Brevet FR2005985A1 — publié le 19691219

La présente invention concerne un équipement d'alimentation stabilisée en courant continu du type dans lequel l'amplitude du signal de sortie continu fourni å une charge est maintenue constante quels que soient les changements d'impédance de charge et de tension d'alimentation. Pour améliorer la performance des équipements d'alimentation dans des conditions de charge et d'entrée variables, il est conna d'introduire des boucles de contre-réaction maintenant le paramètre de sortie nécessaire, par exemple la tension ou le courant, à une valeur constante. Le degré de régulation obtenu dépend principaleplent de l'importance du gain prévu dans la boucle de commande. Cependant, un grand gain en boucle augmente le danger d'instabilité de la régulation dans certaines conditions de fonctionnement anomales, par exemple, lorsqu'un dispositif d'alimentation en courant constant est court-circuité ou lorsqu'un équipement à tension constante est en circuit ouvert. De ce fait, les réalisations pratiques doivent être basées sur un compromis entre les deux exigences opposées afin d'obtenir une sensibilité de commande maximum sans introduire d'instabilité. Selon l'invention, il est prévu un équipement d'alimentation stabilisée du type dans lequel la valeur d'un signal de sortie à courant continu appliqué à une charge est maintenue constante quels que soient les chEz4ganents d'impédance de charge et de tension d'alimentation, cet équipement comportant une boucle de contreréaction ramenant à l'entrée un signal représentatif du signal de sortie ; cette boucle de contre-réaction comprend des moyens de convertir le signal de contreréaction en un signal d'erreur indiquant que le signal de sortie s'écarte d'une valeur spécifiée, des moyens de convertir ledit signal d'erreur en une séquence d'impulsions dont la largeur est fonction de la valeur du signal d'erreurs ces impulsions constituant, après les opérations d'amplification, de redressement et de filtrage, le signal de sortie de 1' équipement, et des moyens de commander le gain de la boucle de contre-réaction(défYn; par le rapport entre le changement de la largeur des impulsions et le changement correspondant du signal de contre-réaction) en fonction de la valeur du signal de sortie afin de fournir un gain maxmum au niveau de sortie désiré. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent : - la figure 1, le diagramme fonctionnel d'un équipement d'alimentation stabilisée conforme à l'invention ; - les figures 2a à 2c, des formes d'ondes utilisées pour expliquer le fonctionnement du circuit de la figure le Dans le circuit de la figure 1, des impulsions répétées d'amplitude constante sont produites à la sortie 1 d'un comparateur d'amplitude 2. Ces impulsions sont amplifiées dans l'amplificateur 3 et converties dans l'équipement de redressement et de filtrage 4 en un signal de sortie continu appliqué à la charge 5. Dans la description suivante, on suppose qu'une alimentation constante est nécessaire. La disposition peut cependant être également bien adaptée à un fonctionnement à puissance ou à tension constante. Un signal de contre-réaction v indiquant la grandeur du paramètre à stabiliser, c'est-à-dire le courant de charge, est pris sous la forme d'une chute de tension aux bornes de la résistance 6. Ce signal est comparé à un signal de référence constant 1O dans un amplificateur différentiel 7 produisant un signal d'erreur 12 sur le fil 8. Ce signal d'erreur est appliqué à une entrée du comparateur d'amplitude 2. La seconde entrée 9 du comparateur est connectée à un générateur de fonctions, non représenté sur la figure, produisant une ende répétée dont la forme est décrite plus en détail subsequemsent. Le comparateur d'amplitude comprend, par exemple, deux transistors en montage symétrique de manière à produire une impulsion de tension positive sur le collecteur de l'un des transistors lorsque la tension appliquée à la base de ce transistor tombe en dessous de la valeur de la tension appliquée par le générateur à la base de l'autre transistor. Ainsi, si, par exemple, une onde en dents de scie et le signal d'erreur sont appliqués au comparateur, des impulsions dont la durée dmim e lorsque le niveau du signal d'erreur augmente et zice versa apparaissent à la sortie. Le rapport entre la largeur des impulsions de sortie et la valeur du signal d'erreur est représenté de façon plus détaillée sur la figure 2a dans le cas