Brevet FR2005392A1 — publié le 19691212

691004. 1 2005202 La présente invention concerne les montages d'onduleurs à transistors complémentaires. Il est classique d'utiliser dans les circuits onduleurs des transformateurs saturables et des transistors du même type de conduc-5 tivité qui sont alternativement rendus conducteurs. Il arrive que l'énergie emmagasinée dans une partie de l'inductance de fuite du transformateur saturable soit dissipée dans chaque transistor (avec une production correspondante de hautes tensions) lorsqu'il devient non conducteur, entraînant parfois un phénomène appelé "claquage sous polarisait) tion inverse". Pour avoir une bonne sécurité de fonctionnement, ces types d'onduleurs nécessitent donc des transistors à haute tension et/ou des transformateurs saturables spéciaux à faible inductance de fuite, ce qui entraîne une augmentation de prix. La présente invention a pour objet un onduleur à transistors 15 dans lequel l'inductance de fuite du transformateur ne risque pas d'endommager les transistors. Selon une particularité essentielle de l'invention un onduleur comporte un transformateur saturable de réaction et au moins deux transistors complémentaires rendus alternativement conducteurs. Le transis-20 tor et le transformateur saturables sont connectés de manière que l'énergie emmagasinée dans l'inductance de fuite du transformateur soit dirigée sur le transistor qui devient conducteur, de manière que cette énergie emmagasinée dans l'inductance de fuite ne soit pas appliquée au transistor non conducteur risquant de provoquer un second claquage sous 25 polarisation inverse. Les onduleurs de ce type ne nécessitent ni transformateur à faible inductance de fuite ni transistors à haute tension. Plus précisément, l'invention concerne un onduleur équipé d'une première paire de transistors de type complémentaire dont les circuits émetteurs-collecteurs sont connectés en série avec les bornes 30 d'alimentation, un dispositif comportant un transformateur à noyau saturable rendant les transistors alternativement conducteurs, l'une des bornes du primaire du transformateur étant connectée en un point du circuit en série des électrodes des transistors et l'autre borne du primaire du transformateur étant connectéeen un second point dudit circuit en série, 35 l'une des bornes du secondaire du transformateur étant connectéeaux bases des deux transistors qui sont par ailleurs couplés en courant continu pour qu'une variation du potentiel de l'une soit accompagnée d'une variation identique du potentiel de l'autre. 6010043 2 2005392 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-tiront de la description détaillée qui suit et des dessins sur lesquels les figures 1 à 8 illustrent diverses variantes de l'onduleur de l'invention. 5 Les figures 1 et 2 représentent deux circuits onduleurs du type à pont. Le circuit de la figure 1 comporte une paire de transistors NPN 10 et 12 et une paire de transistors PNP 14 et 16. La borne positive 18 d'une alimentation (non représentée) est reliée aux collecteurs des transistors 10 et 12. Les émetteurs des transistors 10 10 et 12 sont respectivement reliés aux émetteurs des transistors 14 et 16. Les collecteurs des transistors 14 et 16 sont reliés à l'autre borne 20 de l'alimentation qui peut être la masse du système. Les bases des transistors 10 et 14 sont interconnectées, de même que les bases des transistors 12 et 16. 15 Le primaire 22 d'un transformateur à noyau saturable 24 à trois enroulements, est connecté entre le point de jonction des émetteurs des transistors 10 et 14 et le point de jonction des émetteurs des transistors 12 et 16. Le secondaire 26 du transformateur 24 est connecté entre le point de jonction des bases des transistors 10 et 14 20 et le point de jonction des bases des transistors 12 et 16. Le troisième enroulement ou enroulement de sortie 28 du transformateur 24 fournit un courant alternatif pour alimenter une charge 29 connectée aux bornes de sortie de l'enroulement 28. Lorsqu'une tension positive est appliquée à la borne 18 par 25 rapport à la borne de masse 20, un courant circule dans le circuit collecteur-émetteur de l'un ou l'autre des transistors 10 ou 12. En supposant que le courant passe dans le transistor 12, il traverse le primaire 22 du transformateur puis circule dans le circuit émetteur-collecteur du transistor 14 pour ressortir par la borne de masse 20. 