écran tactile.
Selon un autre exemple de ce huitième mode de réalisation, l’organe électronique de commande énergivore comprend une radio domotique comprenant un protocole Zigbee à faible consommation ainsi qu’une interface homme/machine telle qu’un voyant ou plusieurs voyant. En effet, un tel organe électronique comprend plusieurs charges chacune à faible consommation mais cumulés deviennent énergivore nottament à l’état allumé.
Selon un neuvième mode de réalisation, l’organe électronique domotique est un organe d’information comprenant une interface domotique homme/machine d’information. Par exemple l’interface est un écran ou un voyant consommant de l’énergie à l’état allumé.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :
- la figure 1A représente un schéma de principe de blocs fonctionnels d’un art antérieur dans un mode éteint;
- la figure 1B représente une alternance positive dont l’ondulation est découpée selon l’art antérieur ;
- la figure 1C représente le schéma de principe de blocs fonctionnels de l’art antérieur dans un mode allumé ;
- la figure 2 représente un schéma de principe de blocs fonctionnels d’un dispositif d’un mode de réalisation de l’invention dans un mode éteint raccordé à une lampe et un secteur ;
- la figure 3 représente le schéma de principe de blocs fonctionnels du dispositif de la figure 2 dans un mode allumé ;
- la figure 4 représente un chronogramme de différentes mesures au niveau de la lampe et secteur en mode allumé pleine onde ;
- la figure 5 représente un schéma de principe de blocs fonctionnels d’un deuxième mode de réalisation dans un état allumé ;
- la figure 6 un schéma de blocs fonctionnels d’une unité d’alimentation du schéma de principe du dispositif selon le mode de réalisation représenté sur la figure 3 ou 5 ;
- la figure 7 représente un chronogramme de différentes mesures dans le circuit d’alimentation de la figure 6 ;
- la figure 8 un schéma de principe d’un exemple du deuxième mode de réalisation du dispositif de la figure 5 comprenant un schéma électronique de principe de l’unité d’alimentation de la figure 6 et des blocs fonctionnels.
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.
L’invention sera mieux comprise la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Celles-ci sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
Le dispositif domotique de commande électronique à deux fils B comprend une borne charge BL connectée à une borne de la lampe L et une borne secteur BS connectée à une phase du secteur S. L’autre phase du secteur étant connectée à une autre borne de la lampe L. Ainsi, le dispositif domotique de commande électronique à deux fils B comprend que deux bornes extérieures pour être branchées à deux fils.
Le dispositif domotique de commande électronique à deux fils B comprend un commutateur 2 monté entre la borne charge BL et la borne secteur BS. Le commutateur 2 permet de pouvoir varier la tension nominale efficace d’une alternance positive ou d’une alternance négative ou les deux alternances d’une période alternatif du secteur S. Le commutateur 2 comprend un état ouvert appelé aussi état éteint correspondant au dispositif dans un mode éteint réalisant la fonction d’un interrupteur mécanique dans un état ouvert et un état allumé pleine onde réalisant la fonction d’un interrupteur mécanique dans un état fermé. Bien entendu, le commutateur peut aussi être commandé pour varier la tension nominale efficace d’une alternance positive ou négative ou les deux alternances d’une période de l’alimentation alternatif du secteur S. Le commutateur 2 sera expliqué plus en détail dans la suite.
Le dispositif domotique de commande électronique à deux fils B comprend une unité domotique 3 comprenant un microcontrôleur 30 pour commander le commutateur électronique 2 et un organe électronique domotique énergivore tel qu’un organe électronique de commande énergivore. L’organe électronique de commande est dans cet exemple un organe de communication, en l’occurrence une radio domotique 31 pour recevoir et envoyer des informations sur le dispositif domotique de commande électronique à deux fils, par exemple une radio Wifi. La radio domotique 31 est donc reliée au microcontrôleur 30 pour qu’il puisse communiquer des informations avec une application d’un terminal mobile tel qu’un smartphone ou avec une plateforme sur internet.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif domotique de commande électronique à deux fils B comprend une unité d’alimentation en courant de fuite 1 reliée à la borne secteur BS et la borne charge BL pour alimenter l’unité domotique 3 lorsque le commutateur 2 est dans un état éteint. Sur le schéma de principe de la figure 2, des flèches en gras montre le parcours du courant de fuite Ioff à travers les différents blocs fonctionnels du dispositif B. On peut voir ainsi, que l’unité d’alimentation en courant de fuite 1 est traversée par se courant de fuite pour alimenter l’unité domotique 3 dont le microcontrôleur 30 et la radio domotique 31.
