Brevet FR2002031A1 — publié le 19691003

La présente invention concerne des circuits de découpage en courant continu et plus particulièrement des eircuits de découpage utilisant des transistors travaillant en commutateurs con. organes de commntation. L'invention est matérialisée dans un circuit de découpage on courant continu comprenant un transistor sont de façon à fonction- ner en commutateur entre une alimentation en courant continu et une charge, le courant de base appliqué au transistor à l'état conducteur étant maintenu par une réaction inductive provenant du circuit du collecteur de c. transistor. On peut obtenir l'interruption de la période de conduction du transistor à l'état conducteur, pour réaliser une commande du fonetionnement en tout-ou-rien, a interrompant la réaction inductive. L'interruption de la réaction inductive peut être obtenu en prévoyant us dispositif de court-circuitage qui court-circuite le couplage inductif entre les circuits do la base et du collecteur du traneistor. La réaetion inductive peut être fournie par l'intermédiaire d'nm transformateur saturable. Lorsque la réaction inductive est feurnie par l'intermédiaire d'un transformateur saturable, oa peut prévoir des moyens qui ramè- ment ce transformateur à l'état initial chaque fois que le transistor est rendu non conducteur par la saturation du transformateur pu pour n'importe quelle autre cauge. La commande du rapport de fonctionnement en tout-ou-rien du eircuit régulateur, lorsqu'un transformateur saturable est utilisé comme couplage induotif, peut être obtonue en réglant la durée du reteur à l'état initial qui suit la saturation du transformateur et, par conséquent, l'excursion ou variation du flux disponible avant qu'un autre phénomène de saturation se produise0 Suivant une variante, la commande du rapport de fonctionnement en tout-on-rien du circuit régulateur peut être obtenue par d'autres procédés de commande qui imposent le retour total du transformateur à l'état initial à chaque période pendant laquelle le transistor est à l'é- tat non conducteur ou bloqué. La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. La fog. 1 montre un montage de circuit pour circuit régulateur de découpage en courant continu, utilisant des transistors et des- tin à un moteur série à courant continu, monté dans un véhicule électrique. La fig. 2 illustre un mode de réalisation d'un circuit de com- mande pouvant être utilisé dans le montage visible sur la fig.1. La fig. 3 illustre une variante du montage visible sur la fig.1. Si l'on se réfère à la fig.1, un moteur de traction à enrou- lement série, incorporé à un véhicule possède un induit Â et un enroulement inducteur P relié, par l'intermédiaire d'un conver- tisseur de courant cotinu CT destiné à détecter l'intensité du courant, au collecteur c'un trensistor de commanmde VT2 formant régulateur en série, dont l'émetteur est connecté, par l'intermé diaire d'un enroulement X3 d'un transformateur saturable T2, à la borne négative d'une batterie B dont la borne positive est reliée on retour à l'autre borne du moteur. Une diode classique MR6 à fonctionnement non asservi est montée aux bornes du moteur pour fournir un trajet de circulation du courant pendant les périodes de non conduction du transistor de commande VT2. Pour fournir une alimentation de faible puissance aux éléments secondaires du circuit, on prévoit un dispositif inverseur à faible puissance, relié à la batterie B. Ce lispositif inverseur comprend un élément semi-conducteur formant redresseur commandé TR1 et un élément similaire TR2, entre lesquels une inductance L1 possède use prise médiane connectée à une prise médiane de la batterie. Un enroulement primaire W4 d'un transformateur T1 est monté en parallèle avec un condensateur C2 et produit une augmentation des tensions alternatives appliquées aux enroulements secondaires W1, V2 et W3 visibles sur la fig. 1.La tension de sortie de l'onroulement W2 est redressée, par l'intermédiaire de diodes MR1 et MR2 qui sont montées de façon à former un redresseur à deux alternances, et est appliquée comme tension de polarination à la base du transistor VT2. Les tensions de sortie provenant des enroulements W1 et W3 sont utilisées pour alimenter, d'une part, un organe de commande inductif, constitué par une pédale et, d'autre part, le convertisseur de courant continu