OA10527A - Cellule pour entrées alternatives destinée à des circuits d'acquisition d'informations - Google Patents
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Description
1 010527
CELLULE POUR ENTREES ALTERNATIVES DESTINEE A DES CIRCUITS D’ACQUISITION D'INFORMATIONS.
Objet de l'invention.
La présente invention se rapporte essentiellementà une cellule pour entrées alternatives destinée à descircuits d'acquisition d'informations, et plusparticulièrement en milieu ferroviaire.
Arrière-plan technologique.
Actuellement, les cellules pour entréesalternatives destinées à des circuits d'acquisitiond'informations sont essentiellement constituées de relaismécaniques de sécurité qui sont reliés entre eux par desimples câblages.
Buts de l'invention.
La présente invention vise à proposer une cellulepour entrées alternatives destinées à des circuitsd'acquisition d'informations, et en particulier dans ledomaine ferroviaire, qui présente un comportement au moinséquivalent au point de vue de la sécurité que celui de l'étatde la technique tout en gardant des avantages propres, quisont un encombrement réduit, une plus grande facilité demaintenance et d'adaptation ainsi qu'une longévitésupérieure. 010527
Plus particulièrement, la présente invention viseà proposer une cellule où la lecture par erreur s'effectuetoujours dans le sens de la sécurité.
La présente invention vise également à détecter desdéfaillances qui pourraient se produire dans les différentséléments constitutifs de la cellule.
La présente invention vise en outre à minimiserl'influence de la variation des caractéristiques descomposants utilisés sous l'effet d'un facteur extérieur tellequ'une hausse de température, par exemple.
Principaux éléments caractéristiques de la présente invention.
La présente invention se rapporte à une cellulepour entrées alternatives destinée à des circuitsd'acquisition d'informations, comprenant au moins undispositif de détection d'une tension supérieure à laréférence pour l'alternance positive à la tension d'entrée,et un dispositif de détection d'une tension supérieure à laréférence pour l'alternance négative de la tension d'entrée.
Chacun de ces dispositifs de détection comprend unediode zener, un optocoupleur comprenant une LED d'émission,une diode et une résistance, ces éléments étant disposés ensérie.
Selon une première forme d'exécution préférée dela présente invention, les éléments constituant chacun desdeux dispositifs de détection mentionnés ci-dessus sontdisposés sur une branche, les deux branches étant disposéesen parallèle.
Dans ce cas, les éléments constituant le dispositifde détection pour l'alternance négative sont disposés enmontage inverse par rapport à ceux constituant le dispositifde détection pour l'alternance positive.
Selon une autre forme d'exécution, les deux dispositifs de détection sont disposés en série sur une même branche. Dans ce cas, les éléments constituant le dispositif de détection pour l'alternance négative sont montés en 010527
La figure 3 montage inverse par rapport à ceux constituant le dispositifde détection pour l'alternance positive.
De manière particulièrement avantageuse, on adisposé sur chacun des optocoupleurs une résistance enparallèle, de manière à permettre la limitation del'influence du courant de fuite des diodes zeners.
Brève description des figures.
La présente invention sera décrite plus en détailsà l'aide des figures suivantes :
Les figures 1 et 2 représentent des schémas de principe quimontrent les éléments essentielsconstituant un dispositif selon laprésente invention. représente une forme d'exécution mise enpratique du dispositif selon laprésente invention en appliquant lesprincipes décrits dans les figures 1 et 2.
Description de plusieurs formes d'exécution préférées de 1'invention.
Afin de comprendre les principes qui sous-tendentl'élaboration du dispositif selon la présente invention, onse référera essentiellement aux figures 1 et 2, où sontrepris les principaux éléments caractéristiques.
Le dispositif selon la présente invention, appelécommunément cellule pour entrées alternatives pour circuitsd'acquisition d'informations, tel que représenté à la figure1, est essentiellement composé de deux branches appeléesbranches A et B, qui comprennent respectivement un dispositifde détection d'une tension supérieure à la référence pourl'alternance positive à la tension d'entrée (branche A) etun dispositif de détection d'une tension supérieure à laréférence pour l'alternance négative de la tension d'entrée(branche B).
De manière générale, le seuil en tension estréalisé en mesurant le temps pendant lequel, au cours d'une 010527 alternance, la tension d'entrée est supérieure à la tensionde référence. Si ce temps est supérieur au temps limiteprédéfini, alors on considère que la tension d'entrée estsuffisante; dans le cas contraire, on considère qu'il n'y apas une tension suffisante à l'entrée.