Le dispositif domotique de commande électronique à deux fils B comprend une unité d’alimentation 4 comprenant une borne d’entrée 4E et une borne de sortie 4S reliées au commutateur électronique 2 tel que à l’état allumé pleine onde, le passage du courant d’alimentation Ion entre la borne secteur BS et la borne charge BL passe par l’unité d’alimentation 4.
Ainsi, l’alimentation transformateur 400 permet d’alimenter l’unité domotique 3 dont le microcontrôleur 30 tout en gardant le commutateur dans l’état allumé pleine onde, c’est-à-dire sans que le commutateur 2 n’ait besoin de réaliser une gradation pour dévier du courant alimentant la lampe pour l’alimentation de l’unité domotique.
L’unité de d’alimentation 4 est montée entre un potentiel de référence appelé « computing référence » et un potentiel de sortie appelé « Energy_harvesting_Reference ». Le circuit d’alimentation 40 est monté entre le potentiel de référence et le potentiel de sortie. Le microcontrôleur 30 comprend une entrée reliée à ce potentiel de référence pour commander le commutateur 2, notamment pour commander un changement d’état du commutateur au zéro secteur.
L’unité d’alimentation 4 comprend en outre du circuit d’alimentation 40 comprenant l’alimentation transformateur 400, un interrupteur électronique de dérivation 41. L’interrupteur électronique de dérivation 41 comprend une borne reliée au potentiel de référence et une borne reliée au potentiel de sortie et une commande pour le commander. L’interrupteur électronique de dérivation 41 est donc monté en parallèle avec le circuit d’alimentation 40. L’interrupteur électronique de dérivation 41 comprend une position fermée pour court-circuiter le circuit d’alimentation 40 et une position ouverte pour permettre au commutateur 2 d’alimenter le circuit d’alimentation 40.
Le circuit d’alimentation 40 comprend un élément de stockage d’énergie 401 montés en parallèle à l’alimentation transformateur 400.
Le circuit d’alimentation 40 comprend un comparateur 402 comparant une tension Vsense entre le potentiel de sortie et une entrée du comparateur 402 qui est fonction d’une tension aux bornes de l’élément de stockage 401 appelée dans la suite tension d’alimentation Vcc_E_H, avec une tension seuil maximum Vmax et une tension seuil minimum Vmin représentées sur le chronogramme de la figure 7 décrit dans la suite. Le comparateur 402 comprend une sortie de signal reliée à la commande de l’interrupteur électronique de dérivation 41.
Lorsque la tension Vsense fonction de la tension d’alimentation Vcc_E_H a atteint la tension seuil minimum Vmin, le comparateur 402 transmet une tension à sa sortie de signal égale à une tension à sa borne négative entre le potentiel de sortie et la sortie pour commander l’interrupteur électronique de dérivation 41 dans la position ouverte. L’interrupteur électronique de dérivation 41 étant dans la position ouverte, le courant d’alimentation Ion se divise en passant par l’alimentation transformateur 400 et en passant par l’élément de stockage 401 qui le recharge jusqu’à un état chargé correspondant à Vsense égale la tension seuil maximum Vmax.
La tension au borne de l’élément de stockage 401 augmente et lorsque la tension Vsense fonction de la tension d’alimentation Vcc_E_H de l’élément de stockage 401 a atteint la tension seuil maximum Vmax, le comparateur 402 transmet une tension à sa sortie de signal égale à une tension à sa borne positive entre la sortie et le potentiel de sortie pour commander l’interrupteur électronique de dérivation 41 dans la position fermée. Le circuit d’alimentation 40 est donc court-circuité et l’élément de stockage 401 se décharge en alimentant le transformateur 400 diminuant ainsi la tension d’alimentation Vcc_E_H à ses bornes jusqu’à un état déchargé correspondant à Vsense égale la tension seuil minimum Vmin.
