Brevet FR2012359A1 — publié le 19700320

L'invention se rapports aux sources électriques d'alimentation et, plus particulièrement, à des sources régulées, destinées à fournir un courant continu relativement grand sous tension relativenent faible. Dans les systèmes de traitement de données à grande vitesse, on utilise des micro-circuits peur réduire la dimension matérielle du système et accroître sa vitesse de fonctionnemant. Ces micro-circuits sont construits sous la forme de modules, dont chacun peut remplacer un grand nombre de circuits utilisant des composants discrets. Chacun de ces modules nécessite autant d'énergie que plusieurs circuits utilisant des composants discrets, si bien que l'énergie requise dans un seul coffret d'un système de traitement de dennées utilisant des modules de micro-circuits est plusieurs fois supérieure à celle qui est requise dans um seul coffret d'un système utilisant des composants discrets, lorsque les deux coffrets en question oit la même dimension matérielle.En outre, les micro-circuits à grande vitesse utilisent, habituellement, une valeur beaucoup plus faible do la tension continue que ici circuits qui utili- sent des conpesants discrets. Par exemple, dans de nombreux micro-circuits à grande vitesse, la tension continue requise peut être inférieure à 1 volt. Cette tension doit être bien régulée afin de fournir une valeur constante de la tension continue d'alimentation des micro-circuits g on effet, des varia- tions de cette tension continue pourraient donner naissance à des signaux d'erreurs dans le système de traitement de données. L'énergie fournie à un système quelconque est le produit de la tension par le courant, il bien qu'un système de distri- bution d'énergie oit fournir, soit une grande intensité de courant sous tension relativement faible, soit une intensité de courant plus faible sous tension relativement importante, afin de donner une quantité d'énergie importante.Dans les alimentations de l'art antérieur, une énergie provenant de la ligne alternative à 220 volts est transformée e n une valeur relativement faible de tension continue, et de grandes intensités de courant sont distribuées par des conducteurs de grandes dimen- sions ou barres omnibus, en diverses parties du système de traitement de données. La chute de tension dans chaque barre omnibus est proportionnelle à la quantité de courant qui la traverse, si bien que la valeur de la tension fournie à chaque partie du système de traitement de données varie en même temps que le courant fourni à cette partie. Cette variation de tension peut produire des signaux d'erreurs dans le système de traitement de données. Un autre incenvénient des sources d'alimentation de l'art antérieur censiste dans leur rendement très faible. Ces sources comprennent habituellement un transformateur de tension constante, un redresseur qui convertit la tension alternative en tension continne et un régulateur en série, qui réduit la tension continue à une valeur faible mais constante. Dans un tel système, la chute de tension dans le transformateur à tension constante, le redresseur et le régulateur en série est habituellement égale à 3 à 6 volts enviren, tandis que la tension de sortie nécessaire pour les crcuits microélectroniques est d'environ 1 volt. Ceci signifie que le transformateur doit fournir 6 à 7 fois l'énergie qui est utilisés par le micro-circuit, bien que le rendement global de i' l'alimen- tation est inférieur à 20 %. D'où il résulte que le dispositif d'alimentation est volumineux et onéreux.Du fait de leur grande dimension, ces alimentations sont habituellement montées dans un coffret séparé et nécessitent des barres omnibus de grande longueur pour distribuer le courant A d'autres parties du système & traitement de données. Ces longues barres omnibus provoquent des variations importantes de la tension, lorsque le courant qui z circule variez Un autre inconvénient des dispositifs de l'art antérieur, consiste en ce que les intensités de courant excessivement gran- des qui sont tirées de l'alimentation peuvent endommager le régulateur-série, et d'autres parties de