WO2000016174A1 - Appareil electrique a commande par la tension d'alimentation, fonctionnant en alternatif ou continu - Google Patents

Appareil electrique a commande par la tension d'alimentation, fonctionnant en alternatif ou continu Download PDF

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WO2000016174A1
WO2000016174A1 PCT/FR1999/002162 FR9902162W WO0016174A1 WO 2000016174 A1 WO2000016174 A1 WO 2000016174A1 FR 9902162 W FR9902162 W FR 9902162W WO 0016174 A1 WO0016174 A1 WO 0016174A1
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input
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microcontroller
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PCT/FR1999/002162
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Olivier Meyer
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Crouzet Automatismes
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/16—Indicators for switching condition, e.g. "on" or "off"
    • H01H9/167—Circuits for remote indication
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output
    • G05B19/0425—Safety, monitoring

Definitions

  • the invention relates to an electronic device with electronic control, permanently supplied with alternating or continuous power, and an operating mode of which can be triggered by the application of the supply voltage to a control input of the device.
  • a typical example of a device concerned by the invention is a timer which is normally permanently supplied, and which closes or opens a relay for a determined period after closing of an electrical control contact which applies the supply voltage ( 230 volts sector for example) on the timer control input. Or a timer which closes or opens a relay after a specific time has elapsed since the closing of this control contact.
  • the invention can be applied to many other electrical devices as soon as a functionality of these devices is triggered by the application, on a control input, of a voltage which is the voltage permanently supplying the apparatus.
  • Figure 1 shows the general principle of the device we want to achieve, and we will consider in the following that it is a timer.
  • the device AP has two permanent external supply terminals A and B intended to receive an alternating voltage (mains voltage of 230 volts for example) or a direct voltage (for example 12 volts or 24 volts).
  • an alternating voltage mains voltage of 230 volts for example
  • a direct voltage for example 12 volts or 24 volts.
  • the device also includes a control input E and, if the functionality of the device requires it, output terminals, here S1, S2, S3.
  • S1, S2, S3 are the output terminals of a relay internal to the device.
  • the control input E triggers the operation of the device if it is brought to the potential of the power supply terminal B, for example by closing a contact SW connected between E and B.
  • This contact SW can be a switch mechanical or electronic.
  • FIG. 1 also shows a load LD placed in parallel between terminal A and the control input E, this load therefore consuming a current as soon as the input E ceases to be at the potential of A, by example if one carries the entry E to the potential of B.
  • the load LD can be any simply an indicator light which shows that the timer has been triggered.
  • This load connected to the control input E makes it more difficult to design the internal control circuits of the device as a result of the leakage currents flowing in this load when the contact SW is open.
  • An object of the invention is to provide a control circuit which operates despite the possible presence of this load.
  • Another object of the invention is to propose a control circuit which operates for different values of the supply voltage of the device, that is to say which can be connected directly to the supply voltage whatever the level thereof in a wide range of values.
  • the device contains an internal electronic circuit CE ensuring the desired functionality (control of the timer duration and control of the output relay for example) and operating under low continuous voltage Vdd (5 volts for example).
  • the internal electronic circuit then includes a detection input DT and the observation of the voltage level on this input DT allows the desired operation of the device to be triggered.
  • the voltage Vdd is produced from a rectification, filtering and regulation circuit RD.
  • the control input E of the device is connected to the detection input DT by a rectifying diode D and a resistor R.
  • a filtering and voltage level regulation circuit can be placed in parallel between the input of detection DT and the reference potential 0 of the supply Vdd.
  • This solution has the disadvantage of being usable only for devices operating with only one possible supply voltage (for example 230 volts AC) because the value of the resistance R must be adapted to each supply voltage.
  • the voltage level on the detection input DT after closing the contact SW must indeed be precisely defined for the circuit to function correctly.
  • this solution also has the disadvantage of a coupling between the external power supply and the detection input DT by via the load LD when the contact SW is open, and this coupling is not desirable
  • Apparatuses such as that of FIG. 3 have also been proposed, using a photocoupler to galvanically isolate the control input E and the detection input DT.
  • the control input E is connected to a series assembly of a rectifying diode D, a current limiter SC and the input of a photocoupler PH.
  • This series assembly is also connected to the supply terminal A and the photocoupler is activated when the control input E is set to the potential of terminal B by the contact SW.
  • the output of the photocoupler PH is connected in series between on the one hand the supply voltage Vdd of the internal electronic circuit CE and on the other hand the detection input DT.
  • the filtering and regulation rectification circuit RD which produces the voltage Vdd, is identical to that of FIG. 2.
  • a filtering circuit can also be placed in parallel between the detection input DT and the reference potential at 0 volts.
  • This circuit of FIG. 3 can operate with a supply voltage having several possible levels (if at least the rectification, filtering and regulation circuit RD allows it). But it is expensive because of the photocoupler and its current limiter.
  • the present invention proposes a different construction, not using a photocoupler, based on the use of a monoalternation rectification to produce the low continuous voltage Vdd, of a resistive divider bridge to apply this low voltage to the input detection. DT, and digital processing making it possible to deduce from the form of the signal present on the detection input DT the position of the contact SW, even in the case where an external load LD is connected to this contact.