Le circuit d’alimentation 40 comprend dans ce mode de réalisation un capteur de niveau de tension 403 de l’élément de stockage d’énergie 401 pour fournir la tension Vsense fonction de la tension aux bornes de l’élément de stockage 401.
Le circuit d’alimentation 40 comprend en outre dans ce mode de réalisation une alimentation comparateur 404 pour alimenter le comparateur 402 selon une tension par exemple de 5V entre le potentiel de sortie et l’alimentation comparateur 404. Ainsi, le comparateur 402 peut transmettre un signal de 5V par exemple, à l’interrupteur électronique de dérivation 41 pour le commander dans la position fermée.
Le circuit d’alimentation 40 comprend en outre dans ce mode de réalisation un fournisseur de tension seuil 405 permettant de transmettre une tension de référence Vref au comparateur pour qu’à la sortie du comparateur lorsque Vsense est inférieur à la tension seuil minimum Vmin, la tension à la sortie du comparateur est égale à la tension correspondant à l’alimentation positive du comparateur, en l’occurrence 5V, jusqu’à ce que la tension Vsense atteigne la tension seuil maximum Vmax. Le fournisseur de tension seuil 405 fournit une tension Vref tel que l’interrupteur électronique de dérivation 41 est dans une position ouverte en ayant à sa commande la tension du potentiel de sortie correspondant au potentiel energie_havesting_reference soit le potentiel à la borne de sortie 4S.
Le circuit d’alimentation 40 comprend en outre dans ce mode de réalisation un redresseur de tension 406. Le redresseur de tension 406 permet de polariser le courant d’’alimentation du circuit d’alimentation 40. Ainsi, l’alimentation du circuit d’alimentation est continue.
Ainsi, lorsque l’interrupteur électronique de dérivation 41 est dans position fermée, la tension Veh est nulle et lorsque l’interrupteur électronique de dérivation 41 est dans la position ouverte, la tension Veh est égale à une tension aux bornes du circuit d’alimentation 40 soustrait de la tension aux bornes du redresseur de tension 406. On peut voir sur ce chronogramme que le courant I_lamp a une forme de sinusoïde provenant du secteur S ininterrompu.
En outre, lorsque l’interrupteur électronique de dérivation 41 est dans la position ouverte, la tension Vsense augmente et lorsqu’elle atteint la tension de seuil maximum Vmax, l’interrupteur électronique de dérivation 41 passe de la position ouverte à la position fermée et la tension Vsense diminue jusqu’à la tension de seuil minimum Vmin qui entraine le passage de la position fermée à la position ouverte de l’interrupteur électronique de dérivation 41.
Le dispositif domotique B de la figure 8 comprend donc le module d’alimentation 32.
Le commutateur électronique 2 comprend en l’occurrence dans ces deux modes de réalisations, un premier organe électronique d’alternance pour contrôler le courant provenant de la borne charge BL vers l’entrée d’alimentation 4E et de la sortie d’alimentation 4S vers la borne secteur BS et un deuxième organe électronique d’alternance pour contrôler le courant provenant de la borne secteur BS vers l’entrée d’alimentation 4E et de la sortie d’alimentation 4S vers la borne charge BL. Le premier et deuxième organe électronique de commande comprend chacun une commande Vcmd reliée au microcontrôleur pour les commander.
Le commutateur électronique 2 comprend dans cet exemple, une première branche et une deuxième branche en parallèle à la première branche. Le premier organe électronique d’alternance comprend sur la première branche, un premier transistor M1 relié à l’entrée d’alimentation 4E et une entrée secteur 2S reliée à la borne secteur BS pour contrôler le courant de la borne secteur BS vers l’entrée d’alimentation 4E et sur la deuxième branche un premier organe électronique D1 relié à la sortie d’alimentation 4S et à une entrée charge 2L reliée à la borne charge BL pour laisser passer le courant uniquement de la sortie d’alimentation 4S vers la borne charge BL. Le deuxième organe électronique d’alternance comprend sur la deuxième branche, un deuxième transistor M2 relié à l’entrée d’alimentation 4E et à l’entrée lampe 2L pour contrôler le courant de la borne charge BS vers l’entrée d’alimentation 4E et sur la première branche un deuxième organe électronique D2 relié à la sortie d’alimentation 4S et à l’entrée secteur 2S pour laisser passer le courant uniquement de la sortie d’alimentation 4S vers la borne secteur BS.
