CELLULE D'ENTREES ALTERNATIVES DESTINEE A DES CIRCUITS D'ACQUISITION D'INFORMATIONS

Description

Objet de l'invention.

[0001] La présente invention se rapporte essentiellement à une cellule pour entrées alternatives destinée à des circuits d'acquisition d'informations, et plus particulièrement en milieu ferroviaire.

Arrière-plan technologique.

[0002] Actuellement, les cellules pour entrées alternatives destinées à des circuits d'acquisition d'informations sont essentiellement constituées de relais mécaniques de sécurité qui sont reliés entre eux par de simples câblages.

[0003] EP-A-0 183 406 divulgue une cellule d'entrées alternatives selon le préambule de la revendication 1.

Buts de l'invention.

[0004] La présente invention vise à proposer une cellule pour entrées alternatives destinées à des circuits d'acquisition d'informations, et en particulier dans le domaine ferroviaire, qui présente un comportement au moins équivalent au point de vue de la sécurité que celui de l'état de la technique tout en gardant des avantages propres, qui sont un encombrement réduit, une plus grande facilité de maintenance et d'adaptation ainsi qu'une longévité supérieure.

[0005] Plus particulièrement, la présente invention vise à proposer une cellule où la lecture par erreur s'effectue toujours dans le sens de la sécurité.

[0006] La présente invention vise également à détecter des défaillances qui pourraient se produire dans les différents éléments constitutifs de la cellule.

[0007] La présente invention vise en outre à minimiser l'influence de la variation des caractéristiques des composants utilisés sous l'effet d'un facteur extérieur telle qu'une hausse de température, par exemple.

Principaux éléments caractéristiques de la présente invention.

[0008] La présente invention se rapporte à une cellule pour entrées alternatives contenant les caractéristiques selon la revendication 1.

[0009] Selon une première forme d'exécution préférée de la présente invention, les éléments constituant chacun des deux dispositifs de détection mentionnés ci-dessus sont disposés sur une branche, les deux branches étant disposées en parallèle.

[0010] Dans ce cas, les éléments constituant le dispositif de détection pour l'alternance négative sont disposés en montage inverse par rapport à ceux constituant le dispositif de détection pour l'alternance positive.

[0011] 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 montage inverse par rapport à ceux constituant le dispositif de détection pour l'alternance positive.

[0012] De manière particulièrement avantageuse, on a disposé sur chacun des optocoupleurs une résistance en parallèle, de manière à permettre la limitation de l'influence du courant de fuite des diodes zeners.

Brève description des figures.

[0013] La présente invention sera décrite plus en détails à l'aide des figures suivantes :

Les figures 1 et 2

représentent des schémas de principe qui montrent les éléments essentiels constituant un dispositif selon la présente invention.

La figure 3

représente une forme d'exécution mise en pratique du dispositif selon la présente invention en appliquant les principes décrits dans les figures 1 et 2.

Description de plusieurs formes d'exécution préférées de l'invention.

[0014] Afin de comprendre les principes qui sous-tendent l'élaboration du dispositif selon la présente invention, on se référera essentiellement aux figures 1 et 2, où sont repris les principaux éléments caractéristiques.

[0015] Le dispositif selon la présente invention, appelé communément cellule pour entrées alternatives pour circuits d'acquisition d'informations, tel que représenté à la figure 1, est essentiellement composé de deux branches appelées branches A et B, qui comprennent respectivement un dispositif de détection d'une tension supérieure à la référence pour l'alternance positive à la tension d'entrée (branche A) et un dispositif de détection d'une tension supérieure à la référence pour l'alternance négative de la tension d'entrée (branche B).

[0016] De manière générale, le seuil en tension est réalisé en mesurant le temps pendant lequel, au cours d'une alternance, la tension d'entrée est supérieure à la tension de référence. Si ce temps est supérieur au temps limite prédéfini, alors on considère que la tension d'entrée est suffisante; dans le cas contraire, on considère qu'il n'y a pas une tension suffisante à l'entrée.