  • the low voltage Vdd produced to supply the internal electronic circuits is established on a conductor connected to one of the external supply terminals (the one which is also connected to the contact SW); on the other hand the resistive divider bridge, the intermediate point of which is connected to the detection input DT, is placed in series between the control input of the device and the reference potential at zero volts of the supply to continuous low voltage Vdd.
  • the resistive divider bridge is placed in series between the control input of the device and the reference potential at zero volts of the supply to continuous low voltage Vdd.
  • the present invention provides an electrical device having two external power supply terminals and comprising an electrical circuit performing a determined function under the command to close or open an electrical contact which can be connected between a first of the terminals.
  • external power supply and a control input the apparatus further comprising: - an electronic decision circuit supplied by two conductors, one of which is at a reference potential and the other is at a low DC voltage Vdd, the decision circuit having a signal detection input and an output which can take two states depending on the nature of the signal present on the detection input, this output controlling said determined function of the electrical circuit,
  • a continuous low-voltage power supply circuit itself supplied by the two external supply terminals, this circuit carrying out a monoaitemance rectification and having for outputs the conductors at reference potential and at voltage Vdd, the apparatus being characterized in that: a) the conductor at voltage Vdd is connected to an external supply terminal, b) the control input of the device is connected by a first resistor R1 to the detection input of the decision circuit , c) the detection input is connected by a second resistor R2 to the conductor at the reference potential, d) the decision circuit comprises electronic means for,
  • the decision circuit will preferably be constituted by a microcontroller which can perform other functions in the device and which, for the purposes of the invention, comprises a program for testing the voltage level present on the detection input, and for comparing this voltage with a predetermined threshold, the program comprising a periodic test and carrying out the control of the passage of the output in the second state if n successive tests show that the voltage level exceeds the predetermined threshold, n being a number chosen according to the period of the tests and the period of the alternating current of networks likely to supply the device (50 Hz and / or 60 Hz in particular).
  • FIGS. 1 to 3 already described represent an electrical appliance according to the prior art
  • FIG. 4 represents the construction of an electrical appliance according to the invention
  • FIG. 5 shows a table of the different voltage level configurations possible on the detection input DT.
  • the device according to the invention therefore comprises two external supply terminals A and B, a control input E, and outputs depending on the functionalities of the device, for example here three outputs S1, S2, S3.
  • the device can be a timer, the outputs of which are linked together by a switch such that in a resting state the output S1 is connected to the output S2 and in an activated state the output S1 is connected to the output S3; when the timer receives on its control input E a voltage equal to the supply voltage present on terminal B, it triggers the switching of the switch from the idle state to the activated state; then, after a time determined by an internal electronic circuit, the timer returns the switch to the rest state.
  • This example of device and operating mode are not limiting.
  • the electronic circuit which controls the operation of the device is preferably essentially constituted by a microcontroller MC, that is to say a microprocessor provided with a working memory and a program memory.
  • This microcontroller is supplied by a low direct voltage Vdd of a few volts, using two conductors, one of which will be considered to be at a zero reference potential and the other to a potential Vdd. It will be considered below that Vdd is the positive potential of the continuous supply of the microcontroller.
  • the microcontroller MC has inputs and outputs, and in particular a DT input which is called detection input because one of the functions of the microcontroller will be to scan the voltage on this DT input to execute actions (timing in the case of 'a timer) for certain signal configurations present on this input.
  • the microcontroller also has in particular an output S connected to the input of an AMP amplifier; the amplifier output controls the relay coil which toggles the switch connected to terminals S1, S2, S3. The amplifier is useless if the microcontroller provides sufficient power on output S.
  • the electrical device of FIG. 4 also includes a continuous low voltage supply circuit AL, which receives its energy from the external supply terminals A and B and which supplies a reference potential at zero and a potential at Vdd on both. conductors which supply the MC microcontroller with energy.
  • AL continuous low voltage supply circuit
  • the supply circuit AL is a rectification, filtering and regulation circuit, but it should be specified that the rectification is a mono-alternation rectification, which has been symbolized in FIG. 4 by a single diode D1 in series with the conductor which brings the current from the external supply terminal A to the supply circuit AL.
  • the supply terminal B is connected directly to the conductor at potential Vdd; the voltage regulation which produces a voltage Vdd of 5 volts from the supply voltage between A and B then acts on the conductor at the reference potential and not on the conductor at Vdd.
  • This regulation being generally made by a switching circuit
  • FIG. 4 shows a switch in series between terminal A and the conductor at the reference potential. This switch is controlled by a voltage regulation circuit RG.
  • the control terminal E of the device is connected by a resistor R1 to the detection input DT of the internal electronic circuit CE, here the input DT of the microcontroller.
  • a resistor R2 is provided between the detection input DT and the supply conductor at the reference potential at 0 volts.
  • This latter resistor can be an integral part of the electronic input circuit; for example it can be an integral part of the integrated circuit constituting the microcontroller. If the microcontroller does not have such a built-in resistor between the DT input and the reference conductor, one must be placed outside the microcontroller.
  • the correct functioning of the electronic circuit requires that the detection input DT be protected against the application of excessively high positive voltages or negative voltages; protection diodes are provided between this input and the two supply conductors at Vdd and zero. These protection diodes being in any case provided in almost all integrated circuits, it will generally not be necessary to plan to add more.