C, men- tionné précédemment, de façon à contrdler ou détecter le courant traversant le moteur. Si l'on se réfère à nouveau au transistor de commande VT2 foraant régulateur en série et à ses éléments de circuit associés, la tension de polarisation provenant du dispositif inverseur pré- cédemment mentionné et appliquée, par l'intermédiaire de la résis- tance R2, à la base du transistor VT2, permet de ramener à une valeur minimale les courants de fuite du transistor lorsqu'il est à l'état bloqué ou non conducteur. Le transformateur T2 possède un enroulement secondaire 14 qui est monté entre la base et l'é- metteur du transistor V!2 en série avec une diode MR5.Aux bornes de l'enroulement t4, on monte un élément semi-conducteur formant redresseur commandé TR3 qui est commutable à l'état conducteur par l'actionnement du dispositif de commande 1 illustré schématiquement on traits interrompus sur la fig. 1, de façon à supprimer la réaction inductive produit par l'intermédiaire de K4 et appliquée au transistor VT2 pour le rendre non conducteur ou bloqué. De plus, un enroulement primaire additionnel Il est pré- va dans le transformateur T2 et est relié, par l'intermédiaire d'un transistor VT1 à la borne positive de la batterie B.Le transistor VT1 subit une réaction inductive appliquée à sa base par l'internédiaire de l'enroulement X2 et d'un circuit comprenant la résistance R1 et le condensateur C3 en parallèle, ainsi que la diode MR3 montée en série avec les éléments précédents, pour le maintenir à l'état conducteur une fois qu'il a été rendu conducteur. Une diode MR7 est montée (comme le montre la fig.1) entre le point de connexion du condensateur C3 et de la diode MR3 et l'émetteur du transistor VT1. Eors du fonctionnement du circuit régulateur visible sur la fig. 1, l'organe de commande 1 est conçu pour fournir des impul sions de mise en arche du circuit "M", à la base du transistor VT2, de façon à le rendre conducteur, et également pour fournir des impulsions d'arrêt du circuit '1' à l'électrode de commande ou de déclenchement du transistor TR3, afin de rendre le transistor VT2 bloqué ou non conducteur. En faisant varier le décalage relatif des impulsions dans le temps, on obtient la commande du rapport du fonctionnement en tout-ou-rien pour le courant pro venant de la batterie B et, par conséquent pour la tension moyenne appliquée au moteur de traction. Le transistor principal VT2 est rendu conducteur lorsqu le courant traversant le moteur et détecté par le convertisseur de courant continu CT est infé- rieur d'une certaine quantité à un courant de référence variable Ir qui est établi dans l'organe de commande par la pédale, tandie que le dispositif ou transistor de blocage R3 et le transistor VT1 sont rendue conducteurs lorsque le courant du moteur dépasse la valeur de référence d'une quantité similaire.Le transistor VT1 fournit une tension de retour à l'état initial qui provient de la batterie et qui est appliquée à l'enroulement fl du transformateur T2 pour le ramener à l'état initial à la suite d'une saturation partielle ou totale produite dans les périodes de conduction précédentes du transistor VT2. La réaction obtenue par l'intermédiaire de l'enroulement X2 maintient le transistor VT1 dans cet état conducteur jusqu'à ce que le transformateur reçoive un courant par 11 intermédiaire de l'enroulement 13, au cours de la période passante ou conductrice suivante du transistor VT2 ou jusqu'à ce que le transformateur se sature à partir de l'état de retour total à la valeur initiale. La diode MR7 permet au condensateur C3 de se charger pen dant les périodes de conduction (correspondant aur impulsions "M") du transistor VT1 de sorte que, lorsque le transistor VT2 est rendu non conducteur, la chute de tension aux bornes de l'enroule- nient 12 produit une impulsion négative qui rend le transistor VT1 à nouveau conducteur. Un dispositif de verrouillage, qui sera étudié on se référant à la fig. 2, donne la certitude que le transistor VT2 ne reçoit pas d'impulsion d'amorçage ou de déclenchement provenant de l'orga- ne de commande 1, à moins que le transformateur T2 n'ait été ramené à l'étant initial tandis que le transistor de remise à l'é- tat initial VT1 est rendu conducteur d'une façon indirecte par l'impulsion provenant de la chute de tension aux bornes du trans- formateur, de sorte que si le niveau de