Dans cet exemple, en l’occurrence, le premier et deuxième organe électronique sont des diodes D1, D2, comprenant chacune une anode reliée ensemble à la sortie d’alimentation 4S et une cathode reliée, pour la première diode D1, à l’entrée charge 2L formant un nœud reliant le deuxième transistor M2 à la borne charge BL, pour la deuxième diode D2, à l’entrée secteur 2S formant un nœud reliant le premier transistor M1 et la borne secteur BS.
Le circuit d’alimentation 40 comprend dans cet exemple une alimentation transformateur 400 de type flyback comprenant un transformateur comprenant la bobine primaire 4000 et la bobine secondaire 4001 et un driveur flyback 4002 couplé au transformateur.
L’alimentation transformateur de type flyback 400 comprend à son secondaire une borne reliée à l’entrée alimentation du commutateur 2. Ainsi la tension aux bornes du secondaire du transformateur 400 est comprise entre le potentiel entré d’alimentation « computing_reference » et le potentiel d’alimentation VccOn de l’unité domotique 3.
Dans cet exemple, l’interrupteur électronique de dérivation 41 comprend un transistor M3 permettant dans un état saturé d’être en position fermée et dans un état bloqué d’être en position ouvert. Les transistor M1, M2, M3 sont en l’occurrence dans cet exemple des transistors NMOS.
Dans cet exemple l’interrupteur électronique de dérivation 41 comprend en l’occurrence en outre une diode Zener bidirectionnelle D4 en parallèle avec le transistor M3 de dérivation pour le protéger contre des surtensions.
L’interrupteur électronique de dérivation 41 comprend en outre une résistance R7 reliée à la borne de commande du transistor M3 et au comparateur 402 pour permettre de limiter un courant de commande dans la commande en fonction de la tension de la sortie du comparateur 402. Cela permet de limiter une dégradation du comparateur 402.
Le redresseur de tension 406 du circuit d’alimentation 40 comprend dans cet exemple une borne d’alimentation reliée à la borne d’entrée 4E, une diode D5 et une résistance R1 montée entre le potentiel d’entrée de la borne d’entrée 4E et l’anode de la diode D5. Cela permet de contraindre le sens du courant dans le circuit d’alimentation 40 et ainsi empêcher que du courant provenant par exemple de l’élément de stockage d’énergie 401 ne se décharge par la borne d’alimentation du circuit d’alimentation 40. La cathode de la diode D5 est reliée à l’alimentation transformateur de type flyback, à l’élément de stockage d’énergie 401 qui est en l’occurrence un condensateur C1, au capteur de niveau de tension 403 qui est monté en parallèle au condensateur C1 et à l’alimentation comparateur 404.
L’alimentation comparateur 404 comprend dans cet exemple un régulateur U3 qui est en l’occurrence un régulateur fixe et deux condensateurs de filtrage C5 et C6 reliés ensembles à une borne Gnd du régulateur. Les deux condensateurs C5 et C6 comprennent chacun une borne reliée respectivement à l’entrée et la sortie du régulateur U3.
Le capteur de niveau de tension 403 comprend dans cet exemple une diode Zener D6 et une résistance R2 montée entre la diode Zener D6 et le potentiel de la sortie d’alimentation 4S. La cathode de la diode D5 est reliée à la cathode de la diode zener D6. La tension de référence Vsense est ainsi aux bornes de la résistance R2.
Le fournisseur de tension seuil 405 est montée entre le potentiel de sortie et la sortie du régulateur U3. Le fournisseur de tension seuil 403 comprend en l’occurrence deux résistances R8 et R3 reliées en série et un condensateur C4 en parallèle à la résistance R3 soit entre le potentiel de sortie et le potentiel entre les deux résistances correspondant à la tension Vref.
Selon un exemple de ce mode de réalisation, le comparateur 402 comprend au moins un amplificateur opérationnel U2.
Selon un exemple de ce mode de réalisation, le comparateur 402 comprend un montage trigger de schmitt non inversé.