30 Lorsque le courant circulant dans le primaire 22 augmente, une tension est induite dans le secondaire 26 dont la polarité est telle que les transistors 10 et 16 deviennent non conducteurs et que les transistors 12 et 14 deviennent conducteurs. Lorsque le courant circulant dans le transformateur 24 at-35 teint le niveau de saturation, l'impédance de ce dernier diminue brusquement et l'intensité augmente.suffisamment pour provoquer la saturation des transistors 12 et 14, c'est-à-dire pour les amener à un point auquel la tension entre collecteur et émetteur croît. Lorsque le courant 6910043 3 2005392 traversant les transistors 12 et 14 arrête de croître et commence à décroître (du fait de la diminution de la tension aux bornes du secondaire 26 lorsque le transformateur 24 est saturé), une tension est induite dans le secondaire 26 qui rend les transistors 12 et 14 non 5 conducteurs et les transistors 10 et 16 conducteurs, permettant par là le passage d'un courant inverse dans le primaire 22. Une tension alternative est ainsi induite dans l'enroulement de charge 28, c'est-à-dire à la charge qui lui est connectée. Lorsque les transistors 12 et 14 deviennent non conducteurs, 10 les transistors 10 et 16 forment un chemin de décharge de l'énergie emmagasinée dans l'inductance de fuite du transformateur 24 et, lorsque les transistors 10 et 16 deviennent non conducteurs, ce sont les transistors 12 et 14 qui servent de chemin de décharge à l'énergie emmagasinée dans l'inductance de fuite. Le circuit ne nécessite donc ni trans-15 formateur à faible fuite, ni transistors à haute tension. On remarque également qu'il n'est pas nécessaire que le transformateur soit du type à prise centrale. Sur la figure 2 les composants identiques portent les mêmes références que sur la figure 1. La figure 2 ne diffère de la 1 que par 20 le secondaire 26 du transformateur qui comprend dans ce cas deux secondaires 26a. et 261d, 26a étant connecté entre les bases et les émetteurs des transistors 12 et 16 et 2613 étant connecté entre les bases et les émetteurs des transistors 10 et 14. Les circuits des figures 1 et 2 fonctionnent de manière identique. 25 Les figures 3 et 4 représentent des onduleurs à deux transis tors complémentaires ne nécessitant qu'une seule polarité d'alimentation par rapport à la masse. La borne 30 d'une source d'alimentation (non représentée) est portée à un potentiel positif par rapport à l'autre borne de l'alimentation ou masse 32. La borne 30 est reliée au collecteur du 30 transistor NPN 34 dont l'émetteur est relié à l'émetteur du transistor PNP 36. Le collecteur du transistor 36 est relié à la masse 32. Plusieurs résistances 38, 40, 42 et 44, constituant un diviseur de tension, sont connectées dans l'ordre de leur référence entre la borne 30 et la masse 32. Le point de jonction des résistances 38 et 35 40 est relié à la base du transistor 34, alors que le point de jonction des résistances 42 et 44 est relié à la base d'un transistor 36, Le point de jonction des résistances 40 et 42 est relié à travers le secondaire 46 d'un transformateur à noyau saturable 48 et un condensateur de 6910043 4 2005392 blocage 50 de forte valeur en série, au point de jonction des émetteurs des transistors 34 et 36. Les résistances 38, 40, 42 et 44 permettent dé doser les tensions appliquées aux transistors 34 et 36 ainsi qu'à assurer le 5 démarrage de l'onduleur dont elles font partie. Le primaire 52 du transformateur 48 est connecté entre la masse 32 et un second condensateur de blocage 54 de forte capacité dont l'autre plaque est reliée aux émetteurs de transistors 34 et 36. Un enroulement de charge 56 du transformateur 48 permet d'alimenter une charge (non représentée) con-10 nectée à ses bornes de sortie. Le transistor 34 ayant son collecteur à un potentiel positif et sa base à un potentiel moins positif, conduit un courant qui circule dans le primaire 52 du transformateur, de manière à induire par couplage une tension dans le secondaire 46, dont la polarité est telle 15 que le transistor 34 soit rendu conducteur et le transistor 36 non conducteur lorsque l'intensité circulant dans le primaire 52 est croissante. Lorsque le transformateur 48 est saturé, le courant circulant dans le transistor 34 augmente brusquement jusqu'à saturation. Quand le 20 courant commence à décroître dans le primaire 52, la tension induite dans le secondaire 46 est telle que le transistor 34 soit bloqué et le transistor 36 devienne conducteur déchargeant le condensateur 54. Lorsque l'intensité circulant dans le primaire 52 est sensiblement nulle, un courant traverse le transistor 34 puis le condensateur 25 54 et le primaire 52 pour déclencher un nouveau cycle de fonctionnement de l'onduleur de la figure 3. Le courant circulant dans le primaire 52, alternativement dans un sens ou dans l'autre, induit une tension alternative aux bornes de l'enroulement de charge 56. Comme dans le cas des figures 1 et 2, l'énergie emmagasinée 30 dans l'inductance de fuite du transformateur 