commutation du courant établi par la valeur de référence est supérieur à celui que le motour consomme ou demande à la batterie, le circuit oscille automatiquement avec un rapport de fonctionnement en tout-ou-rien iaximom et un retour total à l'état initial pour le transformateur T2. Pour des courants ayant une valeur située dans la gamma des courants de fuite du collecteur du transistor VT2, le gain On courant de ce transistor VT2 décroît jusqu'à une valeur faible, et il est improbable que le circuit devienne un circuit de réaction, en particulier si le transformateur de courant T2 possède un noyau à courbe d'hystérésis rectangulaire, présentant un courant de magnétisation appréciable. Cependant, la tension de polarisation produite par l'intermédiaire de la résistance R2 fournit pour le transistor VT2 ut état bloqué ou non conducteur stable.Lorsque le transistor VT2 est parcouru par un courant dont la valeur se trouve dans sa propre gamme de fonctionnement, le courant de base fourni par le transformateur convient pour maintenir le courant du transistor au niveau le plua bas et, par conséquent, fournit un état conducteur stable. Si lion se réfère maintenant à la fig. 2, celle-ci montre un montage de circuit qui convient pour l'organe de commande représen- té par le bloc 1 visible sur la fig. 1 et qui, en particulier, comprend le dispositif de verrouillage précédemment mentionné pour donner la certitude que le transistor VT2, visible sur la fig.1, ne reçoit paill d'impulsion d'amorçage ou de déclenchenent provenant de l'organe de commande, à oins que le transformateur !2 n'ait été ramené à l'état initial.Dans la fig. 2, l'émetteur du transistor de réaction VT1 visible sur la fig. 1 est connecté, par l'in- termédiaire d'une résistance R3 et d'une diode MRS, à l'émetteur d'un transistor supplémentaire VT4 dont le collecteur est relié à la base d'un transistor VT5, l'émetteur de ce dernier étant connecté, en commun avec la baie du transistor VT4, à use ligne d'alimentation positive du circuit, comme roprésenté.Une diode supplémentaire MR9 est mantée entre la base et l'émettour du collecteur VT5; le signal de réaction de courant et le signal de ré- férence de courant Ir t F et sont appliqués respectivement, par l'intermédiaire des résistances R4 et R5, aux bornes de la diode XR9. Le collecteur du transistor VT5 est connecté, par l'inter- médiaire d'une résistance R6, à la base d'un transistor VT6 qui est du type opposé à celui dos transistors VT4 et VT5 et dont le collecteur est connecté à la base d'un transistor VT7 formant, avec un transistor VT8, un circuit bistable.Les transistors VT7 et VT8 possèdent des résistances de collecteur R7 et R8, une résistance supplémentaire R9 étant prévue entre le collecteur du transistor VT8 et la base du transistor VT7. Le collecteur du transistor VP8 est connecté, par l'intermédiaire d'un condensa- tour de différentiation C5 (possédant une résistance associée R10) et d'une diode MR10, à la base d'un premier transistor VT9 faisant partie d'un circuit monostable. Ce cirouit monostable comprend également la transistor VT10 et un condensateur de couplage C7, ainsi que des résistances associécs R11, R12 et R13.Le col lecteur du transistor VT10 est connecté, par l'intermédiaire de la résistance R13, à la base du transistor principal VT2 du circuit visible sur la fig.1, la ligne d'alimentation positive, à laquelle on s'est référé précédemment, étant commune avec la liaison de l'émetteur de ce transistor. Comme on la indiqué précédemment, les transistors VT9 et VT10 sont montés dans un circuit monostable qui fonctionne comme un circuit de déclenchement pour fournir les impulsions d'amorçage "M" à la base du transistor VT2 visible sur la fig.1, lorsque la base du transistor VT9 reçoit une impulsion négative. Cette impulsion négative est reçue à cause de la différentiation effec- tuée par l'intermédiaire du condensateur C5 et de la résistance R10 toutes les fois que le circuit bietable constitué par les transistors VT7 et VT8 bascule pour prendre un état pour lequel le transistor VT8 est conducteur.Le circuit bistable est à nouveau commuté de cette façon lorsque le courant de référence 1r dépasse suffisamment le signal de réaction de courant ra, en sup- posant que le transistor VT5 n'est pas maintenu à l'état non conducteur par le transistor VT4, son état dépendant de la