Montage régulateur de courant à transistor ballast muni d'un transistor accessoire destiné à limiter la puissance moyenne dissipée dans le transistor ballast

Abstract

 Montage générateur d'un courant régulé de valeur moyenne sensiblement constante à partir d'une tension d'alimentation (V) alternative redressée, comportant un transistor ballast (T₁) polarisé par une tension de référence fournie par une diode Zener (Z), caractérisé par un transistor auxiliaire (T₂), connecté en série avec le transistor ballast et polarisé par un diviseur de tension (R₃, R₄) branché aux bornes de la source de tension d'alimentation (V). Application à l'excitation de diodes électro-luminescentes.

Description

[0001] L'invention a pour objet un montage régulateur de courant à transistor ballast muni d'un transistor accessoire destiné à limiter la puissance dissipée dans le transistor ballast. Dans un dispositif traditionnel générateur de courant comportant un transistor "ballast" de régulation, lorsque la tension d'alimentation est une tension alternative redressée, la puissance dissipée dans le transistor ballast, donc l'échauffement subi par celui-ci, sont proportionnels à la valeur de crête de la tension d'alimentation et cet échauffement peut donc devenir excessif lorsque ladite tension prend des valeurs relativement élevées, supérieures à 100 volts par exemple.

[0002] Un premier objet de l'invention est un montage régulateur de courant à transistor ballast exempt de cet inconvénient et dans lequel le transistor ballast est protégé, par suppression du courant qui le traverse dès que la tension d'alimentation dépasse une certaine valeur de crête.

[0003] Suivant un premier aspect de l'invention, ce résultat est obtenu grâce à un montage comportant un transistor ballast dont la base est polarisée par un circuit de référence comprenant une diode de Zener et alimenté à partir de la source d'alimentation alternative redressée, caractérisé par un transistor auxiliaire connecté en série avec le transistor ballast et dont la base est polarisée par une diviseur de tension branché entre les deux bornes de la source d'alimentation.

[0004] Dès que la tension de polarisation de base dudit transistor auxiliaire, qui dépend de la valeur de crête de la tension d'alimentation, dépasse sa tension d'émetteur, fixée par le circuit de référence, les deux transistors sont bloqués. Toutefois, si la tension de référence est constante, le courant de crête l'est également, si bien que le courant moyen est finalement une fonction décroissante de la tension d'alimentation. Or il peut être souhaitable de rendre le courant moyen constant ou, tout au moins, de pouvoir en maîtriser la loi de variation en fonction de la tension d'alimentation.

[0005] Un autre objet de l'invention est un montage apte à obtenir un tel résultat.

[0006] A titre d'exemple d'application d'un tel montage, on peut citer l'alimentation d'un voyant lumineux à diodes électro-luminescentes ; comme l'intensité lumineuse d'une telle diode est proportionnelle au courant moyen qui la traverse, on désire que celui-ci reste quasi-constant pour des tensions d'alimentation variant entre 24 et 240 volts par exemple.

[0007] Grâce à l'invention, ce résultat sera obtenu en branchant, de façon connue en soi, la ou les diodes électro-luminescentes en série dans le collecteur ou dans l'émetteur du transistor ballast.

[0008] Suivant un second aspect de l'invention, dans un montage du genre susvisé, on maîtrise la loi de variation du courant en fonction de la valeur de crête de la tension d'alimentation en agençant ledit circuit de référence pour que la tension de référence obéisse à une loi de variation prédéterminée en fonction de la valeur de crête de la tension d'alimentation. Suivant un mode d'exécution préféré, ledit circuit de référence comprend une résistance en série avec une diode de Zener et un condensateur en parallèle sur l'ensemble série ainsi constitué.

[0009] D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'invention, apparaîtront clairement à la lumière de la description ci-après.

[0010] Au dessin annexé :

la figure 1 est un schéma de principe d'un montage conforme à un premier mode d'exécution ;

la figure 2 représente le courant dans la charge, en fonction du temps, dans un montage simplifié dans lequel la tension de référence est fixe ;

la figure 3 représente le courant dans la charge, en fonction du temps, dans le montage de la figure 1, et ;

la figure 4 représente une forme d'exécution préférée du montage.