Le comparateur 402 trigger de schmitt non inversé comprend donc une résistance R5 entre sa sortie et son entrée positive, une résistance R4 ayant une borne reliée à l’entrée positive comprenant à son entrée la tension Vsense correspondant à la tension d’entrée d’un montage trigger de Schmit. La résistance R2 et la diode zener D6 du capteur de niveau de tension sont reliées à une autre borne de la résistance R4. La tension Vsense dans cet exemple est donc une image de la tension aux bornes du condensateur C1 en parallèle au capteur de tension 403.
En l’occurrence, la résistance R7 de l’interrupteur électronique de dérivation 41 est donc montée entre la sortie de l’amplificateur opérationnel U2 du comparateur trigger de schmitt et la commande du transistor M3 de dérivation. Ainsi la résistance R7 permet en fonction de la tension de sortie de l’amplificateur opérationnel U2 de fournir le courant nécessaire pour que le transistor passe dans un état saturé ou un courant insuffisant passant le transistor à l’état bloqué.
Naturellement, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l’invention.
Claims (10)
- Dispositif domotique de commande électronique à au moins deux fils (B) pour commander l’alimentation d’une charge, le dispositif comprenant :
- au moins une borne charge (BL) pour être connectée à une charge,
- une borne secteur (BS) pour être connectée à une phase d’un secteur (S),
- un commutateur électronique (2) reliée entre la borne charge et la borne secteur (BS) pour commander un courant d’alimentation (Ion) alimentant la charge (L),
- une unité domotique (3) comprenant un microcontrôleur (30) pour commander le commutateur électronique (2) au moins dans un état allumé et un organe électronique domotique énergivore au moins dans un état allumé,
- une unité d’alimentation (4) comprenant une borne d’entrée (4E) et une borne de sortie (4S), reliées au commutateur électronique (2), pour que le courant d’alimentation (Ion) traverse l’unité d’alimentation (4) entre la borne secteur (BS) et la borne charge (BL), l’unité d’alimentation (4) comprenant :
- un circuit d’alimentation (40) comprenant :
- un élément de stockage d’énergie (401) relié aux bornes d’entrée (4E) et de sortie (4S) de l’unité d’alimentation (4),
- une alimentation transformateur (400) comprenant une bobine primaire (4000) montée en parallèle à l’élément de stockage d’énergie et une bobine secondaire (4001) pour alimenter l’unité domotique (3) dont le microcontrôleur (30),
- un interrupteur électronique de dérivation (41) relié entre la borne de sortie (4S) et la borne d’entrée (4E) en parallèle avec le circuit d’alimentation (40), l’interrupteur électronique de dérivation (41) comprenant une commande reliée au circuit d’alimentation (40) pour le commander soit dans une position ouverte permettant l’alimentation du circuit d’alimentation (40) lorsque l’élément de stockage (401) est dans un état déchargé jusqu’à ce qu’il soit dans un état chargé, soit dans une position fermée pour court-circuiter le circuit d’alimentation (40) lorsque l’élément stockage (401) est dans l’état chargé jusqu’à ce qu’il soit dans l’état déchargé.
- un circuit d’alimentation (40) comprenant :
- Dispositif domotique de commande électronique à au moins deux fils (B) selon la revendication 1, comprenant un comparateur (402) comparant une tension (Vsense) fonction de tension d’alimentation (Vcc_E_H) de l’élément de stockage d’énergie (401) avec une tension seuil maximum (Vmax) et une tension seuil minimum (Vmin),
dans lequel le comparateur (402) comprend une sortie de commande reliée directement à la commande de l’interrupteur électronique de dérivation (41) et comprend un état commande fermeture dans lequel le comparateur (402) comprend une tension à sa sortie pour commander l’interrupteur électronique de dérivation (41) dans la position fermée et un état commande ouverture dans lequel la tension à la sortie du comparateur (402) commande l’interrupteur électronique de dérivation (41) dans la position ouverte et en ce que le comparateur passe de l’état commande ouverture à l’état commande fermeture lorsque la tension (Vsense) fonction de la tension aux bornes de l’élément de stockage d’énergie est supérieure à la tension seuil maximum (Vmax) et en ce le comparateur passe de l’état commande fermeture à l’état commande ouverture lorsque la tension (Vsense) fonction de la tension aux bornes de l’élément de stockage d’énergie est inférieure à la tension de seuil minimum (Vmin). - Dispositif domotique de commande électronique à deux fils (B) selon la revendication précédente dans lequel le circuit d’alimentation comprend une alimentation comparateur (404) pour fournir une tension au comparateur.