Les branches A et B comprennent les mêmes éléments,mais disposés selon un montage inverse. La branche A, quiconstitue le dispositif de détection pour l'alternancepositive, comprend une diode zener DZ1, un optocoupleur Ul,une diode D2 et une résistance RI, ces éléments étantdisposés en série; tandis que la branche B qui constitue ledispositif de détection pour l'alternance négative comprendune diode zener DZ2, un optocopleur U2, une diode D4 et unerésistance R3, également disposés en série mais selon unmontage inverse.
Selon une autre forme d'exécution préféréereprésentée à la figure 2, il est envisageable de disposertous les éléments représentés sur les branches A et 3 à lafigure 1, sur une seule branche, les deux séries d'élémentsdiode zener DZ1, optocoupleur Ul et diode zener DZ2,optocoupleur U2 étant disposés en montage inverse.
Le principal inconvénient de ce montage décrit àla figure 2 réside dans le fait que les diodes zeners DZ1 etDZ2 peuvent présenter un courant de fuite particulièrementimportant qui augmente avec la température.
Avantageusement, afin de résoudre ce problème, ondispose une résistance R7 ou R13 en parallèle sur les LED desoptocoupleurs Ul et U2.
On pourrait également envisager de disposer unautre élément en parallèle avec Ul ou U2 qui aurait la mêmefonction. Néanmoins, la résistance semble être l'élément deconception le plus sûr et le plus simple.
Cette disposition présente l'avantage essentield'obtenir un seuil en courant.
Un autre avantage de cette disposition est un gainen volume et un gain en sécurité. 010527
La figure 3 décrit un exemple pratique d'undispositif selon la présente invention, utilisant lesprincipes décrits dans la figure 2.
Le dispositif décrit à la figure 3 est une celluled'entrées alternatives 110 volts - 50 Hertz comprenantessentiellement 3 blocs fonctionnels disposés en cascade.
Le premier bloc (bloc I) permet essentiellement delimiter les surtensions.
Le second bloc (bloc II) garantit la consommationen puissance de l'entrée.
Le troisième bloc (bloc III) réalise le seuil entension de la cellule, ainsi que l'isolation galvanique entrel'entrée et les chaînes de traitement de sortie.
Le bloc I est constitué par une varistance VR1, unerésistance R5, des diodes et des éclateurs en vue de protégerla cellule contre les surtensions, tandis que le bloc II quiassure la consommation nominale minimale (puissance réactive)est constitué par une capacité "4 bornes" C4 couplant lesbornes d'entrée de la cellule au bloc III qui assure lui-mêmele seuil en tension.
La varistance VR1 écrête les surtensionsapparaissant lors de décharges en différentiel, tandis quela résistance R5 limite l'amplitude des pointes de courantdans la capacité "4 bornes" C4 lors des décharges, ainsi queles dV/dt.
La capacité "4 bornes" C4 doit être déterminée defaçon à garantir une consommation minimale pour une tensiond'entrée de 50 Hertz donnée.
Le dispositif de détection d'une tension supérieureà la référence pour l'alternance positive de la tensiond'entrée, qui est situé sur la branche A, est essentiellementconstitué des éléments décrits aux figures 1 et 2 : la diodezener DZl, 1'optocoupleur Ul, la diode D2 et la résistanceRI, tandis que le dispositif de détection d'une tensionsupérieure à la référence pour l'alternance négative de latension d'entrée, qui est situé sur la branche B, est 010527 essentiellement constitué des mêmes éléments que ceux décritsaux figures 1 et 2 : la diode zener DZ2, 1'optocoupleur U2,la diode D4 et la résistance R3.
En outre, un fusible Fl ou F2 est présent danschacune des branches A ou B.
Le critère de choix principal pour les deuxoptocoupleurs principaux Ul et U2 est de fonctionner avec uncourant de LED le plus faible possible, afin de permettre dedissiper un minimum de puissance dans les résistances sériesRI et R3. Cela permet également de minimiser la contributionde la caractéristique de la LED d’émission dans la valeur duseuil en tension.
La mesure du temps de conduction des optocoupleursUl et U2 se fait en échantillonnant 32 fois à intervallesréguliers de 20 millisecondes (correspondant donc à unefréquence de 50 Hertz), le niveau électrique fourni auxchaînes de traitement de sortie et en comptabilisant lenombre d'échantillons pour lesquels on a un état logique "0".
La LED d'émission de Ul émet pendant tout le tempsoù la tension d'entrée est supérieure à la tension de seuilde la branche A. L'émission de cette LED de 1'optocoupleurUl se matérialise par la mise à la masse des résistances R2,R9 et RIO disposées en "Pull Up" sur 1 ' optocoupleur Ul,conduisant ainsi au blocage de Ql et à la lecture d'un niveaulogique "0" sur l'entrée du multiplexeur scruté par la chaîneA de traitement (émetteur Ql).