tension existant aux bornes des enroulements Il et 13 du transforma- tour T2 visible sur la fig.1.Les paramètres du circuit sont choisis de façon que le transistor VT2 reçoive une impulsion d'amorçage lorsque, en premier lieu, le signal de référence du courant 1r dépasse le signal de réaction de courant If et, en second lieu, lorsqu'il n'existe pas de tension de retour à l'étant initial aux bornes des enroulements Il et 13 du transformateur T2. Le transistor VT1 visible sur la fig. 1 est, conne on le rappellera, rendu Immédiatement conducteur lorsque le transistor VT2 devient non conducteur, soit à la suite do la saturation du transformateur T2, soit par suite d'une impulsion d'arrêt ou de blocage "A" appliquée au dispositif ou transistor d'arrêt TR3. Le transistor VT1 reste conducteur jusqu'à ce que le transiorsa- tour se sature dans l'autre sens, qui peut être considéré comme le sens de retour à l'état initial, et il s'en suit que l'impulsion suivante d'amorçage ne peut apparaitre avant que le transformateur T2 ne soit totalement revenu à l'état initial. Si désiré, les impulsions de blocage ou d'arrêt destinées au transistor TR3 peuvent être obtenues à partir d'un second circuit monostable qui est déclenché par une impulsion de caractère positif provenant du circuit bistable constitué par les transistors VT7 et VT8 existant dans le montage visible en fig. 2, et cela ne né- cette aucune explication supplémentaire. Bien que dans le mode de réalisation décrit ici les signaux de marche "M" soient appliqués à la base du transistor VT2 sous la forme d'impulsions provenant de l'organe de commande, ces si- gnaux de marche pourraient être également appliqués par d'autres moyens. Par exemple, un signal de déclenchement tEP pourrait tre appliqué au collecteur du transistor VT2 pour provoquer le fonctionnement avec réaction. Uhe façon d'obtenir ce résultat consiste à prévoir un enroulement supplémentaire sur le transformateur f2 et à appliquer l'impulsion de déclenchement à cet enroulement. D'autres façons d'effectuer cette commande apparaitront faci liement aux spécialistes. Par exemple, la façon d'effectuer le blocage ou l'arrêt peut outre modifiée en tirant parti de la saturation complète du transformateur d'intensité, pour laquelle le circuit devient non réactif et ae bloque automatiquement. Entre ces périodes, des périodes variables de mise on marche peuvent être prévues. @galement, tandis que le blocage du transistor de régulation principal VT2 peut être le fait du processus de saturation du transformateur, la durée de la période de marehe peut être comman déc on faisant varier la période de retour à l'état initial et, par conséquent, la variation du flux disponible qui doit être dé passée pendant la période de conduction suivante du transistor. Ce procédé offre l'avantage d'une certaine simplicité par comparaiion avec le montage proposé en se référant au dessin, et la fig.3 illustre une façon d'obtenir ce résultat. La fig. 3 montre seulement en partie les éléments correspondanta du circuit visible en fig. 1, et les éléments correspondant à ceux visibles sur la fig. 1 sont désignés par les mêmes référen- ces. Ainsi, aux bornes de la diode NR7, ou incorpore maintenant un petit dispositif semi-conducteur formant redresseur commandé SCR1, dont l'électrode de commande est connectée, par ltinterxé- diaire d'une résistance R14, à un enroulement d'un petit transformateur d'impulsions T3 dont l'autre borne est montée en commun avec l'émetteur du transistor VTI. Entre cette liaison de l'émetteur du transistor VTl et la ligne d'alimentation négative provenant da la batterie B, on connecte un montage en série cons titué par une résistance variable VR1, une diode MR11 et un condensateur C8 aux bornes duquel on place On parallèle un circuit en série constitué par une diode de déclenchement MR12 et un enroulement secondaire du transformateur précédent T3. On suppose qu'une source d'impulsions est connectée à une borne PI pour appliquer des signaux de déclenchement au dispositif ou transistor principal VT2. Le générateur d'impulsions destiné à iournir cette alimentation peut être d'une conception classique et ne néceesite ici aucune explication supplémentaire, mais on suppose, dans l'étude ci-après du fonctionnement, que les impulsions appliquées à la borne P1 ont une fréquence de répétition constant. Lorsque