[0011] Les mêmes numéros de référence désignent des éléments homologues aux figures 1 et 4.

[0012] A la figure 1, on a représenté deux transistors T₁ T₂ en série entre la masse et les bornes d'une source d'alimentation alternative redressée V. La charge R est montée dans l'émetteur de T₁, dont la base est polarisée par la tension aux bornes d'un circuit composé d'une diode de Zener Z en série avec une résistance R₁ et d'un condensateur C en parallèle. Ce circuit est alimenté par la tension V à travers une résistance R₂. Du fait de la présence de la résistance R₁, la tension Vc de polarisation de T_l croît en même temps que la valeur de crête V et il en est par conséquent de même de la tension d'émetteur V₁ = V_c - 0,6 volt (0,6 volt étant la chute de tension base-émetteur de T₁ et V_c, la tension aux bornes du condensateur C). La base de T₂ est polarisée par un pont de résistances R₃ R₄ et, par conséquent, la tension d'émetteur V₂ = kV + 0,6 volt avec k = R₄ (0,6 volt étant ^R₃ ^{+ R}₄ la chute de tension base-émetteur de T₂, qui est d'un type opposé à ^T₁).

[0013] Il est évident que le courant I qui circule dans T₁, la charge R et T₂, s'annule dès que V₂≥ V₁, c'est-à-dire pour

[0014] Le courant de crête

serait constant si V_c était elle-même constante, c'est-à-dire fixée par la diode de Zener en l'absence de la résistance R_I propre à l'invention. Les formes d'ondes du courant seraient alors telles que représentées à la figure 2, dans laquelle la courbe en trait plein représente le courant I pour une valeur relativement élevée de la tension d'alimentation de crête, tandis que la courbe en pointillé représente le courant I pour une valeur de crête relativement faible de V. On voit que, plus la valeur de crête de V est élevée, plus les pointes de courant sont de brève durée, si bien que le courant moyen décroît lorsque la valeur de crête de V croît. On notera que, dans un tel montage, même dépourvu de la résistance R₁ en série avec la diode de Zener, le courant I s'annule dès que la tension V dépasse une certaine valeur, si bien que le transistor ballast T₁ est protégé contre tout échauffement excessif.

[0015] La résistance R₁ supprime l'inconvénient d'un courant moyen décroissant en fonction de V en augmentant V_c lorsque la valeur de crête de V croît. La figure 3 représente la courbe I (t) pour trois valeurs décroissantes de la tension d'alimentation de crête (courbes A, B et C). On voit que, lorsque la valeur de crête de V croît, les pointes de courant ont une durée de plus en plus brève, mais une amplitude de plus en plus grande. En dosant cet effet par un choix convenable de la valeur de R₁, on peut aboutir à un courant moyen pratiquement constant. La dissipation dans le transistor ballast T₁ est faible, car les pointes de courant coincident avec les faibles valeurs instantanées de la tension d'alimentation.

[0016] La figure 4 illustre un mode d'exécution préféré du montage. Le ballast, au lieu de comporter un tel transistor, est constitué par deux transistors T₁, T'₁ montés en Darlington, ce qui lui confère un gain en courant important. Un petit condensateur C₂ est branché entre la base et le collecteur de T'₁ et sert à empêcher l'entrée en auto-oscillation du montage Darlington. La tension V est redressée par un pont de diodes P et une impédance non linéaire K est prévue, de façon connue en soi, pour limiter les surtensions transitoires.

[0017] La Diode de Zener Z du circuit de référence est ici reliée à l'émetteur du deuxième transistor T₁ du montage Darlington, si bien que sa polarisation correcte est assurée même pour les faibles valeurs de la tension d'alimentation, grâce au courant important qui circule dans T_l, sans qu'il soit nécessaire de donner à la résistance R₂ une valeur élevée qui entraînerait une dissipation importante d'énergie.

