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J
0530151
DEMANDE DE BREVET EUROPEEN
A1
19930303
EP
92810647.5
19920824
fr
fr
fr
2518/91
19910828
CH
19930303
199309
19930303
199309
5
5H 01H 47/04 A
de
Speiseschaltung für einen Elektromagnet mittels einer Gleichstromquelle
en
Power supply for an electromagnet by means of a dc current source
fr
Circuit d'alimentation d'un électroaimant au moyen d'une source de courant continu
1
HONEYWELL LUCIFER SA
00626110
1.H372.12CH.3
16, chemin du Faubourg-de-Cruseilles
CH-1227 Carouge (Genève)
CH
Blazek, Oldrich
16, Avenue François-Besson
CH-1217 Meyrin
CH
Meylan, Robert Maurice
et al
00026161
c/o BUGNION S.A. 10, route de Florissant Case Postale 375
CH-1211 Genève 12 - Champel
CH
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Le circuit comprend un oscillateur (IC1) produisant, au moyen de la bobine (B) de l'électroaimant, des impulsions de tension chargeant un condensateur (C1) à une tension supérieure à la tension d'alimentation du circuit. Ce condensateur se décharge à travers un thyristor (TH) et la bobine (B) lorsque sa tension atteint la tension de blocage d'une diode Zener (ZD1) commandant la gâchette du thyristor. Les impulsions de courant dans la bobine de l'électroaimant sont insuffisantes pour actionner l'électroaimant, mais suffisantes pour maintenir son armature attirée.
La présente invention a pour objet un circuit d'alimentation d'un électroaimant au moyen d'une source de courant continu, comprenant un oscillateur chargeant, par des impulsions de tension fournies par une bobine, un condensateur à une tension supérieure à la tension de la source, le condensateur se déchargeant à travers l'électroaimant lorsque sa tension atteint la tension de blocage d'un élément semi-conducteur commandant un interrupteur semi-conducteur branché entre le condensateur et l'électroaimant.
De tels circuits d'alimentation sont notamment nécessaires lorsqu'il s'agit d'alimenter une électrovalve dans un environnement où la production d'étincelles doit absolument être évitée pour des raisons de sécurité, par exemple dans les mines et les minoteries. Dans un tel environnement les mesures de sécurité exigent que la tension d'alimentation soit limitée, généralement entre 12 V et 28 V, et que le courant soit limité, par exemple à 20 m A. La puissance maximale ainsi disponible est insuffisante pour assurer l'attraction de l'armature d'une électrovalve.
Du document DE-A-32 06 590 on connaît un circuit dans lequel un condensateur est chargé à une tension supérieure à la tension de la source au moyen d'un oscillateur et de deux diodes trigger commandant un thyristor et se décharge à travers le thyristor et une électrovalve montés en série entre les bornes de la source. Le thyristor, ainsi utilisé, présente l'inconvénient de rester parfois conducteur même après une chute de tension et le relâchement de l'électrovalve. En outre, l'oscillateur comprend un transformateur.
Du document EP-A-0 267 455 on connaît un circuit d'alimentation comprenant un transformateur au moyen duquel un condensateur branché sur le secondaire du transformateur peut être chargé à une tension égale à plusieurs fois la tension d'alimentation. Le blocage est assuré par deux diacs. L'interrupteur semi-conducteur est un transistor.
Si le transformateur permet d'obtenir des impulsions de tension de valeur élevée, il constitue par contre un élément volumineux, encombrant et coûteux. Or, de tels circuits d'alimentation sont destinés à être intégrés à chaque électrovalve et l'utilisation d'un transformateur constitue dans ce cas un handicap, tant sur le plan de l'encombrement que du coût.
La présente invention a pour but de réaliser un circuit d'alimentation du type défini plus haut, mais sans transformateur.