  • the operation of the device is as follows: it is permanently supplied by a supply voltage applied between terminals A and B.
  • This voltage is an alternating or direct voltage and its level can be fixed (device operating on a mono supply -tension) or have several possible values (multi-voltage supply): this depends on the structure of the supply circuit AL which supplies the low voltage Vdd.
  • the simplest supply circuits support only one external supply voltage value, but the more sophisticated circuits and in particular the circuits operating by chopping can establish at their output a voltage Vdd while they are supplied by a voltage which can take several levels, either continuously (for example 12 volts and 24 volts) or alternating (for example any alternating voltage between 20 volts and 264 volts).
  • the invention is particularly interesting in the case where this type of multi-voltage supply circuit is used.
  • the electrical appliance, timer or other, being permanently supplied, it is not its energization by terminals A and B which triggers its operation or its passage into a particular mode of operation. But this operation is triggered by powering up the control input E, and more precisely in the case of the assembly shown in FIG. 4 (terminal B connected to Vdd) it is the fact of carrying the control input E at the potential of terminal B which triggers the desired operation or operating mode.
  • the user of the device generally connects a SW contact (mechanical or electronic switch, relay, etc.) between terminals B and E.
  • a SW contact mechanical or electronic switch, relay, etc.
  • a load LD can be connected by the user between terminals E and A of the device, for example an indicator light which lights up when the contact SW closes.
  • the potential Vdd is applied to the end of the resistor R1.
  • the potential of the detection input DT takes a value Vdd.R2 / (R1 + R2) defined by the divider bridge R1, R2.
  • the division ratio R2 / (R1 + R2) must be chosen so that the detection input sees a high logic level when the contact SW is closed, the level being low when the contact is open.
  • the rectification carried out by the supply circuit AL is of the mono-alternation type and it is then necessary to respect the polarity of the voltage to be applied between the terminals A and B: positive potential on terminal B, negative on terminal A.
  • Load LD receives a negative potential (the general supply voltage value being assumed to be greater than Vdd and terminal B being at potential Vdd).
  • the detection input DT is pulled by the load LD and the resistor R1 to a negative potential, but in fact remains at zero due to one of the protection diodes internal to the microcontroller.
  • the logic level on the DT input is a low level.
  • the load LD and the resistor R1 pull the input DT alternately towards a negative potential (positive voltage alternations on terminal B) and towards a positive potential (negative voltage alternations).
  • the protection diodes of the microcontroller clip respectively at around zero volts and around Vdd the voltage variations thus generated on the input DT by the AC supply voltage.
  • the voltage present on this input is a succession of clipped slots at 0 and Vdd respectively.
  • the DT input therefore sees, at the frequency of the power sector (50 Hz or 60 Hz in general), an alternation of low and high logic levels. 2) SW contact closed
  • the microcontroller For the microcontroller to detect the state of the contact SW and trigger the desired operation regardless of whether an LD load is present or absent, it must be able to distinguish the following two states from the input: - state 1: the potential of the input is at a low logic level or it alternates periodically between a low logic state and a high logic state; in these two cases, the microcontroller recognizes an open SW contact and draws a consequence from it on the triggering of the functionalities of the device;
  • This determination of the state of the DT input can be carried out by programming the microcontroller in an appropriate manner, knowing that the alternating voltage possibly present in state 1 has a known period which is that of the sector (50 Hz or 60 Hz ); we can therefore ask the microcontroller to determine if the voltage is at the low logic level at least once every half-period, and ask it to deduce therefrom that the contact SW is closed; or to check that the logic level remains high from one half-period to the next and to deduce therefrom that the contact SW is closed.
  • the microcontroller can be programmed so that it successively records the voltage levels every 4 milliseconds and that it keeps in memory at all times the level of the last four logical values detected. If the four values are high, the contact has been closed; otherwise it is open. It can of course be expected that the electrical appliance is not triggered until after a new series of four measurements confirming the succession of four high logic levels. This number of four successive measurements made every 4 milliseconds allows detection both for a sector frequency of 50 Hz and for a frequency of 60 Hz.
  • time base period must not be equal to the period of the sector nor a multiple of this period.
  • resistors R1 and R2 must be made taking into account that it is generally desirable to limit the leakage current in the load LD when the contact SW is open. Resistors of several hundred kilohms may be used. The ratio R2 / (R1 + R2) must be high enough for the voltage value Vd.R2 / (R1 + R2) to correspond to a high logic level. Furthermore, the resistor R1 alone must withstand almost all of the mains voltage when the contact SW is open, and this must be taken into account in its design.

Abstract

L'invention concerne un appareil électrique, tel qu'une minuterie, qui est alimenté en permanence par le secteur entre deux bornes A et B dont le fonctionnement peut être déclenché en portant une entrée de contrôle E au potentiel de la borne B par un contact extérieur SW. Pour tenir compte de la présence éventuelle d'un voyant lumineux ou autre charge entre les bornes E et A, on propose la structure de circuit suivante: un circuit d'alimentation basse tension AL, fonctionnant en redressement monoalternance, fournit une tension Vdd à un microcontrôleur MC. La borne à Vdd est reliée à la borne B et la régulation de tension Vdd s'effectue sur un autre conducteur à un potentiel considéré conne une référence à zéro volt. L'entrée de contrôle E de l'appareil est reliée à une entrée de détection DT du microcontrôleur. Le microcontrôleur scrute cette entrée pour détecter si le contact SW est ouvert ou fermé: s'il est ouvert, l'entrée DT voit une tension nulle ou alternative à la période du secteur 50 Hz ou 60 Hz; s'il est fermé, l'entrée DT voit une tension proche de Vdd, et le microcontrôleur déclenche par exemple la temporisation de la minuterie. L'appareil fonctionne également si l'alimentation permanente entre A et B est continue.