[0018] Le courant de base de T'₁ s'écoule à travers un transistor supplémentaire T₃, polarisé à travers la diode de Zener Z et une résistance R_o, puis à travers une résistance R₁, aux bornes de laquelle sont branchés un condensateur C₁ et une diode de Zener supplémentaire Z₁. Le circuit R1 C fournit, comme le circuit R₁ C de la figure 1, une image de la tension d'alimentation ; le transistor T₃ étant en effet, pratiquement saturé, sa tension émetteur-base est en permanence voisine de 0,6 volt et n'intervient pas dans la variation de la tension d'émetteur T₁, essentiellement fixée par la diode de Zener Z et par la chute de tension dans R₁. Une résistance R₅, en série avec la diode de Zener Z et la résistance R_o, servent à limiter le courant qui circule dans le Darlington et dans la diode de Zener.

[0019] Pour des tensions d'alimentation proches de 24 v, la tension d'émetteur de T₁ est pratiquement fixée par Z. Lorsque la tension d'alimentation croît, R₂ intervient dans la valeur de cette tension d'émetteur, jusqu'au moment où l'influence de R₁ devient prépondérante.

[0020] La diode de Zener auxiliaire Z₁ limite la croissance de la pointe de potentiel aux bornes de C, donc sur l'émetteur de T_l, pour les valeurs élevées de la tension d'alimentation et protège en même temps le condensateur C.

[0021] Une diode D₁ est connectée entre le point commun aux résistances R₂ R₄ du pont diviseur et le point commun à la charge R et à l'émetteur du transistor T₂. Pour les valeurs de V pour lesquelles, comme on l'a expliqué en se référant à la figure 1, le courant s'annule dans la charge R, la tension aux bornes de R_o continue à monter, si bien qu'une protection du transistor T₁ devient nécessaire. D₁ assure alors, à cet effet, le passage d'un courant, qui circule à travers R, Z, R_S et R₁. Ce courant continue à charger le condensateur C, mais très faiblement, donc sans modifier sensiblement l'image de la tension d'alimentation.

[0022] Un tel montage assure un courant moyen pratiquement constant dans une plage de tension d'alimentation allant de 24 à 240 v, avec quatre diodes électro-luminescentes montées en série dans le collecteur de T₁.

[0023] On notera que le montage Darlington pourrait être remplacé par un transistor à effet de champ. D'autres modifications pourront être envisagées sans s'écarter de l'esprit de l'invention.

Revendications

1. Montage générateur d'un courant régulé comportant un organe à semi-conducteur (T₁) jouant le rôle de ballast, alimenté par une source de courant alternatif redressé (V) et polarisé par une tension de référence (diode de Zener Z) , caractérisé par un organe à semi-conducteur auxiliaire (T₂,) connecté en série avec l'organe à semi-conducteur ballast (_Tl) et polarisé par un diviseur de tension (R₃ - R₄) branché aux bornes de ladite source.

2. Montage générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension de référence est fournie par un circuit (Z, R₁, C) comportant des moyens (R₁) d'ajouter, à une tension fixe (diode de Zener Z), une tension fonction de la tension d'alimentation (V).

3. Montage générateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit circuit comprend un condensateur (C) de mémorisation de la tension de référence, tandis que lesdits moyens d'ajouter une tension fonction de la tension d'alimentation comportent une résistance (R₁).

4. Montage générateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit organe à semi-conducteur ballast est constitué par un montage Darlington (T'_l T₁).

5. Montage générateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit circuit de référence comprend, outre ladite diode de Zener (Z) reliée à l'émetteur du deuxième transistor (T₁) du montage Darlington, un transistor supplémentaire (T₃) branché entre la base du transistor T'₁ du montage Darlington et une borne de la source d'alimentation, en série avec ladite résistance (R₁), aux bornes de laquelle est branché ledit condensateur (C), la base dudit transistor (T₃) étant reliée à ladite diode de Zener (Z) à travers une résistance auxiliaire (R_o).

6. Montage générateur selon la revendication 5, caractérisé par une diode de Zener supplémentaire (Z₁) branchée aux bornes communes dudit condensateur (C) et de ladite résistance (R₁).

7. Montage générateur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par une deuxième résistance auxiliaire (R₅) reliant ladite résistance auxiliaire (R ) à ladite résistance (R₁).

8. Montage générateur selon la revendication 5, 6 ou 7, caractérisé par une diode (D_l) reliant le point commun aux résistances (R₃ - R₄) dudit diviseur de tension à l'émetteur du transistor auxiliaire (T₂).

Dessins