- Dispositif domotique de commande électronique à au moins deux fils (B) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le circuit d’alimentation (40) comprend un capteur de niveau de tension (403) de l’élément de stockage (401) pour fournir la tension (Vsense) fonction de la tension aux bornes de l’élément de stockage (401).
- Dispositif domotique de commande électronique à au moins deux fils (B) selon l’une des revendication 2 à 4, dans lequel le circuit d’alimentation (40) comprend un fournisseur de tension seuil (405) permettant de fournir la tension seuil minimum (Vmin) et la tension seuil maximum (Vmax) au comparateur (404).
- Dispositif domotique de commande électronique à au moins deux fils selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le comparateur est un montage trigger de schmitt.
- Dispositif domotique de commande électronique à au moins deux fils (B) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel
le commutateur électronique (2) comprend :- une entrée charge (2L) reliée à la borne charge (BL),
- une entrée secteur (2S) reliée à la borne secteur (BS),
- une entrée d’alimentation reliée à la borne d’entrée (4E),
- une sortie d’alimentation reliée à la borne sortie (4S),
- un premier organe commandé électroniquement d’alternance pour contrôler le courant provenant de la borne charge (BL) vers l’entrée d’alimentation (4E) et de la sortie d’alimentation (4S) vers la borne secteur (BS),
- un deuxième organe électronique d’alternance pour contrôler le courant provenant de la borne secteur (BS) vers l’entrée d’alimentation (4E) et de la sortie d’alimentation (4S) vers la borne charge (BL),
dans lequel le premier et deuxième organe électronique de commande comprend chacun une commande reliée au microcontrôleur (30) pour les commander.
- Dispositif domotique de commande électronique à au moins deux fils (B) selon la revendication précédente dans lequel :
- le commutateur comprend :
- une première branche
- une deuxième branche en parallèle à la première branche,
- le premier organe électronique d’alternance comprenant :
- sur la première branche, un premier transistor (M1) monté entre l’entrée alimentation et l’entrée charge (2L) pour contrôler le courant le courant d’alimentation (Ion) de la borne charge vers l’entrée d’alimentation et
- sur la deuxième branche un premier organe électronique (D1) relié à la sortie d’alimentation pour laisser passer le courant d’alimentation (Ion) de la sortie d’alimentation vers l’entrée secteur (BS) et
- le deuxième organe électronique d’alternance comprenant :
- sur la deuxième branche, un deuxième transistor (M2) relié à l’entrée d’alimentation pour contrôler le courant d’alimentation (Ion) de l’entrée secteur (2S) vers l’entrée d’alimentation et
- sur la deuxième branche un deuxième organe électronique (D2) relié à la sortie d’alimentation pour laisser passer le courant d’alimentation (Ion) de la sortie d’alimentation vers l’entrée charge (2L).
- le commutateur comprend :
- Dispositif domotique de commande électronique à au moins deux fils (B) selon la revendication 7 ou 8 dans lequel le microcontrôleur peut contrôler le commutateur:
- dans un état ouvert empêchant le courant d’alimentation de passer par le premier et deuxième organe électronique de commande entre sa borne charge et sa borne secteur, le dispositif étant dans un mode éteint,
- dans un état alimentation pleine onde dans lequel le premier et deuxième organe électronique de commande sont dans un état fermé pendant une alternance positive ou négative permettant au courant d’alimentation du secteur d’alimenter la charge en pleine onde,
- dans un état variateur, dans lequel le premier et deuxième organe électronique de commande sont commandés pour hacher l’alimentation secteur permettant de diminuer la tension nominale efficace de l’alternance positive ou négative de l’alimentation du secteur pour varier l’alimentation de la charge.
- Dispositif domotique de commande électronique à au moins deux fils selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une alimentation en courant de fuite (1) pour alimenter l’unité domotique (3) lorsque le commutateur est dans un état ouvert, l’alimentation en courant de (1) comprenant une première borne reliée à la borne charge (BL) et une deuxième borne reliée à la borne secteur (BS).
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