Description

APPAREIL ELECTRIQUE A COMMANDE PAR LA TENSION D'ALIMENTATION, FONCTIONNANT EN ALTERNATIF OU CONTINU
L'invention concerne un appareil électrique à commande électronique, alimenté en permanence en alternatif ou en continu, et dont un mode de fonctionnement peut être déclenché par l'application de la tension d'alimentation sur une entrée de contrôle de l'appareil. Un exemple typique d'appareil concerné par l'invention est une minuterie qui est normalement alimentée en permanence, et qui ferme ou ouvre un relais pendant une durée déterminée après la fermeture d'un contact électrique de commande qui applique la tension d'alimentation (le secteur à 230 volts par exemple) sur l'entrée de contrôle de la minuterie. Ou encore une minuterie qui ferme ou ouvre un relais après qu'une durée déterminée se soit écoulée depuis la fermeture de ce contact de commande.
Mais l'invention peut s'appliquer à beaucoup d'autres appareils électriques dès lors qu'une fonctionnalité de ces appareils est déclenchée par l'application, sur une entrée de contrôle, d'une tension qui est la tension alimentant en permanence l'appareil.
La figure 1 représente le principe général de l'appareil qu'on veut réaliser, et on considérera dans la suite qu'il s'agit d'une minuterie.
L'appareil AP comporte deux bornes d'alimentation extérieure permanente A et B destinées à recevoir une tension alternative (tension de secteur de 230 volts par exemple) ou une tension continue (par exemple 12 volts ou 24 volts).
L'appareil comporte également une entrée de contrôle E et, si la fonctionnalité de l'appareil le nécessite, des bornes de sorties, ici S1 , S2, S3. Dans cet exemple, S1 , S2, S3 sont les bornes de sortie d'un relais interne à l'appareil.
L'entrée de contrôle E déclenche le fonctionnement de l'appareil si elle est portée au potentiel de la borne d'alimentation B, par exemple par la fermeture d'un contact SW relié entre E et B. Ce contact SW peut être un interrupteur mécanique ou électronique. On a représenté par ailleurs sur la figure 1 une charge LD placée en parallèle entre la borne A et l'entrée de commande E, cette charge consommant donc un courant dès lors que l'entrée E cesse d'être au potentiel de A, par exemple si on porte l'entrée E au potentiel de B. Pour fixer les idées, la charge LD peut être tout simplement un voyant lumineux qui montre que la minuterie est déclenchée. Cette charge reliée à l'entrée de contrôle E rend plus difficile la conception des circuits de commande interne de l'appareil par suite des courants de fuite qui circulent dans cette charge lorsque le contact SW est ouvert. Un but de l'invention est de proposer un circuit de commande qui fonctionne malgré la présence éventuelle de cette charge.
Un autre but de l'invention est de proposer un circuit de commande qui fonctionne pour différentes valeurs de tension d'alimentation de l'appareil, c'est-à-dire qui puisse être branché directement sur la tension d'alimentation quel que soit le niveau de celle-ci dans une large gamme de valeurs.
Dans l'art antérieur, on a proposé des appareils tels que celui de la figure 2, dans lequel l'appareil contient un circuit électronique interne CE assurant la fonctionnalité désirée (contrôle de la durée de minuterie et commande du relais de sortie par exemple) et fonctionnant sous basse tension continue Vdd (5 volts par exemple). Le circuit électronique interne comporte alors une entrée de détection DT et l'observation du niveau de tension sur cette entrée DT permet le déclenchement du fonctionnement souhaité de l'appareil. La tension Vdd est élaborée à partir d'un circuit de redressement, filtrage et régulation RD. L'entrée de contrôle E de l'appareil est reliée à l'entrée de détection DT par une diode de redressement D et une résistance R. Un circuit de filtrage et de régulation de niveau de tension peut être placé en parallèle entre l'entrée de détection DT et le potentiel de référence 0 de l'alimentation Vdd. Lorsque le contact extérieur SW se ferme, l'entrée de détection DT reçoit un signal détectable qui déclenche la minuterie.
Cette solution a l'inconvénient de n'être utilisable que pour des appareils fonctionnant avec une seule tension d'alimentation possible (par exemple 230 volts alternatifs) car la valeur de la résistance R doit être adaptée à chaque tension d'alimentation.
Le niveau de tension sur l'entrée de détection DT après fermeture du contact SW doit en effet être défini précisément pour que le circuit fonctionne correctement.