l'alimentation. La présente invention pallie les inconvénients de l'art antérieur, en fournissant une alimentation améliorée destinée à être utilisée avec une source d'alimentation alternative poly- phasée. Chaque phase de cette source utilise un seul transistor pour transformer une tension alternative on une tension conti flue et réguler la valeur de cette dernière. lorsque des intensités de courant relativement grandes sont tirées do l'alimentation, la chute de tension dans ce transit- tor n'est que de 0,3 volt, si bien que le rendement de l'alimentation est plusieurs fois égal 1 à celui des alimentations de l'art antérieur, qui utilisent des redresseurs et dos régula- teurs séparés. Ce rendement accru permet de réduire à une valeur relativement faible la dimension matérielle de l'alimentation et permet do la placer au voisinage des modules de eicro- circuits.La quantité de courant délivrée par les transistors peut varier dans une largo gamme, bien que la tension de sortie continue soit sensiblement constante, même lorsque le courant tiré de l'alimentation vari dans une large gamme. Ainsi, l'alimentation fournit une régulation excellente. L'invention procure un moyen do détecter la tension de sortic et do mettre l'alimentation hors de service lorsque ladite tension décroît en-dessous d'une valeur prédéterminée. L'in mention prévoit également un moyen de mettre hors service l'ali- mentation lorsque de grandes intensités de courant en sont nirées, de façon à éviter d'endommager le dispositif. L'invention se propose donc essentiellement de fournir une alimentation régulée qui redresse et régule la tension de sortie dans une série unique de transistor, ce qui décroît les portes d'énergie et augmente l'efficasité du dispositif. Le dispositif d'alimentation suivant l'invention, comporte un transformateur polyphant agant une pluralité d'enroulements secondaires, un transistor séparé étant connecté à chacun de ces enroulements et procurant à la fois, le redressement et la régulation de la tension continue de sortie, un amplificateur inverseur détestant la tension continue de sortie et fournissant un signal à chacun des transisters, signal qui commande la passage du courant à travers les transistors, si bien que la tension de sortie reste sensiblement constante, dans une large gamme de courants de sortie. Suivant le mode d'exécution préféré, l'amplificateur comports également des moyens de mettre l'alimentation hors service lorsque des intensités de courant excessivement grandes sont tirées de l'alimentation on lorsque la tension de sortie décrôit en-dessous d'une valeur prédéterminée. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après. Au dessin annexé ; La figure 1 est un schéma de circuit d'un mode de réalisa- tion do l'invention, La figure 2 est un schéma de circuit d'une variante et, La figure 3 illustre les formes d'ondes destinées à expliquer le fonctionnement des dispositifs des figures 1 et 2, L'alimentation régulée représentée à la figure 1, comprend un transformateur 11, un amplificateur inverseur 12 et des trsnsistors 14 & 20 dont chacun comporte une électrode do commande ou base, une première électrode do sortie ou émetteur et une seconde électrode de sortie ou collecteur. Le transformateur 11 comporte des enroulements primaires 22, 23 et 24, disposs en delta pour leur connexion à une source d'énergie alternative triphasée. Les enroulements secodaires 26, 31 du transformateur 11 sont disposés en étoile pour fournir une source d'énergie alternative & six phases, destinée i four- nir le courant aux transistors. Les s enroulements primaires du transformateur Il sent cou- plés, par l'intermédiaire de commutateurs 37a, 3 et 370, aux bornes d'entrée 33, 34 et 35, elles-mêmes connectées à une source d'énergie alternative triphasée. Les émetteurs des transistors de puissance 14, 15, 16, 17, 18 et 19 sont connectés aux enroulements secondaires 26, 27, 28 et 29S 30 et 31 par des ré- sistances respectives 39 à 44.Ces résistances provoquent des chutes de tension dans les transistors, de façon que chaque transistor fournisse sensiblement la même quantité de