Le circuit d'alimentation selon l'invention est caractérisé en ce que la bobine fournissant les impulsions de tension est constituée par la bobine de l'électroaimant, que l'élément semi-conducteur dont la tension de blocage autorise la charge du condensateur à une tension supérieure à la tension d'alimentation est une diode Zener, que l'interrupteur semi-conducteur est un thyristor branché parallèlement à l'électro-aimant, et dont la gâchette est reliée à la diode Zener, l'électroaimant étant en outre en série avec un transistor travaillant en interrupteur commandé par l'oscillateur pour la production d'impulsions de courant dans l'électro-aimant, ces impulsions étant insuffisantes pour actionner l'électro-aimant, mais suffisantes pour maintenir son armature attirée.
Les impulsions de tension sont obtenues, comme dans l'art antérieur, au moyen d'un courant haché à travers une bobine, mais en utilisant à cet effet la bobine de l'électro-aimant. Dès la mise sous tension du circuit, un courant haché contrôlé par le transistor traverse l'électro-aimant, mais son intensité est insuffisante pour provoquer l'attraction de l'armature. Ce courant haché permet par contre d'obtenir des impulsions de tension pour charger le condensateur et il est suffisant pour maintenir l'armature en position attirée après la décharge du condensateur à travers la bobine.
Sans limitation du courant tiré de la source le condensateur est chargé à une tension approximativement égale à la somme de la tension d'alimentation et de la tension de Zener de la première diode Zener.
Dans un mode d'exécution le transistor en série avec l'électro-aimant est maintenu ouvert pendant la décharge du condensateur au moyen d'une seconde diode Zener.
Le dessin annexé représente un exemple de réalisation du circuit selon l'invention.
Le circuit représenté comprend un oscillateur réalisé de manière conventionnelle au moyen d'un amplificateur opérationnel IC1, d'une résistance de contre-réaction R5 et de deux condensateurs C3 et C4. Le courant d'alimentation oscillateur est limité par une résistance R1 et traverse un diviseur de tension constitué de deux résistances R2 et R3 dont le point commun est relié à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel à travers une résistance R4.
L'oscillateur controle un transistor TR npn en série avec la bobine B d'un solenoïde par exemple une électrovalve et une diode D1. A cet effet la base du transistor TR est relié à l'oscillateur à travers une résistance R6 et son émetteur est relié à la masse. Le transistor TR fonctionne en interrupteur et son ouverture a pour effet d'engendrer un courant haché à travers la bobine B. Entre les bornes B1 et B2 de la bobine B sont branchés, en série, une diode D2 et un thyristor TH dans le sens anode-cathode. Entre l'anode et la gâchette du thyristor TH est branchée une diode Zener ZD1. Le condensateur à charger C1 est branché entre le point commun de D2, TH, ZD1 et la masse.
Entre la borne B2 de la bobine reliée à la cathode du thyristor TH et la base du transistor TR est en outre branchée une diode Zener ZD2 en série avec une résistance R7. Le point commun de cette diode Zener et de la résistance R7 est relié à la masse à travers un condensateur électrolytique C2.
Lorsque le circuit est mis sous tension, un courant haché traverse la bobine B comme décrit plus haut. Chaque impulsion de courant dans la bobine B a pour effet d'engendrer une impulsion de tension positive au point B1. Cette impulsion de tension engendre à son tour une impulsion de courant à travers la diode D2, impulsion qui vient charger le condensateur électrolytique C1. Ce condensateur C1 ne peut tout d'abord pas se décharger, car la diode D2, le thyristor TH et la diode Zener ZD1 sont bloqués. Lorsque la charge du condensateur CI atteint une valeur suffisante, c'est-à-dire lorsque la tension au point 1 atteint la tension de Zener de la diode Zener ZD1, cette diode Zener devient conductrice et le thyristor TH est débloqué et le condensateur C1 peut se décharger à travers la bobine B et le transistor TR. Cette tension au point 1 est atteinte lorsque :
U
C
= U
ZD1
+ U
aliment
- U
P
où Up représente la perte ohmique à travers le thyristor.