D'autre part, cette solution présente aussi l'inconvénient d'un couplage entre l'alimentation extérieure et l'entrée de détection DT par l'intermédiaire de la charge LD lorsque le contact SW est ouvert, et ce couplage n'est pas souhaitable
On a également proposé des appareils tels que celui de la figure 3, utilisant un photocoupleur pour isoler galvaniquement l'entrée de contrôle E et l'entrée de détection DT. L'entrée de contrôle E est reliée à un ensemble en série d'une diode de redressement D, un limiteur de courant SC et l'entrée d'un photocoupleur PH. Cet ensemble en série est relié par ailleurs à la borne d'alimentation A et le photocoupleur est activé lorsque l'entrée de contrôle E est mise au potentiel de la borne B par le contact SW. La sortie du photocoupleur PH est reliée en série entre d'une part la tension d'alimentation Vdd du circuit électronique interne CE et d'autre part l'entrée de détection DT. Le circuit de redressement filtrage et régulation RD, qui produit la tension Vdd, est identique à celui de la figure 2. Un circuit de filtrage peut également être placé en parallèle entre l'entrée de détection DT et le potentiel de référence à 0 volt.
Ce circuit de la figure 3 peut fonctionner avec une tension d'alimentation ayant plusieurs niveaux possibles (si du moins le circuit de redressement, filtrage et régulation RD le permet). Mais il est cher à cause du photocoupleur et de son limiteur de courant. La présente invention propose une construction différente, n'utilisant pas de photocoupleur, reposant sur l'utilisation d'un redressement monoalternance pour produire la basse tension continue Vdd, d'un pont diviseur résistif pour appliquer cette basse tension à l'entrée la détection DT, et un traitement numérique permettant de déduire de la forme du signal présent sur l'entrée de détection DT la position du contact SW, même dans le cas où une charge extérieure LD est connectée à ce contact.
Selon l'invention, d'une part la basse tension Vdd produite pour alimenter les circuits électroniques internes est établie sur un conducteur relié à l'une des bornes extérieures d'alimentation (celle qui est reliée par ailleurs au contact SW) ; d'autre part le pont diviseur résistif, dont le point intermédiaire est relié à l'entrée de détection DT, est placé en série entre l'entrée de contrôle de l'appareil et le potentiel de référence à zéro volt de l'alimentation à basse tension continue Vdd. Ainsi, lors de la fermeture du contact SW, le potentiel Vdd est réinjecté sur l'entrée de détection DT par l'intermédiaire du pont diviseur. Inversement, lorsque le contact SW est ouvert, le pont diviseur résistif n'est plus alimenté mais reste relié au potentiel de référence à 0 volt pour maintenir l'entrée de détection DT à zéro.
En résumé, la présente invention propose un appareil électrique ayant deux bornes d'alimentation extérieure et comportant un circuit électrique accomplissant une fonction déterminée sous la commande de fermeture ou d'ouverture d'un contact électrique pouvant être relié entre une première des bornes d'alimentation extérieure et une entrée de contrôle, l'appareil comportant encore : - un circuit électronique de décision alimenté par deux conducteurs dont l'un est à un potentiel de référence et l'autre est à une basse tension continue Vdd, le circuit de décision ayant une entrée de détection de signal et une sortie pouvant prendre deux états selon la nature du signal présent sur l'entrée de détection, cette sortie commandant ladite fonction déterminée du circuit électrique,
- un circuit d'alimentation basse-tension continue lui-même alimenté par les deux bornes d'alimentation extérieure, ce circuit effectuant un redressement monoaitemance et ayant pour sorties les conducteurs au potentiel de référence et à la tension Vdd, l'appareil étant caractérisé en ce que : a) le conducteur à la tension Vdd est relié à une borne d'alimentation extérieure, b) l'entrée de contrôle de l'appareil est reliée par une première résistance R1 à l'entrée de détection du circuit de décision, c) l'entrée de détection est reliée par une deuxième résistance R2 au conducteur au potentiel de référence, d) le circuit de décision comporte des moyens électroniques pour,
- d'une part détecter la présence, sur l'entrée de détection, d'un signal alternatif ou du potentiel de référence, et pour mettre alors la sortie dans un premier état,
- et d'autre part détecter la présence, sur l'entrée de détection d'un potentiel continu différent du potentiel de référence, et pour mettre alors la sortie dans un deuxième état.
Le circuit de décision sera de préférence constitué par un microcontrôleur qui peut accomplir d'autres fonctions dans l'appareil et qui, pour les besoins de l'invention, comporte un programme de test du niveau de tension présent sur l'entrée de détection, et de comparaison de cette tension avec un seuil prédéterminé, le programme comportant un test périodique et effectuant la commande de passage de la sortie dans le deuxième état si n tests successifs montrent que le niveau de tension dépasse le seuil prédéterminé, n étant un nombre choisi en fonction de la période des tests et de la période des courants alternatifs de réseaux susceptibles d'alimenter l'appareil (50 Hz et/ou 60 Hz notamment).
D'autre caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- les figures 1 à 3 déjà décrites représentent un appareil électrique selon l'art antérieur, - la figure 4 représente la constitution d'un appareil électrique selon l'invention,
- la figure 5 représente un tableau des différentes configurations de niveau de tension possibles sur l'entrée de détection DT.
L'appareil selon l'invention, représenté à la figure 4, comporte donc deux bornes d'alimentation extérieure A et B, une entrée de contrôle E, et des sorties dépendant des fonctionnalités de l'appareil, par exemple ici trois sorties S1 , S2, S3.
