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Title:
PROTECTIVE POWER VARIATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1989/011175
Kind Code:
A1
Abstract:
A variator circuit comprises a triac (4) mounted in series with a load (1) to be controlled, and a CTR variable series phase-shifter circuit (8, 9, 10). The point (11) midway between the resistive element (8, 9) and the capacitive element (10) of said circuit (8, 9, 10) is connected to the gate (6) of the triac. Connected in series in the branch of the circuit comprising the resistive element and the connection of said midway point to the triac is a non-linear component (18) the resistance of which can change from a minimum value to a maximum value when the current flowing through it increases by a minimum value corresponding to the normal operating conditions of the phase-shifter circuit to a maximum value corresponding to a short-circuit condition of the triac between the gate and the power electrode, said minimum value of the resistance being a value which has no appreciable effect on the functioning of the phase-shifter circuit and said maximum value of the resistance being a value which limits the current in the resistive element to a value which prevents any destruction or deterioration of the latter. Said non-linear component may be a CTR resistor, a fast safety fuse or, very advantageously, the filament of an incandescent lamp, the characteristics of said filament, in particular its equivalent resistance under nominal operating conditions, being chosen so that it volatilizes in the event of a short-circuit condition of the triac between the gate and the power electrode.

Inventors:
AMAURY GEORGES JEAN (FR)
Application Number:
PCT/FR1989/000187
Publication Date:
November 16, 1989
Filing Date:
April 21, 1989
Export Citation:
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Assignee:
MECA S A R L SOC NOUV (FR)
AMAURY GEORGES JEAN (FR)
International Classes:
H02H9/02; H05B39/08; (IPC1-7): H02H9/02; H05B39/08
Foreign References:
US4567375A1986-01-28
AT373739B1984-02-10
Other References:
ELECTRONIQUE APPLICATIONS no. 47, avril 1986, Paris, France page 53 - 55; X. DURBECQ: "Gradateurs de lumière : montages simplesne générant pas de parasites" voir le document en entier
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 3, no. 28 (E-96)() 09 mars 1979, & JP-A-54 6473 (HITACHI SEISAKUSHO K.K.) 18 janvier 1979,
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Claims:
REVENDICATIONS
1. Un circuit variateur de puissance, comportant un triac (4) monté en série avec une charge (1) à commander, et un circuit déphaseur RC série variable (8, 9, 10) dont le point milieu (11) entre l'élément résistif (8, 9) et l'élément capacitif (10) est relié à la gâchette (G) du triac, caractérisé en ce qu'il comprend, en série dans la branche de circuit comprenant l'élément résistif et la Haison dudit point milieu au triac, un composant non Hnéaire (18) dont la résistance est susceptible de passer d'une valeur minimale à une valeur maximale lorsque le courant qui le traverse croît respectivement d'une valeur minimale correspondant aux conditions normales de fonctionnement du circuit déphaseur à une valeur maximale correspondante à une condition de courtcircuit du triac entre gâchette et électrode de puissance, ladite valeur minimale de résistance étant une valeur sans incidence notable sur le fonctionnement du circuit déphaseur et ladite valeur maximale de résistance étant une valeur Hmitant le courant dans l'élément résistif à une valeur empêchant toute destruction ou détérioration de celuici.
2. Le circuit variateur de la revendication 1 , dans lequel ledit composant non linéaire (18) est une résistance CTP.
3. Le circuit variateur de la revendication 2, dans lequel ledit composant non linéaire (18) est un élément fusible.
4. Le circuit variateur de la revendication 3, dans lequel ledit élément fusible est un fusible de sécurité rapide.
5. Le circuit variateur de la revendication 3, dans lequel ledit élément fusible est constitué par le filament d'une ampoule à incandescence, filament dont les caractéristiques, notamment sa résistance équivalente dans les conditions nominales de fonctionne ment, sont choisies de manière qu'il se volatilise dans le cas d'une condition de courtcircuit du triac entre gâchette et électrode de puissance.
Description:
Variateur de puissance de sécurité

La présente invention concerne les circuits variateurs de puissance, notamment les circuits variateurs de lumière utilisés pour la commande de l'intensité lumineuse des lampes à incandes¬ cence telles que les lampes halogènes.

De façon classique, ces circuits variateurs comportent un triac monté en série avec une charge à commander (la lampe à incandescence, dans le cas d'un variateur de lumière), et un circuit déphaseur RC série variable dont le point milieu entre l'élément résistif et l'élément capacitif est relié à la gâchette du triac.

Plus précisément, l'élément résistif est généralement constitué d'une résistance variable (servant au réglage de l'intensité lumineuse par l'utilisateur) montée en série avec une résistance fixe de plus faible valeur, de manière que la résistance totale de l'en¬ semble ne soit jamais nulle, même pour le réglage minimal de la résistance variable, évitant ainsi un courant de gâchette excessif.