La LED d'émission de U2 émet pendant tout le tempsoù la tension d'entrée est supérieure à la tension de seuilde la branche B. L'émission de cette LED de 1 ' optocoupleurU2 se matérialise par la mise à la masse des résistances R4,Rll et R12 disposées en "Pull Up" sur 1'optocoupleur U2,conduisant ainsi à la lecture d'un niveau logique "0" surl'entrée du multiplexeur scruté par la chaîne B de traitement(collecteur du transistor de sortie de U2).
Les critères de sécurité garantis pour les cellulesd'entrée 110 volts AC sont au nombre de deux : 010527 capacité 4réalisation le seuil de détection ne doit pas chuter en-dessousd'une limite pour une tension sinusoïdale de 50 hertz;la puissance consommée sous une tension sinusoïdale de50 hertz pour une entrée dans l'état logique 1 ne peutchuter sous une seconde valeur limite.
Il convient de noter qu'à l'exception de labornes, les composants utilisés pour lad'une cellule d'entrées alternatives ne présentent aucune garantie de sécurité intrinsèque. De cefait, la sécurité doit reposer sur l'utilisation de laredondance et un contrôle de la cohérence des informationsmises à la disposition des chaînes de traitement.
En particulier, la chaîne de traitement A scrutela tension sur l'émetteur Ql, tandis que la chaîne B estconnectée au collecteur du transistor de sortie de1'optocoupleur U2. A la fin de chaque cycle de scrutation,A et B échangent à des fins de vérification mutuelle leurpropre valeur sur le nombre d'échantillons pris alors que Ulou U2 étaient conducteurs.
Les signaux utiles à la sortie de la cellule seprésentent naturellement sur les collecteurs desoptocoupleurs de sorties avec un niveau d'impédance de sortieélevé pour l'état électrique "1" et un niveau d'impédancefaible pour l'état électrique "0". Une précaution consistealors à utiliser uniquement pour la chaîne de traitement A,un étage tampon à transistor inversant le niveau desimpédances de sortie de façon telle que l'on a cette fois unniveau d'impédance faible pour l'état électrique "1" et unniveau d'impédance élevé pour l'état électrique "0".
Cette caractéristique présente le risque de pouvoirréaliser sur les deux chaînes de traitement une fonction "OU"logique (du point de vue de l'état des entrées) en cas dedéfauts consistant en l’apparition de court-circuit entre lessignaux de sortie des différentes cellules. 010527 8
Cet étage tampon est constitué par le transistor Q1 et la résistance R6 placés dans la chaîne de traitement A.
En créant ainsi une dissymétrie entre les deux5 chaînes, on profite en cas d'apparition de circuitsconducteurs parasites multiples, touchant éventuellement lesmêmes cellules pour les deux chaînes de traitement, ducomportement suivant : l'équivalent d'une fonction OU (auniveau électrique) câblée est réalisée sur les cellules de 10 la chaîne A, tandis que l'équivalent d'un ET (au niveauélectrique) câblé est réalisé sur les cellules de la chaîne B.
Ceci conduit à la détection d'une divergence entrechaînes de traitement, dès que les deux cellules concernées 15 par les circuits conducteurs parasites se trouvent dans desétats différents.
Claims (5)
- 9 010527 REVENDICATIONS1. Cellule d'entrées alternatives destinée àdes circuits d'acquisition d'informations et enparticulier en milieu ferroviaire, comprenant au moinsdeux chaînes (A et B) d'éléments identiques disposées demanière inverse sur les deux chaînes, chaque chaînecomprenant au moins une diode zener (DZ1 ou DZ2) , unoptocoupleur (U1 ou U2) comprenant une diode LED, unediode (D2 ou D4 ) et une résistance (RI ou R3 ) , chacun deces éléments étant disposé en série.
- 2. Cellule selon la revendication 1,caractérisée en ce que les deux chaînes (A et B) sontdisposées en parallèle, les éléments de la première chaîneétant montés selon un montage inverse par rapport auxéléments de la seconde chaîne.
- 3. Cellule selon la revendication 1,caractérisée en ce que les deux chaînes d'éléments (A etB)sont mises en série, les éléments de la première chaîneétant montés selon un montage inverse par rapport auxéléments de la seconde chaîne.
- 4. Cellule selon l'une quelconque desrevendications précédentes, 'caractérisée en ce qu'unerésistance (R7 ou R13) est disposée en parallèle sur ladiode LED de chacun des optocoupleurs (U1 ou U2).
- 5. Cellule selon l'une quelconque desrevendications précédentes, caractérisée en ce qu'ellecomprend sur une seule des chaînes (A) un étage tampon àtransistor (Q1 et R6) inversant le niveau des impédancesde sortie.
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