L'appareil peut être une minuterie dont les sorties sont reliées entre elles par un commutateur tel que dans un état de repos la sortie S1 est reliée à la sortie S2 et dans un état activé la sortie S1 est reliée à la sortie S3 ; lorsque la minuterie reçoit sur son entrée de contrôle E une tension égale à la tension d'alimentation présente sur la borne B, elle déclenche le basculement du commutateur de l'état de repos vers l'état activé ; puis, au bout d'un temps déterminé par un circuit électronique interne, la minuterie remet le commutateur dans l'état de repos. Cet exemple d'appareil et de mode de fonctionnement ne sont pas limitatifs.
Le circuit électronique qui commande le fonctionnement de l'appareil est de préférence constitué pour l'essentiel par un microcontrôleur MC, c'est-à-dire un microprocesseur pourvu d'une mémoire de travail et d'une mémoire de programmes. Ce microcontrôleur est alimenté par une basse tension continue Vdd de quelques volts, à l'aide de deux conducteurs dont l'un sera considéré comme étant à un potentiel de référence nul et l'autre à un potentiel Vdd. On considérera dans la suite que Vdd est le potentiel positif de l'alimentation continue du microcontrôleur.
Le microcontrôleur MC possède des entrées et des sorties, et notamment une entrée DT qu'on appelle entrée de détection parce qu'une des fonctions du microcontrôleur sera de scruter la tension sur cette entrée DT pour exécuter des actions (de temporisation dans le cas d'une minuterie) pour certaines configurations de signal présentes sur cette entrée. Le microcontrôleur possède par ailleurs notamment une sortie S reliée à l'entrée d'un amplificateur AMP ; la sortie de l'amplificateur commande la bobine du relais qui fait basculer le commutateur relié aux bornes S1 , S2, S3. L 'amplificateur est inutile si le microcontrôleur fournit une puissance suffisante sur la sortie S.
L'appareil électrique de la figure 4 comporte encore un circuit d'alimentation basse tension continue AL, qui reçoit son énergie des bornes d'alimentation extérieures A et B et qui fournit un potentiel de référence à zéro et un potentiel à Vdd sur les deux conducteurs qui alimentent en énergie le microcontrôleur MC.
Le circuit d'alimentation AL est un circuit de redressement, filtrage et régulation, mais il faut préciser que le redressement est un redressement monoalternance, ce qui a été symbolisé sur la figure 4 par une seule diode D1 en série avec le conducteur qui amène le courant de la borne d'alimentation extérieure A vers le circuit d'alimentation AL.
La borne d'alimentation B est reliée directement au conducteur au potentiel Vdd ; la régulation de tension qui produit une tension Vdd de 5 volts à partir de la tension d'alimentation entre A et B agit alors sur le conducteur au potentiel de référence et non sur le conducteur à Vdd. Cette régulation étant en général faite par un circuit à découpage, on a représenté sur la figure 4 un interrupteur en série entre la borne A et le conducteur au potentiel de référence. Cet interrupteur est commandé par un circuit de régulation de tension RG.
On notera que pour des raisons de symétrie on peut aussi envisager de faire le découpage sur l'autre conducteur, à condition de faire quelques adaptations de schéma, par exemple à condition que la minuterie soit prévue pour détecter la fermeture d'un contact entre les bornes E et A plutôt que E et B, et à condition que le diviseur résistif dont on va maintenant parler soit connecté au conducteur à Vdd et non au potentiel de référence.
La borne de contrôle E de l'appareil est reliée par une résistance R1 à l'entrée de détection DT du circuit électronique interne CE, ici l'entrée DT du microcontrôleur. Une résistance R2 est prévue entre l'entrée de détection DT et le conducteur d'alimentation au potentiel de référence à 0 volt. Cette dernière résistance peut faire partie intégrante du circuit électronique d'entrée ; par exemple elle peut faire partie intégrante du circuit intégré constituant le microcontrôleur. Si le microcontrôleur ne possède pas une telle résistance intégrée entre l'entrée DT et le conducteur de référence, il faut en mettre une à l'extérieur du microcontrôleur. Enfin, le fonctionnement correct du circuit électronique nécessite que l'entrée de détection DT soit protégée contre l'application de tensions positives trop élevées ou de tensions négatives ; des diodes de protection sont prévues entre cette entrée et les deux conducteurs d'alimentation à Vdd et zéro. Ces diodes de protection étant de toutes façons prévues dans presque tous les circuits intégrés il ne sera en général pas nécessaire de prévoir d'en rajouter.
