Brevet FR2041131A1 — publié le 19710129

D'une façon non limitative, la présente invention est particulièrement adaptée pour la conversion d'une puissance électrique continue, de tension relativement élevée, typiquement de volts, en une source à intensité élevée et à faible tension 5 d'environ 5 volts, pour l'alimentation de circuits intégrés. Dans le passé, des convertisseurs de ce type ont été créés, en utilisant deux ensembles de transistors qui commutent alternativement une source de tension continue sur les deux moitiés d'un enroulement primaire à prise médiane d'un circuit de transformateur à 10 noyau saturable à cycle rectangulaire, provoquant ainsi la circulation du courant dans les demi-enroulements, dans des directions opposées. Des exemples de tels convertisseurs peuvent être trouvés par exemple en se référant au brevet E.U.A. N° 2.826.731. L'action de commutation du type multivibrateur des transistors est, dans un 15 tel circuit, commandé par une paire d'enroulements de réaction de polarité opposée, associée avec le transformateur saturable à cycle rectangulaire, de manière que la conduction ou le blocage de l'un des ensembles de transistors soit respectivement fonction du blocage et de la conduction de l'autre ensemble de transistors. 20 Une tension rectangulaire est produite sur un enroulement de sortie du transformateur en réponse à la commutation alternée des transistors. Cette tension peut être utilisée dans sa forme alternative ou bien être redressée pour fournir une tension continue. L'un des objets de la présente invention est de créer un 25 convertisseur de tension du type à transformateur, qui est plus simple à construire, utilise moins de composants coûteux, et est plus sûr que les convertisseurs de ce type réalisés selon la technique antérieure et qui permettent de plus de réaliser une réduction de tension. 30 De manière plus précise, l'un des objets de l'invention est de créer un convertisseur qui emploie un transformateur satura-, ble simple du type à cycle non rectangulaire, qui nécessite seulement deux enroulements sans prise intermédiaire, utilisés comme moyen de réaction et de cadencement, la sortie étant prélevée aux 35 bornes de l'un de ces enroulements. Ainsi qu'on le verra, ceci élimine la nécessité des enroulements secondaires de réaction et/ ou le transformateur à prise médiane précise des dispositifs con 70 12134 2 2041131 formes à la technique antérieure. Un autre objet de l'invention est de créer un convertisseur à transformateur du type décrit, dans lequel un transformateur est utilise pour commander deux seulement des quatre transis-5 tors montés en pont, les deux autreg/feransistors étant commandés directement par les deux premiers. Un autre objet de l'invention est d'apporter un convertisseur de tension du type à transformateur susceptible d'être déclen*» ché initialement par un oscillateur â relaxation qui est actif 10 seulement lorsque la sortie du convertisseur est absente. Ceci supprime les pertes se produisant dans la plupart des convertis- s seurs conformes à la technique antérieure, pertes dues au fonction** nement en classe A qui est nécessaire pour produire le signal transitoire de démarrage. 15 Selon la présente invention, on prévoit un convertisseur de tension comprenant une paire de bornes d'entrée destinées à être connectées à une source de tension continue. Une première branche de circuit est connectée entre ces bornes d'entrée et comprend les émetteurs et les collecteurs d'une première paire de 20 transistors de commutation montés en série. Une seconde branche du circuit est également connectée entre ces bornes d'entrée, comprenant les émetteurs et les collecteurs d*une deuxième paire de transistors de commutation connectés ©n série. Le circuit incorpore un transformateur saturable simple du type à cycle non rectangu-25 laire possédant seulement deux enroulements dont l'un peut être appelé enroulement primaire, et l'autre enroulement secondaire aux bornes duquel apparaît la tension de sortie. Les extrémités oppos-éea de l'enroulement primaire sont reliées aux points de jonction des deux dispositifs commutateurs à transistors, dans 30 les branches de circuit respectives, alors que les extrémités opposées de l'enroulement secondaire sont connectées au;: bases de l'un des deux transistors des branches de circuit respectives. En connectant les extrémités opposées de l'enroulement primaire aux bases des deux autres transistors des branches de circuit respec-35 tives, un transistor dans une des branches de circuit peut être rendu conducteur alors que l'autre est bloqué, et vicé-versa, le courant circulant alors entre les deux bornés d'entrée â travers 70 12134 3 2041131 un transistor conducteur d'une branche de circuit, puis à travers 1'enroulement primaire du transformateur et finalement à travers un transistor conducteur de l'autre branche de circuit. Avec la disposition décrite, un signal de sortie rectan-5 gulaire va apparaître aux bornes de l'enroulement secondaire, cependant, il peut être redressé pour produire une tension continue. Si on suppose que le rapport de transformation des enroulements du transformateur est correctement choisi, la tension de sortie peut être réduite par rapport à la tension d'entrée. 