le transformateur T2 se satire, le transistor VT2 est rendu non conducteur, cons on la déjà décrit, et une impul- sion est fournie comme précédemment au transistor VT1 par linter- médiaire du condensateur C30 Par conséquent, le transistor VT1 est rendu conducteur et la période de retour à 1 'état initial du transformateur T2 commence. Le condensateur C8 est maintenant chargé à partir de la tension apparaissant aux bornes de l'enrcu- lement XI du transformateur T2, la vitesse de ce processus d. cnarge dépendant du réglage ae la résistance variable VR1. hora- que la tension appliquée au condensateur C8 atteint une tension d'amorçage de la diode de déclenchement MR12, ce condensateur se décharge dans le transformateur d'impulsions T3 et une impulsion d'amorçage ou de déclenchement est appliquée au dispositif redres- seur commandé SCR1, qui élimine alors la commande de base issue du transistor VT1. Le fonctionnement du retour à l'état initial est ainsi terminé après une période dépendant du réglage de la ré- sistance variable VRI et, par conséquent, la durée de la période suivante de marche "M" est prédéterminée. Si, comme on l'a supposé précédemment, la fréquence de fonctionnement est fixée, la tension moyenne de sortie qui est appliquée à la charge augmente à la suite de l'augmentation de la valeur de la résistance VR1, de sorte que le retour à l'état initial est obtenu d'une façon plus complète Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. V E N D I C A T I O N S 1.- Circuit de découpage en courant continu, caractérisé on ce qu'il comprend un transistor principal monté de façon à fonctionner en commutateur entre une alimentation en courant continu et une charge, le courant de base appliqué au transistor à l'état conducteur étant maintenu par une réaction inductive provenant du circuit du collecteur de ce transistor. 2.- Circuit de découpage en courant continu suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif permettant d'interrompre la réaction inductive. 3.- Circuit de découpage en courant continu suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif permettant din- terrompre la réaction inductive comprend un organe de court-cir- cuitage ponté entre le circuit de la base et le circuit collecteur émetteur du transistor. 4.- Circuit de découplage en courant continu, suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la réaction inductive est obtenue par l'intermédiaire d'un transiormateur monté entre le circuit collectsur-émetteur et la base du transistor. 5.- Circuit de découpage en courant continu suivant la revendication 4, caractérisé on ce que le transformateur est un transformateur saturable. 6.- Circuit de découpage en courant continu suivant la reven dication 5, caractérisé on ce qutil comprend un montage permet- tant une remise à l'état initial et destiné à ramener la magnétisa- tion du transformateur à un état prédéterminé après chaque moment, au cours du fonctionnement du circuit, auquel le transistor est rendu non conducteur. 7.- Circuit de découplage en courant continu, suivant la re- vendication 6, caractérisé en ce que le montage permettant un re- tour de la magnétisation du transformateur à l'état initial comprend un enroulement du transformateur connecté de façon à recevoir le courant provenant d'une alimentation en courant continu par 1 'intermédiaire d'un transistor supplémentaire pouvant être maintenu à l'état conducteur par une réaction provenant du transformateur pendant ce retour à l'état initial. 8.- Circuit de découpage en courant continu suivant la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de verrouillage destiné à éviter l'amorçage ou le déclenchement du transistor prinoipal avant que l'on ait atteint l'état de magné tisation prédéterminé. 9.- Circuit de découpage en courant continu suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une source de polarisation montée de façon à polariser la base du transistor pour que la réaction due au courant de fuite du collecteur du transistor n'entraine pae un effet de réaction lorsqu'il est à l'état bloqué. 10.- Circuit de découpage en courant continu suivant la revendilation 6 et l'une quelconque des revendications qui en dépendent, caractérisé en ce que le montage permettant un retour à l'état initial peut être commandé pour faire varier la durée du retour à l'état initial du transformateur.