Le fonctionnement de l'appareil est le suivant : il est alimenté en permanence par une tension d'alimentation appliquée entre les bornes A et B. Cette tension est une tension alternative ou continue et son niveau peut être fixé (appareil fonctionnant sous une alimentation mono-tension) ou avoir plusieurs valeurs possibles (alimentation multi-tension ) : ceci dépend de la structure du circuit d'alimentation AL qui fournit la basse tension Vdd. Les circuit d'alimentation les plus simples ne supportent qu'une seule valeur de tension d'alimentation extérieure, mais les circuits plus sophistiqués et notamment les circuits fonctionnant par découpage peuvent établir à leur sortie une tension Vdd alors qu'ils sont alimentés par une tension pouvant prendre plusieurs niveaux, soit en continu (par exemple 12 volts et 24 volts) soit en alternatif (par exemple toute tension alternative entre 20 volts et 264 volts). L'invention est particulièrement intéressante dans le cas où on utilise ce type de circuit d'alimentation multi-tension. L'appareil électrique, minuterie ou autre, étant alimenté en permanence, ce n'est pas sa mise sous tension par les bornes A et B qui déclenche son fonctionnement ou son passage dans un mode particulier de fonctionnement. Mais ce fonctionnement est déclenché par la mise sous tension de l'entrée de contrôle E, et plus précisément dans le cas du montage représenté à la figure 4 (borne B reliée à Vdd) c'est le fait de porter l'entrée de contrôle E au potentiel de la borne B qui déclenche le fonctionnement ou le mode de fonctionnement désiré.
L'utilisateur de l'appareil connecte en général un contact SW (interrupteur mécanique ou électronique, relais etc.) entre les bornes B et E.
Une charge LD peut être connectée par l'utilisateur entre les bornes E et A de l'appareil par exemple un voyant lumineux qui s'allume lorsque le contact SW se ferme.
On doit distinguer deux cas de fonctionnement de l'appareil, selon qu'une charge LD est présente ou absente. Dans les deux cas, l'appareil doit détecter la fermeture du contact SW et déclencher alors un fonctionnement déterminé (déclenchement de la minuterie).
A - pas de charge LD entre la bornes A et E 1 ) - contact SW ouvert
Le potentiel de l'entrée de détection DT est tiré au potentiel zéro par la résistance R2. La résistance R1 est flottante. 2) - contact SW fermé
Le potentiel Vdd est appliqué à l'extrémité de la résistance R1. Le potentiel de l'entrée de détection DT prend une valeur Vdd.R2/(R1 + R2) définie par le pont diviseur R1 , R2.
Il faut choisir le rapport de division R2/(R1 + R2) de telle sorte que l'entrée de détection voie un niveau logique haut lorsque le contact SW est fermé, le niveau étant bas lorsque le contact est ouvert.
Il est donc facile de détecter la fermeture du contact SW par observation de la tension sur l'entrée de détection DT. Le signal sur l'entrée DT est identique, que l'appareil travaille en tension alternative ou continue.
B. charge LD présente entre les bornes A et E 1 ) - contact SW ouvert a) alimentation générale en tension continue :
Le redressement effectué par le circuit d'alimentation AL est de type monoalternance et il faut alors respecter la polarité de la tension à appliquer entre les bornes A et B : potentiel positif sur la borne B, négatif sur la borne A.
La charge LD reçoit un potentiel négatif (la valeur de tension d'alimentation générale étant supposée plus grande que Vdd et la borne B étant au potentiel Vdd). L'entrée de détection DT est tirée par la charge LD et la résistance R1 vers un potentiel négatif, mais reste en fait à zéro du fait de l'une des diodes de protection internes au microcontrôleur. Le niveau logique sur l'entrée DT est un niveau bas. b) alimentation générale en tension alternative
La charge LD et la résistance R1 tirent l'entrée DT alternativement vers un potentiel négatif (alternances de tension positives sur la borne B) et vers un potentiel positif (alternances de tension négatives). Les diodes de protection du microcontrôleur écrêtent respectivement à environ zéro volt et environ Vdd les variations de tension ainsi engendrée sur l'entrée DT par la tension alternative d'alimentation. La tension présente sur cette entrée est une succession de créneaux écrêtés à 0 et Vdd respectivement.
L'entrée DT voit donc, à la fréquence du secteur d'alimentation (50 Hz ou 60 Hz en général), une alternance de niveaux logiques bas et haut. 2) contact SW fermé
Le potentiel fixe Vdd est imposé sur la résistance R1 et le potentiel de l'entrée DT est cette fois encore porté à une valeur Vdd.R2/(R1 + R2) définie par le pont diviseur. Cette valeur doit être suffisante pour correspondre à un niveau logique haut. La figure 5 rappelle ces différents cas dans un tableau de synthèse.
En résumé, pour que le microcontrôleur détecte l'état du contact SW et déclenche le fonctionnement souhaité indépendamment du fait qu'une charge LD est présente ou absente, il faut qu'il puisse distinguer les deux états suivants de l'entrée : - état 1 : le potentiel de l'entrée est à un niveau logique bas ou bien il alterne périodiquement entre un état logique bas et un état logique haut ; dans ces deux cas, le microcontrôleur reconnaît un contact SW ouvert et en tire une conséquence sur le déclenchement des fonctionnalités de l'appareil ;
- état 2 : le potentiel de l'entrée est à un niveau logique haut et il reste de manière stable à ce niveau ; dans ce cas, le microcontrôleur reconnaît un contact SW fermé et en tire une autre conséquence sur le déclenchement des fonctionnalités de l'appareil ; Le microcontrôleur doit donc scruter en permanence le niveau de tension sur l'entrée de détection DT et déterminer si cette entrée est dans l'état 1 ou l'état 2.