où l'onde de référence produite par le générateur est en forme de dents de scie. Dans la partie inférieure de la figure, les deux six-- appliqués au comparateur d'amplitude, c'est-à-dire l'onde de référence 10 et le signal d'erreur Il, sont représentés superposés. Pendant les intervalles de temps t1 la valeur du signal d'erreur se trouve en dessous des valeurs correspondantes de l'onde de référence et une impulsion de tension positive apparat, de ce fait, à la sortie du comparateur d'amplitude comme le montre la partie supérieure de la figure. Si l'on suppose maintenant que pour une raison quelconque le courant fourni à la charge augmente, le signal d'erreur augmente également d'une valeur C1, 1. En conséquence, la durée des impulsions à la sortie du comparateur diminue de t1 à t2, ce qui réduit le signal de sortie fourni par l'équipement. Si le gain de la boucle de commande se définit sous la forme du rapport #t, il est évident que la régulation augmente, si la pente de l'onde de référence #l au point de fonctionnement est réduite. Lorsqu'une onde linéaire en dents de scie est utilisée comme référence, il est patent que le gain de la boucle de commande reste constant pour toutes les valeurs possibles de charge allant de zéro à la charge totale. Dans la pratique, pour des raisons de coût et d'efficacité, des équipements d'alimentation sont réalisés de façon à fonctionner à une valeur de charge msrmz1m permise ou dans le voisinage de celle-ci. De ce fait, il est souhaitable d'apporter à la boucle de commande un gain mrimnm au point de fonctionnement désiré. Ceci peut Cistre obtenu de plusieurs façons. Par exemple, la caractéristique de conversion d'un des éléments de la boucle de contre-réaction tel que l'amplificateur différentiel 7 ou le comparateur d'amplitude 2 peut être rendue non linéaire par l'inclusion de composants, tels que des diodes semi-conductrices ayant des caractéristiques courant/tension non linéaires. Les caractéristiques de tels composants dépendent de la température et de leur vieillissement, et on ne peut compter sur elles pour donner un fonctionnement satisfaisant à long terme. Une méthode préférée de mise en forme du gain en boucle consiste à appliquer au comparateur d'amplitude une onde de référence non linéaire. Un exemple d'une telle ondeparticulièrement appropriée au cas où le signal de sortie doit être stabilisé à un niveau se trouvant près de sa valeur maximum et facile à produire, est donné par une courbe exponentielle. Celle-ci est représentée sur la figure 2b. On verra que pour un changement donné nl dans le signal d'erreur, la courbe exponentielie 12 apporte un plus grand changement z t dans la largeur d'impulsion que celui qui se serait produit avec une onde linéaire an dents de scie indiquée par la ligne en traits mixtes 13. il est également évident que si le circuit de sortie de l'équipement est brusquement court-circuité et, en conséquence, la valeur du signal d'erreur augmente pour atteindre une grande valeur 15 correspondant à la formation d'impulsions fines, la pente de la courbe exponentielle au point d'inti section 14 avec le signal d'erreur 15 est plus grande que celle du signal de refé- rence linéaire en dents de scie 13 ail point d'intersection 16. Ceci implique que, dans des conditions de fonctionnement anormales, l'onde de référence exponentielle réduise le gain de la boucle de commande et le risque d'instabilité. Cependant, une onde de référence exponentielle nrest pas appropriée, s'il est nécessaire de changer la valeur du signal de sortie stabilisé, de telle sorte qu'elle peut se trouver n'importe où entre le signal de sortie à circuit ouvert et le signal de sortie à pleine charge. Dans un tel cas, une onde de référence ayant une pente minimum en un point correspondant au signal de sortie désiré est nécessaire. Une telle onde est représentée sur la figure 2c et comprend trois parties 17, 18 et 19 dont chacune pourrait être linéaire ou en courbe, mais la partie 18 a une pente plus petite que les parties 17 ou 19. Le centre de la partie 18 est tel qu'il coEncide avec le niveau de sortie désiré au moyen d'un réglage approprié au signal de référence constant lo appliqué à l'amplificateur différentiel 7. Dans ces conditions, le gain de la boucle de commande dans le voisinage du point de fonctionnement sélectionné atteint un maximum et se réduit à une valeur inférieure donnée par les pentes des parties 17 et 19 de l'onde de référence pour