La liaison entre le point milieu du circuit RC série et la gâchette du triac est habituellement réalisée par l'intermédiaire d'un diac formant composant à seuil de déclenchement, éventuelle¬ ment en série avec une diode Zener pour permettre l'extinction totale du circuit de puissance en deçà d'un certain seuil de réglage de la résistance variable.

Tant pour les utilisations domestiques que profession- nelles, ces variateurs doivent répondre à un certain nombre de normes de sécurité, notamment la norme CEI 65 (norme française NF C92-130) qui imposent un certain nombre de conditions sévères de sécurité aussi bien en ce qui concerne la robustesse mécanique (résistance à la traction sur les fils, solidité du boîtier,... ) qu'élec- trique.

En particulier, parmi les contraintes électriques, les différents court-circuits qui peuvent se produire entre les électrodes du triac ne doivent pas entraîner de conséquences dommageables suite à une production d'étincelles, un échauffement excessif, ... Or ces court-circuits, qui résultent de défauts de fabrica-

tion de composants, ne sont pas rares et, statistiquement, peuvent ne pas apparaître avant plusieurs dizaines d'heures de fonctionne¬ ment seulement.

Parmi les trois possibilités de court-circuits entre élec- trodes du triac (qui comprend trois électrodes, à savoir une gâchette et deux électrodes de puissance), deux des court-circuits n'auront pas de conséquences dommageables : il s'agit du court-circuit entre les deux électrodes de puissance (la lampe sera alors alimentée à pleine puissance, de façon continue, le variateur n'ayant aucun effet) et du court-circuit entre la gâchette et celles des électrodes de puis¬ sance qui est reliée au secteur du même côté que l'élément résistif du circuit déphaseur (la boucle du circuit de commande de gâchette sera alors en court-circuit sur elle-même, le triac ne sera plus déclenché, et le variateur sera également sans effet). En revanche, la troisième condition de court-circuit peut, dans certains cas, avoir des conséquences dommageables graves.

En effet, en cas de court-circuit entre la gâchette et celles des électrodes de puissance qui est reliée au secteur du même côté que l'élément capacitif du circuit déphaseur, le point milieu du circuit déphaseur entre l'élément résistif et l'élément capacitif va se trouver porté au potentiel de la phase secteur à l'endroit du court- circuit, de sorte que l'élément résistif du circuit déphaseur va être soumis entre ses bornes à une tension égale à la tension du secteur. Cette tension secteur peut induire un courant intense dans la résistance variable et dans la résistance fixe, courant qui sera d'autant plus intense que la résistance variable sera posi¬ tionnée sur une valeur faible. Le courant résultant peut provoquer une destruction de la résistance fixe ou dé la résistance variable, ou de ces deux éléments, avec un échauffement tel que cette destruction peut s'accompagner d'une émission de fumées et de flammes par combustion de la carte imprimée supportant ces éléments de circuit.

Le but de la présente invention est de proposer un circuit variateur de puissance du type précité qui procure une sécurité complète à l'encontre d'un tel incident de fonctionnement, assurant ainsi une conformité totale aux normes de sécurité précitées en la

matière.

A cet effet, selon l'invention, le circuit variateur de puis¬ sance comprend, en série dans la branche de circuit comprenant l'élément résistif et la liaison dudit point milieu au triac, un compo- sant non linéaire dont la résistance est susceptible de passer d'une valeur minimale à une valeur maximale lorsque le courant qui le traverse croît respectivement d'une valeur minimale correspondant aux conditions normales de fonctionnement du circuit déphaseur à une valeur maximale correspondante à une condition de court- circuit du triac entre gâchette et électrode de puissance, ladite valeur minimale de résistance étant une valeur sans incidence notable sur le fonctionnement du circuit déphaseur et ladite valeur maximale de résistance étant une valeur limitant le courant dans l'élément résistif à une valeur empêchant toute destruction ou dété- rioration de celui-ci.

Dans un premier mode de réalisation, ledit composant non linéaire est une résistance CTP ; dans un autre mode de réalisa¬ tion, ledit composant non linéaire est un élément fusible.

Dans une première variante de mise en oeuvre de ce second mode de réalisation, l'élément fusible est un fusible de sécu¬ rité rapide ; dans une seconde variante de mise en oeuvre — qui est la variante préférentielle de mise en oeuvre de l'invention — l'élé¬ ment fusible est constitué par le filament d' une ampoule à incandes¬ cence, filament dont les caractéristiques, notamment sa résistance équivalente dans les conditions nominales de fonctionnement, sont choisies de manière qu'il se volatilise dans le cas d'une condition de court-circuit du triac entre gâchette et électrode de puissance.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée d'un exemple de réalisation, faite en référence à la figure annexée unique, qui représente le schéma d'un circuit variateur de puissance mettant en oeuvre les enseignements de la présente invention.