[0017] Les branches A et B comprennent les mêmes éléments, mais disposés selon un montage inverse. La branche A, qui constitue le dispositif de détection pour l'alternance positive, comprend une diode zener DZ1, un optocoupleur Ul, une diode D2 et une résistance R1, ces éléments étant disposés en série; tandis que la branche B qui constitue le dispositif de détection pour l'alternance négative comprend une diode zener DZ2, un optocopleur U2, une diode D4 et une résistance R3, également disposés en série mais selon un montage inverse.

[0018] Selon une autre forme d'exécution préférée représentée à la figure 2, il est envisageable de disposer tous les éléments représentés sur les branches A et B à la figure 1, sur une seule branche, les deux séries d'éléments diode zener DZ1, optocoupleur U1 et diode zener DZ2, optocoupleur U2 étant disposés en montage inverse.

[0019] Le principal inconvénient de ce montage décrit à la figure 2 réside dans le fait que les diodes zeners DZ1 et DZ2 peuvent présenter un courant de fuite particulièrement important qui augmente avec la température.

[0020] Avantageusement, afin de résoudre ce problème, on dispose une résistance R7 ou R13 en parallèle sur les LED des optocoupleurs U1 et U2.

[0021] On pourrait également envisager de disposer un autre élément en parallèle avec U1 ou U2 qui aurait la même fonction. Néanmoins, la résistance semble être l'élément de conception le plus sûr et le plus simple.

[0022] Cette disposition présente l'avantage essentiel d'obtenir un seuil en courant.

[0023] Un autre avantage de cette disposition est un gain en volume et un gain en sécurité.

[0024] La figure 3 décrit un exemple pratique d'un dispositif selon la présente invention, utilisant les principes décrits dans la figure 2.

[0025] Le dispositif décrit à la figure 3 est une cellule d'entrées alternatives 110 volts - 50 Hertz comprenant essentiellement 3 blocs fonctionnels disposés en cascade.

[0026] Le premier bloc (bloc I) permet essentiellement de limiter les surtensions.

[0027] Le second bloc (bloc II) garantit la consommation en puissance de l'entrée.

[0028] Le troisième bloc (bloc III) réalise le seuil en tension de la cellule, ainsi que l'isolation galvanique entre l'entrée et les chaînes de traitement de sortie.

[0029] Le bloc I est constitué par une varistance VR1, une résistance R5, des diodes et des éclateurs en vue de protéger la cellule contre les surtensions, tandis que le bloc II qui assure la consommation nominale minimale (puissance réactive) est constitué par une capacité "4 bornes" C4 couplant les bornes d'entrée de la cellule au bloc III qui assure lui-même le seuil en tension.

[0030] La varistance VR1 écrête les surtensions apparaissant lors de décharges en différentiel, tandis que la résistance R5 limite l'amplitude des pointes de courant dans la capacité "4 bornes" C4 lors des décharges, ainsi que les dV/dt.

[0031] La capacité "4 bornes" C4 doit être déterminée de façon à garantir une consommation minimale pour une tension d'entrée de 50 Hertz donnée.

[0032] Le dispositif de détection d'une tension supérieure à la référence pour l'alternance positive de la tension d'entrée, qui est situé sur la branche A, est essentiellement constitué des éléments décrits aux figures 1 et 2 : la diode zener DZ1, l'optocoupleur U1, la diode D2 et la résistance R1, tandis que le dispositif de détection d'une tension supérieure à la référence pour l'alternance négative de la tension d'entrée, qui est situé sur la branche B, est essentiellement constitué des mêmes éléments que ceux décrits aux figures 1 et 2 : la diode zener DZ2, l'optocoupleur U2, la diode D4 et la résistance R3.

[0033] En outre, un fusible F1 ou F2 est présent dans chacune des branches A ou B.

[0034] Le critère de choix principal pour les deux optocoupleurs principaux U1 et U2 est de fonctionner avec un courant de LED le plus faible possible, afin de permettre de dissiper un minimum de puissance dans les résistances séries R1 et R3. Cela permet également de minimiser la contribution de la caractéristique de la LED d'émission dans la valeur du seuil en tension.