courant, mSie si le gain du transistor en question varie dans une large gamme de valeurs. On peut omettre les résistances en question, si une quantité relativement faible de courant est tirée do l'alimentation, ou si les transistors de puissance 14 à 19 ont tous sensiblement les aSmes caractéristiques de fonctionnement. Las collecteurs des transistor 14 i 19 sont chacun connectés à une borne do sortie 46 et à un condensateur de sortie 49. Les bases des transistors de puissance 14 à 19 sont chacune connectées au collecteur d'un transistor de préamplification 20.Le transistor de préamplification 20 commande la valeur du courant metteur-base dans chacun des transistors de puissance 14 à 19. La valeur de oe courant émetteur-base dans les transistors 14 à 19 commande la valeur du courant de collecteur de ces transistors, qui elle-mêe détermine la valeur de la tension aux bornes du condensateur Qe sortie 49. La valeur du courant qui circule à travers le transistor 20 est comandée par l'amplificateur inverseur 12 qui fournit un courant à une borne de sortie du courant 60. La valeur du courant fournie à la borne 60 est inversement proportionnelle à l'amplitude de la tension entre les bornes d'entrée de signaux 57 et 58, lorsque la tension excéde une valeur de seuil prédéterminée. Lorsque la tension entre les bornes 57, 58 décroît en-dessous de ce souil, le courant fourni à la borne 60 tombe à la valeur O. Ceci protège l'alimentation, si un court-circuit se produit dans une charge connectée au dispositif. La borne 60 de l'amplificateur inverseur 12 est connectée à la base du transistor 20 et fournit un courant à la base de ce transistor, lequel fournit lui-même un courant de base aux transistors 14 à 19, pour rendre conducteur celui ou ceux d'entre eux dont la tension d'émetteur est supérieure à la tension de col lecteur. Lorsque l'un des transistors 14 ê 19 est rends conducteur, le courant circule à partir de l'un des enroulements secondaires, à travers le transistor, pour charger le condensateur de sortie 49 à la polarité indiquée au dessin. Lorsque le courant tiré par une charge (non figurée) connectée entre les bornes de sortie 46 et 47 croît, la tension aux bornes du condensateur 49 tend à décroître. Une décroissan ce de la tension aux bornes du condensateur 49 provoque une décroissance de la tension entre les bornes d'entrée de signaux 57 et 58, si bien que le courant fourni à la borne de sertie 60 angmente. Une croissance du courant fourni à cette borne 60 provoque une croissance du courant entre la base et l'émetteur du transistor 20, ce qui provoque une croissance du courant de base des transistors 14 à 19.Cette croissance du courant de base des transistors 14 à 19 provoque un accroissement de leur courant de collecteur et empêche toute diminution appréciable de la tension aux bornes du condensateur de sortie 49. Lorsqu'on utilise un amplificateur inverseur à gain élevé, une très faible décroissance do la valeur de la tension entre les bornes 57 et 58, provoque une croissance relativement importante du courant à la borne de sortie 60. ai bien que la tension aux bornes du condensateur 49 reste sensiblement constante, même lorsque le courant tiré de l'alimentation, varie dans une large gamme. La figure 2 représente un second mode de réalisation de l'invention, dans lequel les éléments analogues ont les mêmes numéros de référence. Le circuit de la figure 2 diffère de celui de la figure 1, en ce sons qu'une source d'énergie polyphasée 69 osant une borne de référence 71 et plusieurs bornes de sortie de puissance 73 à 78, a été substituée au transformateur 11 et à la source triphasée alternative représentée à la figure 1. Toutefois, même dans le cas de la figure 1, le transformateur 11 et les circuits situés à gauche de ce transformateur, constituant une source polyphasée (69). au sens donné à ce terne & la figure 2, et le point neutre 32 de la figure 1 peut être considéré comme la borne de référence (71) de la fi- La source polyphasée fournit un courant à chacun des tran- sistors 14 à 19 sucessivement.De même, le commutateur 66 est connecté entre la borne de sortie 46 