52 circule à travers celui des deux transistors 34 et 36 qui est conducteur. La figure 4 ne diffère de la figure 3 qu'en cè que le secondaire 46' et le condensateur 50' sont connectés entre la masse 32 et le point de jonction des résistances 40 et 42, alors que sur la figure 35 3, le secondaire 46 et le condensateur 50 étaient connectés entre le point de jonction des résistances 40 et 42 et les émetteurs des transistors 34 et 36. De plus les positions des transistors 34 et 36 sont 6910043 5 2005392 échangées. Le fonctionnement des onduleurs des figures 3 et 4 est en tous points similaire. Les figures 5, 6, 7 et 8 illustrent des onduleurs à une sortie comportant deux transistors supplémentaires et alimentés par 5 une source à trois bornes dont deux sont respectivement positive et négative par rapport à la troisième qui constitue la masse. Comme le montre la figure 5, la borne positive 60 d!une source de tension (non représentée) est reliée au collecteur d'un transistor NPN 62 dont l'émetteur est relié à celui d'un transistor PNP 42. Le collecteur 10 du transistor 60 est relié à la borne négative 66 de l'alimentation non représentée. Les bases des transistors 62 et 64 sont interconnectées et reliées à la masse 68 à travers une résistance 70 et le secondaire 72 d'un transformateur à noyau saturable 80 en série. Les émetteurs des transistors 62 et 64 sont reliés à la masse 68 à travers le 15 primaire 82 du transformateur 80. Une charge (non représentée) peut être connectée entre les bornes de sortie d'un enroulement de charge 84 du transformateur 80. Lorsque le circuit de la figure 5 est alimenté, un courant circule soit de la borne 60 à travers le circuit collecteur-émetteur du 20 transistor 62 et le primaire 82 vers la masse 68, soit de la masse 68 à travers le primaire 82 et le circuit émetteur-collecteur du transistor 64 vers la borne 66. Tant que le courant croit, une tension est induite dans le secondaire 62, ce qui accroît la conduction du transistor conducteur et diminue celle de l'autre transistor. 25 Lorsque le transformateur 80 se sature, le courant circulant dans le transistor conducteur augmente brusquement jusqu'à la saturation de ce transistor à laquelle le courant cesse d'augmenter, puis commence à décroître. Dans le secondaire 72 est alors induite une tension dont la polarité tend à bloquer le transistor antérieurement conducteur et 30 à rendre conducteur le transistor antérieurement bloqué. Un courant circule donc dans un sens dans le primaire 82 lorsque le transistor 62 est conducteur et dans le sens opposé lorsque le transistor 64 est conducteur. Un courant alternatif est donc induit dans l'enroulement de charge 84. La résistance 70 sert de résistance d'équilibrage, évitant d'avoir 35 à recourir à deux transistors appariés 62 et 64. La figure 6 diffère de la figure 5 en.ce que la résistance.70' et le secondaire 72f qui, dans le cas de la figure 5, étaient connectés entre les bases des transistors 62 et 64 et la masse, sont connectés 6910043 6 2005392 entre les émetteurs des transistors 62 et 64 et leurs bases. Cependant les fonctionnementsdes circuits des figures 5 et 6 sont en tous points similaires. Il est à noter que dans ces circuits, l'énergie emmagasinée dans l'inductance de fuite du transformateur 80 est commutée sur le 5 transistor conducteur, permettant d'éviter l'utilisation de transformateurs à faible fuite ou de transistors à haute tension. Sur la figure 7 les bornes 86 et 88 d'une source d'alimentation (non représentée) sont respectivement positive et négative par rapport à une borne de masse 90. Un potentiomètre comprenant les 10 résistances 92, 94, 96 et 98 est connecté dans l'ordre des références entre les bornes 86 et 88. Les circuits collecteurs-émetteurs des transistors complémentaires 100 et 102 sont connectés entre les bornes 86 et 88, l'émetteur du transistor NEN 100 étant relié à l'émetteur du transistor PNP 102. Le primaire 104 d'un transformateur saturable 106 15 est connecté entre les émetteurs des transistors 100 et 102 et la borne de masse 90 alors que le secondaire 108 du même transformateur est connecté entre les émetteurs des transistors 100 et 102 et le point de jonction des résistances 94 et 96. Le transformateur comporte un enroulement de charge 110 alimentant une charge (non représentée). 20 Le fonctionnement du circuit de la figure 7 étant similaire à celui du circuit de la figure 6 ne sera pas détaillé ci-après. Les résistances potentiométriques 92, 94, 96 et 98 servent à doser les potentiels statiques appliqués aux transistors 100 et 102 pour déclencher leur conduction initiale au démarrage de l'onduleur. 