Le condensateur C1 est donc pratiquement chargé à une tension égale à la somme de la tension d'alimentation et de la tension de Zener de la diode Zener ZD1, ce qui signifie que le circuit permet d'alimenter la bobine B avec une tension égale à la tension d'alimentation augmentée de la tension de Zener de la diode de Zener ZD1. Cette tension de Zener peut être sensiblement plus élevée que la tension de la source, par exemple égale au double de la tension de la source.
Pendant la décharge du condensateur C1 à travers la bobine B, il convient que le transistor TR reste débloqué. Cette fonction est assurée par la diode Zener ZD2 dont la tension de Zener est supérieure à la tension de la source. Tant que le thyristor TH est bloqué, la tension au point 2 reste inférieure à la tension de Zener de la diode Zener ZD2 et celle-ci est bloquée. Lorsque la tension au point 2 monte pratiquement à la tension U_{C1max} > U_{ZD2}, la diode Zener ZD2 conduit et le condensateur C2 se charge positivement et maintient le transistor TR débloqué. Le condensateur C2 se décharge parallèlement au condensateur C1.
Après décharge du condensateur C1 le thyristor TH est à nouveau bloqué, ainsi que la diode Zener ZD2, mais le courant haché traversant à nouveau la bobine B suffit à maintenir l'armature de l'électro-aimant attiré.
Le circuit représenté peut être complété par des éléments de sécurité constitués par exemple par une diode Zener parallèle aux résistances R2 et R3, une diode Zener parallèle au condensateur CI et une diode en amont de la diode D2 de la résistance R1.
Les composants du circuit peuvent avoir par exemple, les valeurs suivantes :
La tension de Zener de la diode Zener ZD2 dépend de la tension maximale d'alimentation. Si cette tension est de 28 V, la tension de Zener sera choisie égale à 30 V.
Avec une tension d'alimentation de 28 V on a mesuré au point 2 une tension maximale de 49 V et un courant de pointe dans la bobine de 200 mA.
En limitant le courant tiré de la source à 22 mA au moyen d'une résistance, on a encore mesuré une tension de 39 V et un courant de pointe de 155 mA.
1. Circuit d'alimentation d'un électro-aimant au moyen d'une source de courant continu comprenant un oscillateur (IC1) chargeant, par des impulsions de tension fournie par une bobine, un condensateur (C1) à une tension supérieure à la tension de la source, le condensateur se déchargeant à travers l'électro-aimant (B) lorsque cette tension atteint la tension de blocage d'un élément semi-conducteur commandant un interrupteur semiconducteur branché entre le condensateur et l'électroaimant, caractérisé en ce que la bobine fournissant les impulsions de tension et constitutée par la bobine (B) de l'électro-aimant, que l'élément semi-conducteur dont la tension de blocage autorise la charge du condensateur (CI) à une tension supérieure à la tension d'alimentation est une diode Zener (ZD1), que l'interrupteur semi conducteur est un thyristor (TH) branché en parallèle à l'électro-aimant et dont la gâchette est reliée à la diode Zener (ZD1), l'électro-aimant étant en outre en série avec un transistor (TR) travaillant en interrupteur commandé par l'oscillateur pour la production d'impulsions de courant dans l'électroaimant, ces impulsions étant insuffisantes pour actionner l'électro-aimant, mais suffisantes pour maintenir son armature attirée.
2. Circuit d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transistor (TR) est un transistor npn et que le circuit comprend une seconde diode Zener (ZD2) branchée, en série avec une résistance (R7), entre la borne de l'électro-aimant reliée à la source de courant et la base du transistor, le point commun de la seconde diode Zener et de ladite résistance étant reliée à la masse à travers un condensateur (C2) et la tension de Zener de la seconde diode Zener étant supérieure à la tension d'alimentation du circuit.