et la base des transistors 14 i 19. Le commutateur 66 est fermé pour fournir un courant qui charge le condensateur 49 lorsque la source 69 est initialement mise sous tension.Le courant circule de l'une des bornes de sortie de puissance 73 & 78 à travers l'émetteur et jusqu'à la banc du transistor 14 A 19 correspondant, à travers le commuta- teur 66, jusqu'à l'électrode supérieure du condensateur 49, à partir de l'électrode inférieure de ce condensateur et jusqu'à la borne de référence 71 de la source 69. Ce courant charge le condensateur 49, si bien que la tension à ses bornes oblige l'amplificateur-inverseur 12 à fournir un courant à la borne 60. Le fonctionnement du redresseur et les caractéristiques de régulation de l'invention apparaîtront plus clairement en se référant au diagranne chronologique de la figure 3. Les formes d'ondes A à F représentent schématiquement les tensions fournies par les enroulements secondaires, 26 à 31 respectivement, du transformateur 11. La forme d'onde G représente graphiquement la tension sur les cellecteurs des transisters 14 à 19. Les formes d'ondes H-M représentent graphiquement les courants, 11 à 16 respectivement, fournis par les enroulements secondaires 26 à 31. On voit par exemple, qu'à l'instant t1, la tension aux bornes de l'enroulement secondaire 26 (représentée par la forme d'onde A) croît, si bien que la tension sur l'émetteur du transistor 14 est plu positive que la tension de base. Le courant partant de la borne 60 de l'amplificateur 12 débloque le transistor 20. La tension positive à l'extrémité supérieure de l'on roulement secondaire 26 provoque le passage d'ut courant i partir de ladite extrémité, supérieure, à travers la résistance 39, de l'émetteur à la base du transistor 14, à travers le collecteur du transistor 20, jusqu'à l'extrémité inférieure de l'enroulement secondaire 26. Le courant circulant de l'émetteur à la base rend le transistor 14 conducteur, si bien qu'un courant i1, circule de l'émetteur au collecteur du transistor 14 lorsque la tension d'6 metteur eut plus positive que la tension de collecteur. Ce courant i1 circule del 'extrémité supérieure de l'enroulement secondaire 26, à travers la résistance 39, de l'émetteur au collecteur du transistor 14, sur l'électrode supérieure du conden sauteur 49, et de l'électrode intérieure du condensateur 49 jus- qu'à l'entrémité inférieure de l'enroulement secondaire 26. Le courant i1 ont représenté par la forme d'onde H à la figure 3. Le transistor 14 reste donducteur jusqu'à ce que la valeur de sa tension d'émetteur décroisse en-dessous de la valeur de la tension do collecteur, à l'instant t3. Â l'instant t2 (figure 2) la tension aux bornes de l'enroulement secondaire 27 (ropr± sentée par la forme d'onde 4 crott, ci bien que la tension à l'extrémité supérieure de l'enroulement secondaire 27 provoque le passage d'un courant, de l'extrémité supérieure de l'enroulement secondaire 27, à travers la résitance 40, de l'émetteur à la base du transistor 15, à travers le collecteur du transistor 20, Jusqu l'extrémité inférieure de l'enroulement se- condaire 27. Le courant d'émetteur à base rend le transistor 15 conducteur. Le transistor 15 reste conducteur jusqu'à l'instant t5. Au cours de l'intervalle de temps t2 t3, les transistors 14 et 15 fournissent tous deux un courant au condensateur 49 pour remplacer le courent tiré par une charge (non figuré L'am- plitude des courants est de terminée par la valeur de la tension aux bornes du condensateur 49. lorsque la valeur de la tension aux bornes du condensateur 49 croît, l'amplitude des courants à travers les transistors da puissance 14 à 19 décroît. S'il n'y avait aucune tension aux bornes du condensateur 49 lors de la fermeture initiale du commutateur 57, l'amplifi- cateur inverseur 12 na fournirait pas de courant à la borne 60, ou sur la base du transistor préamplificateur 20. Lorsqu'aucun courant n'est appliqué à la base du transistor 20, il est bloqué. Il ne fournira donc pas de courant de base aux transistors de puissance 14 à 19, si bien que ceux-ci seront bloqués et qu'aucun courant ne circulera jusqu'au