On remarquera que la discrimination qu'il faut faire ne dépend pas du niveau de tension d'alimentation extérieur, ni du fait que cette alimentation soit continue ou alternative, et c'est pourquoi l'invention est particulièrement intéressante pour les appareils multi-tension.
On peut effectuer cette détermination d'état de l'entrée DT en programmant le microcontrôleur d'une manière appropriée, sachant que la tension alternative éventuellement présente dans l'état 1 a une période connue qui est celle du secteur (50 Hz ou 60 Hz) ; on peut donc demander au microcontrôleur de déterminer si la tension est au niveau logique bas au moins une fois toutes les demi-périodes, et lui demander d'en déduire que le contact SW est fermé ; ou de vérifier que le niveau logique reste haut d'une demi-période à la suivante et d'en déduire que le contact SW est fermé. La manière préférée de déterminer l'état de l'entrée de détection
DT déprendra du fonctionnement du microcontrôleur. S'il fonctionne par exemple avec une base de temps d'environ 4 millisecondes (cas d'un microcontrôleur de faible coût), on peut programmer le microcontrôleur pour qu'il enregistre successivement les niveaux de tension toutes les 4 millisecondes et qu'il garde en mémoire à chaque instant le niveau des quatre dernières valeurs logiques détectées. Si les quatre valeurs sont hautes c'est que le contact a été fermé ; sinon il est ouvert. On peut bien sûr prévoir que l'appareil électrique n'est déclenché qu'après une nouvelle série de quatre mesures confirmant la succession de quatre niveaux logiques hauts. Ce nombre de quatre mesures successives effectuées toutes les 4 millisecondes permet une détection aussi bien pour une fréquence de secteur de 50 Hz que pour une fréquence de 60 Hz. En effet, quatre mesures séparées par 4 millisecondes s'étendent sur 12 millisecondes et correspondent donc à deux ou trois mesures dans l'une des alternances et au moins une mesure dans l'alternance suivante du secteur, la durée d'une alternance positive ou négative étant de 10 millisecondes pour le secteur à 50 Hz et 8,33 millisecondes pour 60 Hz.
On pourra bien entendu faire le même raisonnement pour d'autres valeurs de base de temps du microcontrôleur et déterminer le nombre de niveaux successifs qu'il faut vérifier pour aboutir à la détermination désirée, étant entendu que la période de base de temps ne doit pas être égale à la période du secteur ni un multiple de cette période.
Le choix des résistances R1 et R2 doit être fait en tenant compte de ce qu'il est en général souhaitable de limiter le courant de fuite dans la charge LD lorsque le contact SW est ouvert. Des résistances de plusieurs centaines de kilohms pourront être utilisées. Le rapport R2/(R1 +R2) soit être suffisamment élevé pour que la valeur de tension Vd.R2/(R1 +R2) corresponde à un niveau logique haut. Par ailleurs la résistance R1 seule doit supporter la quasi totalité de la tension du secteur lorsque le contact SW est ouvert, et il faut en tenir compte dans son dimensionnement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Appareil électrique ayant deux bornes d'alimentation extérieure (A, B) et comportant un circuit électrique accomplissant une fonction déterminée sous la commande de fermeture ou d'ouverture d'un contact électrique (SW) pouvant être relié entre une première des bornes d'alimentation extérieure (B) et une entrée de contrôle (E) de l'appareil, l'appareil comportant encore :
- un circuit électronique de décision (CE, MC) alimenté par deux conducteurs dont l'un est à un potentiel de référence et l'autre est une basse tension continue Vdd, le circuit de décision ayant une entrée de détection de signal (DT) et une sortie (S) pouvant prendre deux états selon la nature du signal présent sur l'entrée de détection, cette sortie commandant ladite fonction déterminée du circuit électrique,
- un circuit d'alimentation basse-tension continue (AL) lui-même alimenté par les deux bornes d'alimentation extérieure (A, B), ce circuit effectuant un redressement monoalternance et ayant pour sorties les conducteurs au potentiel de référence et à la tension Vdd, l'appareil étant caractérisé en ce que : a) le conducteur à la tension Vdd est relié à une borne d'alimentation extérieure (B), b) l'entrée de contrôle (E) de l'appareil est reliée par une première résistance (R1 ) à l'entrée de détection (DT) du circuit de décision, c) l'entrée de détection est reliée par une deuxième résistance (R2) au conducteur au potentiel de référence, d) le circuit de décision comporte des moyens électroniques pour, - d'une part détecter la présence, sur l'entrée de détection, d'un signal alternatif ou du potentiel de référence, et pour mettre alors la sortie (S) dans un premier état,
- et d'autre part détecter la présence, sur l'entrée de détection d'un potentiel continu différent du potentiel de référence, et pour mettre alors la sortie (S) dans un deuxième état.
2. Appareil électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le circuit de décision est constitué par un microcontrôleur (MC) comportant un programme de test du niveau de tension présent sur l'entrée de détection (DT), et de comparaison de cette tension avec un seuil prédéterminé, le programme comportant un test périodique et effectuant la commande de passage de la sortie dans le deuxième état si n tests successifs montrent que le niveau de tension dépasse le seuil prédéterminé, n étant un nombre choisi en fonction de la période des tests et de la période des courants alternatifs de réseau susceptibles d'alimenter l'appareil (50 Hz et/ou 60 Hz notamment).
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