Sur cette figure, la référence 1 désigne la charge à commander (typiquement, une lampe à incandescence telle qu'une lampe halogène), qui est alimentée par les deux phases 2 et 2', la phase 2 étant reliée directement à la charge, tandis que la phase 2' est reliée avec interposition d'un fusible général 3, d'un triac 4 et d'un interrupteur 5, par exemple un interrupteur à commande au pied à deux positions : une position où il commute la charge via le triac, et une position où il déconnecte celle-ci et simultanément allume un voyant néon 6, avec sa résistance de limitation 7 associée, permettant de retrouver plus facilement l'interrupteur dans l'obscu¬ rité.

De façon classique, le triac 4 est commandé en phase par un circuit déphaseur comprenant, en série, un élément résistif 8, 9 composé d'une résistance fixe (par exemple, de 2,7 kΩ) et d'une résistance variable 9 (par exemple variant de 0 à 500 kΩ) qui peut être couplée à l'interrupteur 5, qui est alors un interrupteur fin de course correspondant à la position de résistance maximale. La résis¬ tance fixe 8 est choisie de manière à limiter le courant de gâchette du triac au moment de l' amorçage de celui-ci. Le circuit déphaseur comporte, associé à l'élément résistif 8, 9, un élément capacitif 10 (par exemple un condensateur de 0,lμF), de sorte que le point milieu 11 entre l'élément résistif et l'élément capacitif va présenter un déphasage variable par rapport aux électrodes de puissance A1,A2 du triac, permettant ainsi de retarder l'amorçage de celui-ci par rapport au début de chaque demi- période et de moduler ainsi la puissance délivrée à la charge 1.

De façon en elle-même connue, la liaison entre le point milieu 11 du circuit déphaseur RC et la gâchette G du triac est réalisée par l'intermédiaire d'un diac 12 permettant de générer des pics de courant assurant un meilleur amorçage du triac.

De préférence, on prévoit également sur le circuit de gâchette, en série avec le diac, une diode Zener 13 (par exemple une diode à 12 V environ), qui assure une extinction complète de la charge même si la valeur maximale réelle de résistance de la résis- tance variable 9 (par exemple 470 kΩ) est inférieure à la valeur

maximale nominale (par exemple, 500 kΩ) pour laquelle le circuit a été calculé ; on pallie ainsi les conséquences des dispersions dans les caractéristiques de fabrication des résistance variable, dispersions qui peuvent être importantes. Enfin, on prévoit un circuit d'antiparasitage radiofré- quence comportant une inductance 14 en série avec le triac et la charge, et un condensateur 15 en parallèle sur la branche formée par l'inductance 14 et le triac 4.

Le montage que l'on vient de décrire est en lui-même classique.

Comme on l'a indiqué plus haut, le court-circuit entre les électrodes de puissance Al et A2 du triac sera sans conséquence dommageable, de même qu'un court-circuit entre la gâchette G et l'électrode de puissance A2 ; simplement, dans l'un ou l'autre de ces deux cas, il ne sera plus possible de faire varier la puissance délivrée à la charge 1.

En revanche, en cas de court-circuit entre la gâchette et l'électrode de puissance Al (court-circuit symbolisé en 16), la gâchette va se trouver portée, via la charge 1, au potentiel de la phase 2 et on retrouvera ce potentiel au point milieu 11 , le diac 12 et la diode Zener 13 étant tout deux passants puisque polarisés au-delà de leur seuil limite de conduction.

Le circuit résistif 8, 9 va donc recevoir entre ses bornes 11, 17 une tension sensiblement égale à la tension du secteur, donc considérablement supérieure à celle à laquelle il fonctionne habi¬ tuellement (de l'ordre de quelques volts).

Si, à ce moment, la résistance variable se trouve en une position correspondant à une valeur de résistance élevée, cet inci¬ dent n'aura pas de conséquence dommageable, puisque le courant efficace traversant l'élément résistif restera faible et compatible avec la puissance nominale de la résistance variable 9 (générale¬ ment 0,5 W). En revanche, pour une plage de valeurs de résistance comprise entre environ 3 et 10 kΩ (pour les valeurs données ici à titre d'exemple), l'intensité traversant la résistance variable 9 et la résistance fixe 8 va devenir très supérieure à ce que peuvent

dissiper ces deux éléments, de sorte qu'ils vont être très rapidement détruits, réchauffement produisant même souvent la combustion de la carte imprimée avec émission de flammes ou de fumées : en effet, pour une certaine plage de valeurs de résistance, le courant sera suffisamment faible pour ne pas faire fondre le fusible général de protection 3 (qui est calibré sur l'intensité nominale traversant la charge, qui est de plusieurs ampères), mais suffisamment fort pour provoquer une combustion et une destruction de la résistance fixe 8 et/ ou de la résistance variable 9. Pour pallier cet inconvénient, la présente invention propose d'insérer, en série dans le circuit de gâchette (c'est-à-dire la branche comprise entre le point 17 et la gâchette du triac) un compo¬ sant non Hnéaire 18 protégeant le circuit contre de telles surinten¬ sités. Dans un premier mode de réalisation, le composant non