condensateur 49. Pour fournir un courant de charge de ce condensateur, jusqu'à la valeur de seuil qui obligera l'amplificateur 12 à fournir un courant, le commutateur 66 est formé pendant un bref intervalle de temps. Lorsqu'il en est ainsi, la tension aux bornes des enroulements secondaires provoque le passage d'un courant à travors un ou plusieurs des transistors de puissance 14 à 19, à travers le commutateur 66, la résistance 65, de la base à l'émetteur du transistor 20, jusqu'au point de jonction 32. Par exemple, lorsque l'enroulement secondaire 26 a la polarité indiquée à la figure 1, un courant circule de l'extrémité supérieure de l'enroulement secondaire 26, à travers la résistance 39, de l'émetteur à la base du transistor 14, à travers le commutateur 66, de la résistance 65 jusqu'à la base du transistor 20, de la bue à l'émetteur du transistor 20 jusqu'à l'extrémité inférieure de l'enroulement secondaire 26 La résistance 65 limite l'ampli- tude du courant de base du transistor 20, pour empêcher qu'un courant de base excessif ne provoque un endommagement possible du transistor. Ce courant d'émetteur à base du transistor 14, débloque le transistor 20, si bien qu'un courant i1 circule de l'extrémité supérieure de l'enroulement secondaire 26* à travers la résistance 39, de l'émetteur au collecteur du transistor 14, jusqu'à l'électrode supérieure du condensateur 49, de l'électrode in6- rieure du condensateur 49, jusqu'à l'extrémité inférieure do l'enroulement secondaire 26. Le courant i1 charge le condensatour 49, si bien que la tension aux bornes do ce condensateur oblige l'amplificateur-inverseur à fournir un courant à la borne 60. Il va de soi que diverses modifications pourront être apportées aux exemples illustrés, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif d'alimentation régulée en courant continu, destiné à être utilisé avec une source de courant alternatif polyphasé, cette source ayant un point neutre et un certain nom- bre de bornes de sortie en courant alternatif, caractérisé par un certain nombre de transistors, dont chacun sert de dispositif redresseur et, également, de dispositif régulateur, chaque transistor ayant une base, un collecteur et un émetteur, chaque émetteur étant connecté à l'une correspondante des bornes de sortie on courant alternatif, et les collecteurs étant connectés entre eux on un point qui forme une première borne de sortie do l'alimentation régulée en courant continu, le point neutre formant la seconde sortie de cette alimentation régulée, un amplificateur inverseur ayant son entrée connectée aux bornes de sortic du courant continu régulé et comportant une borne de sortie de l'amplificateur, cet amplificateur fournissant, à cette borne, un courant dont la valeur est déterminée par la valeur de la tension do sortie régulée continue, et des circuits connectant la borne de sortie de l'amplificateur à la base de chaque tran- sistor, pour commander ainsi l'état do conduction des transis- tors et réguler le courant continu do sortie. 2 - Dispositif d'alimentation régulée conforme à la reven dication 1, caractérisé en ce que la valeur du courant fourni à la borne de sortie de l'amplificateur est inversement proportionnelle à la valeur de la tension appliquée à l'entrée de l'amplificateur. 3 - Dispositif de d'alimentation régulée conforme à la revendication 1, caractérisé on ce que la valeur du courant fourni à la borne de sortie de l'amplificateur est inversement propartionnelle à la valeur de la tension appliquée à l'entrée de l'am plificateur lorsque cette dernière tension dépasse un seuil pr6- déterminé, ladite valeur de courant étant sensiblement nulle lorsque la valeur de ladite tension est inférieure audit seuil. 4 - Dispositif d'alimentation conforme aux revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les circuits mentionnés ci dessus comprennent un transistor préamplficateur, dont la bue est connectée à la borne de sortie de l'amplificateur, dont le collecteur est connecté aux bases desdits transistors, et dont l'émetteur est connecté à la borne meutre. 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