d'autres valeurs de sortie0 Une onde de référence de la forme représentée sur la figure 2c peut @@@ facilement synthétisée si l'on ajoute, par exemple, une onde linéaire en dents scie indiquée par les références 17-20 dans la partie supérieure de la figure cc à une onde comprenant des parties 21 et 22 comme le montre la partie inférieure ladite figure. S'il est souhaitable de déplacer la position du gain en boucle maximum vers une autre partie de la caractéristique de sortie, il suffit A changer la position de temps de l'onde 21-22 par rapport à celle de l'onde @@-@@ et d'effet les réglages correspondants du signal de référence l0. Les ondes 17-20 et 21-92 n'ont pas besoin d'être rectilignes comme le montre la ligure 2c mais peuvent C courbées ; ce résultat peut être obtenu par différentes méthodes ne faisant pas partie de l'invention. Il est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REn5ENDICAUIONS 1. équipement d'alimentation stabilisée du type dans lequel la valeur d'un signal de sortie à courant continu appliqué à une charge est maintenue constante quels que soient les changements d'impédance de charge et de tension d'alimentation, dans lequel une boucle de contre-réaction est prévue pour ramener à ltentrée un signal représentatif du signal de sortie, ladite boucle de contre-réaction comprenant des moyens de convertir le signal de contre-réaction en un signal d'erreur indiquant que le signal de sortie s'écarte d'une valeur spécifiée, des moyens de convertir le signal d'erreur en une suite d'impulsions dont la largeur est fonction de la valeur du signal d'erreur, ces impulsions constituant le signal de sortie de l'équipement, après les opérations d'amplification, de redressement et de filtrage, et, le gain de la boucle de contre-réaction étant défini comme le rapport entre un changement de la largeur des impulsions et le changement correspondant du signal de contreréaction, des moyens de contr6ler ledit gain en fonction de la valeur du signal de sortie afin de fournir un gain maximum au niveau de sortie désiré. 2. Equipement conforme à la première revendication, dans lequel les moyens permettant de convertir le signal de contre-réaction sont constitués par un amplificateur différentiel délivrant un signal de sortie proportionnel à la différence existant entre le signal de contre-réaction et un signal de référence constant, et dans lequel les moyens permettant de convertir le signal d'erreur sont constitués par un comparateur d'amplitude produisant une impulsion de sortie d'une durée égale à l'intervalle de temps pendant lequel l'amplitude instantanée d'une onde de réfé- rence dépasse la valeur du signal d'erreur. 3. Equipement conforme à la deuxième revendication, dans lequel le gain de la boucle de contre-réaction est réalisé de manière à varier de façon non linéaire en réponse aux changements de la valeur du signal de sortie appliqué à la charge, en introduisant dans l'amplificateur différentiel des composants ayant des caractéristiques courant/tension non linéaires. 4. Equipement conforme à la deuxième revendication, dans lequel on change le gain de la boucle de contre-réaction en modifiant le gain de conversion du comparateur d'amplitude au moyen d'une onde de référence appliquée à l'une de ses entrées, la pente de l'onde étant une fonction non linéaire du temps ayant une fréquence de répétition constante, le gain de conversion du comparateur étant inversement proportionnel à la pente instantanée de l'onde de référence. 5. Equipement conforme à la quatrième revendicationt dans lequel chaque onde diminue esponentiellement. 6. Equipement conforme à la quatrième revendication, dans lequel la pente instantanée de l'onde de référence a une valeur misum correspondant à la valeur désirée du signal de sortie, cette valeur se trouvant entre la valeur à pleine charge et la valeur à vide. 7. Equipement conforme à la sixième revendication, dans lequel sont prévus des moyens de changer la position du point de pente minimum sur l'onde de référence. 8. Equipement conforme à la septième revendication, dans lequel l'onde de référence est fournie en superposant deux ondes de façon d donner une onde résultante ayant une partie centrale dont la pente est inférieure à celle des deux parties adjacentes. 9. Equipement conforme à la huitième revendication, dans lequel la position de la partie centrale peut etre décalée par rapport à celle des deux autres parties en déplaçant l'une des deux ondes.