Hnéaire 18 est une résistance à coefficient de température positif (CTP), dont les caractéristiques sont choisies de manière qu'elle puisse fonctionner en Hmiteur de courant : lorsque la surcharge résultant du court-circuit 16 se produit, la CTP s'échauffe du fait de la brusque augmentation d'intensité et atteint son point de Curie ; sa résistance augmente alors très rapidement, devenant beaucoup plus élevée que celle de l'élément résistif 8, 9, assurant ainsi la protection de ce dernier.

Ce mode de réaHsation présente l'avantage d'une totale réversibilité, ce qui est intéressant si l'on peut éliminer la cause du court-circuit 16 ; il présente cependant l'inconvénient de nécessiter un composant coûteux (la CTP) et d'avoir un temps de réponse rela¬ tivement long, de l'ordre d'une demi-seconde, pour échauffer suffi¬ samment la CTP. Dans un second mode de réaHsation, l'élément non-

Hnéaire 18 est un élément fusible.

Cet élément fusible peut être un fusible de sécurité rapide de type classique (fusible en cartouche, tubulaire, à souder,... ). U présente l'avantage de la simplicité. En revanche, comme le fusible doit être caHbré à une très faible intensité (typi-

quement, 10 mA), ce composant est relativement coûteux et la pratique montre que le temps de réponse est relativement long même pour un fusible de type « rapide » car les valeurs couramment disponibles dans le commerce sont limitées à 10 mA, et une telle valeur est encore trop élevée pour la protection recherchée, pour laquelle une valeur de 5 mA ou moins serait souhaitable.

Par ailleurs, des fusibles de très faible intensité ne pour¬ raient pas être utiHsés dans des circuits variateurs pour des charges relativement importantes, car ils se trouveraient alors caHbrés à une valeur trop proche du courant moyen minimal de gâchette nécessaire (typiquement, le courant de gâchette peut atteindre 50 à 70 mA, selon les fabrications).

Dans une variante — préférentielle — de mise en oeuvre, l'élément fusible est constitué par une ampoule à incandescence, dont les caractéristiques du filament sont choisies de manière que celui-ci vienne à se volatiHser dès l'apparition d'une surintensité dans le circuit de gâchette.

Ainsi, dans le cas d'un circuit dont les éléments ont les valeurs indiquées plus haut à titre d'exemple, on a constaté qu'une ampoule de 5 V 15 mA (soit une résistance à chaud de 333 Ω dans des conditions nominales de fonctionnement) répondait à ces condi¬ tions.

En revanche, une ampoule de même type de 3 V/8 mA (soit mie résistance de 375 Ω dans les conditions nominales de fonc- tionnement) n'assurait pas son rôle d'élément fusible : en effet, dans ce dernier cas, lors d'un court-circuit dans le circuit de gâchette le filament était porté à une vive incandescence mais ne se volatiHsait pas, de sorte que l'élément résistif 8, 9 était détruit et provoquait la combustion de la carte imprimée. II est donc important de procéder à une sélection de l'am¬ poule utilisée, l'un des paramètres importants étant la résistance à chaud du filament dans les conditions nominales de fonctionne¬ ment : avec les exemples de valeur numériques données plus haut, on a constaté qu'une résistance équivalente supérieure à 350 Ω environ empêchait la lampe de rempHr correctement son rôle d'élé-

ment de sécurité, celle-ci fonctionnant en mode « incandescence » et non en mode « fusible ».

Outre son très faible coût, un tel élément présente l'avan¬ tage d'une très grande rapidité de réponse — supérieure à celle d'une CTP ou d'un fusible « rapide » de sécurité classique.

Il permet ainsi d'assurer la conformité totale aux normes de sécurité précitées du variateur selon l'invention.

Bien entendu, les valeurs données dans la présente description ne le sont qu'à titre indicatif et peuvent varier largement en fonction des diverses valeurs de composants utiHsés.

On notera par ailleurs que, quel que soit le mode de réali¬ sation, le composant non linéaire 18 peut être placé à n'importe quel endroit du circuit de commande de gâchette, c'est-à-dire à n'importe quel endroit de la branche comprise entre le point commun 17 et la gâchette G du triac. Outre la position représentée sur la figure, l'élé¬ ment 18 peut également, en variante, être placé par exemple en série au point 19 (entre le point milieu 11 et le diac 12), ou encore en série au point 20 (juste avant la gâchette G).