25 La figure 8 illustre un onduleur identique à celui des figures 5 et 6 sauf en ce qui concerne un transformateur linéaire séparé de sortie 122 qui n'existait pas sur les autres figures. Sur la figure 8S une extrémité du primaire 72 du transformateur saturable de réaction 80 est reliée à la masse 68 alors que l'autre extrémité du primaire 72 30 est reliée aux émetteurs des transistors 62 et 64. Le secondaire 82 du transformateur 80 est connecté entre les bases des transistors 62 et 64 et la masse 68. Le primaire 120 du transformateur linéaire 122 est connecté entre les émetteurs des transistors 62 et 64 et la masse 68. Le transformateur 122 comporte un enroulement de sortie 124 aux bornes 35 duquel peut être connectéeune charge (non représentée). Le circuit de la figure 8 fonctionne comme celui de la figure 5 sauf que le transformateur linéaire 122 permet de coupler les émetteurs des transistors 62 et 64, à 1'enroulement de sortie 124. 6910043 7 2005392 On remarque que sur chacune des figures 1 à 8, les bases des transistors (complémentaires) rendus alternativement conducteurs, sont couplées en continu l'une à l'autre de sorte que la variation du potentiel de l'une entraîne la variation du potentiel de l'autre, 5 Les positions du condensateur 50 et de l'inductance 46 peu vent être échangées sur la figure 3 de même que celles du condensateur 50' et de l'enroulement 46' sur la figure 4. De plus, sur les figures 3 et 4, les positions du condensateur 54 et de l'enroulement 52 peuvent être échangées. En outre, la sortie, au lieu d'être prise sur 10 un enroulement de charge couplé à un transformateur saturable de réaction comme sur les figures 1 à 7, peut être prise sur un transformateur supplémentaire monté de manière adéquate. Il va de soi que l'invention décrite est susceptible de nombreuses modifications ou applications sans sortir de son cadre. 6910043 8 2005392 REVENDICATIONS 1 - Onduleur comprenant une première paire de transistors complémentaires dont les circuits émetteurs-collecteurs sont en série entre les bornes d'une source d'alimentation, un circuit comprenant un transformateur à noyau saturable comportant un primaire et un se- $ condaire servant à rendre alternativement conducteurs lesdits transistors, l'onduleur étant caractérisé en ce que ledit primaire est connecté entre un point du circuit en série constitué par les électrodes interconnectées desdits transistors et un autre point du même circuit en série, l'une des extrémités du secondaire étant connectée ,_s$S> aux bases des deux transistors qui sont interconnectées en courant continu de manière qu'une variation du potentiel de l'une soit accompagnée d'une variation du potentiel de l'autre. 2 - Onduleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une seconde paire de transistors complémentaires dont J5 les circuits émetteurs-collecteurs sont en série entre les bornes de l'alimentation, la deuxième extrémité du primaire étant connectée en un point du second circuit en série constitué par les électrodes interconnectées de ladite seconde paire de transistors, les bases des transistors de chaque paire étant interconnectées et le secondaire du tran-c(S) formateur étant connecté entre les bases de la première paire de transistors et les bases de la seconde paire de transistors. 3 - Onduleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un diviseur de tension est connecté entre les bornes d'alimentation et dont certaines prises espacées sont connectées aux bases desdits transistors, Ci la connexion du secondaire du transformateur aux bases comprenant certaines parties du diviseur de tension. comporte un condensateur de blocage en série entre le primaire et l'une des bornes de l'alimentation et un second condensateur de blocage en '3*0 série entre le secondaire et l'une des bornes de l'alimentation. est alimenté par 3 bornes dont deux sont reliées à des points de polarit opposés par rapport à la troisième borne, lesdits transistors étant connectés entre les deux premières bornes alors que le primaire est connecté par sa seconde extrémité à la troisième borne. 4 - Onduleur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il 5 - Onduleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il 6910043 9 2005392 6 - Onduleur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu;un diviseur de tension est connecté entre les deux premières bornes d'alimentation, les bases des transistors étant connectées aux prises espacées respectives du diviseur et la seconde extrémité du secondaire 5 étant connectée à la troisième borne. 7 - Onduleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un transformateur séparé de sortie relié aux électrodes des transistors de manière à alimenter une charge en courant alternatif de sortie de l'onduleur.