[0035] La mesure du temps de conduction des optocoupleurs U1 et U2 se fait en échantillonnant 32 fois à intervalles réguliers de 20 millisecondes (correspondant donc à une fréquence de 50 Hertz), le niveau électrique fourni aux chaînes de traitement de sortie et en comptabilisant le nombre d'échantillons pour lesquels on a un état logique "0".

[0036] La LED d'émission de U1 émet pendant tout le temps où la tension d'entrée est supérieure à la tension de seuil de la branche A. L'émission de cette LED de l'optocoupleur U1 se matérialise par la mise à la masse des résistances R2, R9 et R10 disposées en "Pull Up" sur l'optocoupleur U1, conduisant ainsi au blocage de Q1 et à la lecture d'un niveau logique "0" sur l'entrée du multiplexeur scruté par la chaîne A de traitement (émetteur Q1).

[0037] La LED d'émission de U2 émet pendant tout le temps où la tension d'entrée est supérieure à la tension de seuil de la branche B. L'émission de cette LED de l'optocoupleur U2 se matérialise par la mise à la masse des résistances R4, R11 et R12 disposées en "Pull Up" sur l'optocoupleur U2, conduisant ainsi à la lecture d'un niveau logique "0" sur l'entrée du multiplexeur scruté par la chaîne B de traitement (collecteur du transistor de sortie de U2).

[0038] Les critères de sécurité garantis pour les cellules d'entrée 110 volts AC sont au nombre de deux :

• le seuil de détection ne doit pas chuter en-dessous d'une limite pour une tension sinusoïdale de 50 hertz;
• la puissance consommée sous une tension sinusoïdale de 50 hertz pour une entrée dans l'état logique 1 ne peut chuter sous une seconde valeur limite.

[0039] Il convient de noter qu'à l'exception de la capacité 4 bornes, les composants utilisés pour la réalisation d'une cellule d'entrées alternatives ne présentent aucune garantie de sécurité intrinsèque. De ce fait, la sécurité doit reposer sur l'utilisation de la redondance et un contrôle de la cohérence des informations mises à la disposition des chaînes de traitement.

[0040] En particulier, la chaîne de traitement A scrute la tension sur l'émetteur Q1, tandis que la chaîne B est connectée au collecteur du transistor de sortie de l'optocoupleur U2. A la fin de chaque cycle de scrutation, A et B échangent à des fins de vérification mutuelle leur propre valeur sur le nombre d'échantillons pris alors que U1 ou U2 étaient conducteurs.

[0041] Les signaux utiles à la sortie de la cellule se présentent naturellement sur les collecteurs des optocoupleurs de sorties avec un niveau d'impédance de sortie élevé pour l'état électrique "1" et un niveau d'impédance faible pour l'état électrique "0". Une précaution consiste alors à utiliser uniquement pour la chaîne de traitement A, un étage tampon à transistor inversant le niveau des impédances de sortie de façon telle que l'on a cette fois un niveau d'impédance faible pour l'état électrique "1" et un niveau d'impédance élevé pour l'état électrique "0".

[0042] Cette caractéristique présente le risque de pouvoir réaliser sur les deux chaînes de traitement une fonction "OU" logique (du point de vue de l'état des entrées) en cas de défauts consistant en l'apparition de court-circuit entre les signaux de sortie des différentes cellules.

[0043] Cet étage tampon est constitué par le transistor Q1 et la résistance R6 placés dans la chaîne de traitement A.

[0044] En créant ainsi une dissymétrie entre les deux chaînes, on profite en cas d'apparition de circuits conducteurs parasites multiples, touchant éventuellement les mêmes cellules pour les deux chaînes de traitement, du comportement suivant : l'équivalent d'une fonction OU (au niveau électrique) câblée est réalisée sur les cellules de la chaîne A, tandis que l'équivalent d'un ET (au niveau électrique) câblé est réalisé sur les cellules de la chaîne B.

[0045] Ceci conduit à la détection d'une divergence entre chaînes de traitement, dès que les deux cellules concernées par les circuits conducteurs parasites se trouvent dans des états différents.

Revendications

1. Cellule d'entrées alternatives destinée à des circuits d'acquisition d'informations et en particulier en milieu ferroviaire, comprenant au moins deux chaînes (A, B) constituant des moyens de détection d'une tension d'entrée alternative et comprenant des éléments identiques disposés de manière inverse sur les deux chaînes, chaque chaîne comprenant au moins une diode zener (DZ1, DZ2), un optocoupleur (U1, U2) comprenant une diode LED, une diode (D2, D4) et une résistance (R1, R3), chacun de ces éléments étant disposé en série.

2. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux chaînes (A, B) sont disposées en parallèle, les éléments de la première chaîne étant montés selon un montage inverse par rapport aux éléments de la seconde chaîne.

3. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux chaînes d'éléments (A, B) sont mises en série, les éléments de la première chaîne étant montés selon un montage inverse par rapport aux éléments de la seconde chaîne.

4. Cellule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une résistance (R7, R13) est disposée en parallèle sur la diode LED de chacun des optocoupleurs (U1, U2).

5. Cellule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend sur une seule des chaînes (A) un étage tampon à transistor (Q1, R6) inversant le niveau de l'impédance de sortie, de l'optocoupleur (U1).

Ansprüche

1. Eingangswechselspannungs-Zelle für Informationserfassungsschaltungen, insbesondere auf dem Gebiet der Eisenbahn, aufweisend mindestens zwei Ketten (A, B), die Mittel zur Erfassung einer Eingangswechselspannung darstellen, und identische Elemente aufweisen, die bei den zwei Ketten auf umgekehrte Weise angeordnet sind, wobei jede Kette mindestens eine Zenerdiode (DZ1, DZ2), einen Optokoppler (U1, U2), der eine LED-Diode aufweist, eine Diode (D2, D4) und einen Widerstand (R1, R3) aufweist, wobei alle diese Elemente in Serie angeordnet sind.

2. Zelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Ketten (A, B) parallel angeordnet sind, wobei die Elemente der ersten Kette entsprechend einer umgekehrten Anordnung bezüglich der Elemente der zweiten Kette angeordnet sind.

3. Zelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Ketten (A, B) von Elementen in Serie gelegt sind, wobei die Elemente der ersten Kette entsprechend einer umgekehrten Anordnung bezüglich der Elemente der zweiten Kette angeordnet sind.

4. Zelle gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (R7, R13) parallel zu der LED-Diode von jedem der Optokoppler (U1, U2) gelegt ist.

5. Zelle gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einer einzigen der Ketten (A) eine Transistor-Pufferstufe (Q1, R6) aufweist, die das Niveau der Ausgangsimpedanz des Optokopplers (U1) umkehrt.

Claims

1. AC input cell intended for data acquisition circuits, particularly in railway applications, comprising at least two lines (A, B) constituting means intended to detect an AC input voltage and comprising identical elements arranged the opposite way round on the two lines, each line comprising at least one Zener diode (DZ1, DZ2), an optocoupler (U1, U2) comprising an LED diode, a diode (D2, D4) and a resistor (R1, R3), each of these elements being arranged in series.

2. Cell according to Claim 1, characterized in that the two lines (A, B) are arranged in parallel, the elements of the first line being mounted in a configuration which is the opposite to that of the elements of the second line.

3. Cell according to Claim 1, characterized in that the two lines of elements (A, B) are arranged in series, the elements of the first line being mounted in a configuration which is the opposite to that of the elements of the second line.

4. Cell according to any one of the preceding claims, characterized in that a resistor (R7, R13) is arranged in parallel on the LED diode of each of the optocouplers (U1, U2).

5. Cell according to any one of the preceding claims, characterized in that, on just one of the lines (A), it comprises a buffer stage with transistor (Q1 and R6) inverting the level of the output impedance of the optocoupler (U1).

Dessins