10 De plus, et conformément à l'invention, on prévoit un oscillateur à relaxation qui débloque initialement un des transis-tors dans, les deux branches du circuit, et le fait passer dans l'état conducteur, démarrant ainsi l'action de commutation en mul-ti-vibrateurs du circuit. Cependant, une fois la tension de sortie 15 apparue au bord de l'enroulement secondaire, et supposant que cette sortie soit redressée, elle peut être utilisée pour stopper l'oscillateur de relaxation, de manière qu'il n'interfère plus avec l'action nôî*male de commutation du circuit. Les objets et caractéristiques indiqués ci-dessus, rela-20 tifs à l'invention, ainsi que d'autres, deviendront plus évidents à la lecture de la description détaillée suivante donnée en relation avec l'unique figure d'accompagnement qui représente schéma-tiquement une forme de l'invention. A la figure, on.voit que le circuit représenté comprend 25 une paire de bornes d'entrée 10 et 12, adaptées pour recevoir une source de tension continue, non représentée* La borne 12 est reliée à un potentiel commun (c'est-à-dire la masse). Ainsi qu'on l'a expliqué ci~dessus, l'objet du circuit est de réduire la tension appliquée aux bornes 10 et 12, d'une valeur de 2I4. volts spar exem-30 pie, à une valeur d'environ 5 volts, cette tension de sortie apparaissant entre la borne 1lj. et la masse. Deux circuits 16 et 18 sont connectés en parallèle entre les bornes 10 et 12. La branche de circuit 16 comprend les émetteurs et les collecteurs d'une paire de transistors 20 et 22, 35 Dans la forme particulière de l'invention représentée, ici, le transistor 20 est du type PNP, alors que le transistor 22 est du type NPN. De la même manière, la branche de circuit 18 comprend 70 12134 1 4 2041131 lesémétteurs et les collecteurs de deux transistors 2l± et 26, le transistor 2ij. étant du type PNP comme le transistor 20, et le étant transistor 26/du type ÎTPN comme le transistor 22. On doit noter que de plus, que lés émetteurs des transistors 20 et 2I| sont tous les 5 deux reliés à la borne d'entrée 10, alors que les émetteurs des transistors 22 et 26 sont tous les deux connectés à la borne d'en-trée reliée à la masse, 12» Le circuit comprend : un transformateur simple 28, possédant un premier enroulement 30 qui, dans le but de simplifier 10 l'explication, peut être appelé enroulement primaire, et un second enroulement 32 qui peut être appelé enroulement secondaire. Les extrémités opposées du premier enroulement 30 sont reliées au point de jonction des collecteurs des transistors 20, 22 et 2ij.f 26 dans les branches de circuit respectives 16 et 18. Une extrémité 15 de l'enroulement secondaire 32 est reliée, è travers la résistance 3l+, à la base du transistor NPN 22 ; l'autre extrémité de l'enroulement secondaire 32 est connectée à travers la résistance 36, à la base du transistor NPN 26. D'une manière quelque peu similaire, 1*extrémité gauche du premier enroulement 30» associée avec la 20 branche de circuit 16, est reliée â travers la résistance 38 à la base du transistor 2ij., alors que l'extrémité droite du même premier enroulement 30, associée avec la branche de circuit 18, est reliée à travers la résistance i|.0 à la base du transistor 20 de la branche de circuit 16, Les résistances lj.2 et Ijij. sont connectées 25 en shunt sur les jonctions émetteur-base des transistors PNP 22 et 2l\. respectivement. Dans un but d'illustration, on supposera que lorsqu'un potentiel continu est appliqué initialement entre les bornes 10 et 12, un régime transitoire s'établisse en produisant les polari-30 tés indiquées aux bornes des enroulements 30 et 32, c'est-à-dire que l'extrémité gauche de l'enroulement 30 est positive, ainsi que l'extrémité droite de l'enroulement 32. Dans ces conditions, le transistor NPN 26 va être amené à la œnduction, présentant un court-circuit entre la masse et le point I4.6. En conséquence, la 35 base du transistor PNP 20 dans la branche de circuit 16, est également essentiellement mise à la masse, à travers la résistance 1^0, amenant ainsi le transistor 20 à être conducteur. Le courant cir 70 12134 2041131 cule donc maintenant à partir de la borne 10, à travers l'émetteur et le collecteur du transistor 20, le premier enroulement 30, le collecteur et l'émetteur du transistor 26, vers la masse. A cet instant, la diode J4.8 fixe la base du transistor KPN 22 au poten-5 tiel de la.masse, ce qui l'empêche de conduire^ Les conditions qu'on vient de décrire vont persister, avec les transistors 20 et 26 conducteurs, jusqu'à ce que le noyau du transformateur 28 vienne à sa turation. Lorsque le transformateur 28 atteint la saturation, le flux ne varie plus. La tension induite, qui est propor-10 tionnelle à la vitesse de variation du flux, disparaît. Ceci supprime la tension de commande de base du transistor 26 qui se bloque. Le courant primaire ne peut plus circuler et la commande de base du transistor supérieur 20, initialement conducteur, est supprimée. Le noyau du transformateur possède une rémanence suf-15 fisamment faible pour que, comme conséquence directe de la réduction du courant primaire, le flux quitte les conditions de saturation, donnant naissance à une variation de flux et par suite, à une tension induite de polarité opposée à celles de la situation précédente. Ceci amène l'autre transistor inférieur 22 à la conduc-20 tion et, par suite, l'autre transistor supérieur 2ij. également en conduction. Le courant primaire commence alors à circuler dans la direction opposée à celle de la situation précédente. Lorsque le transistor 22 conduit, le point 50 est mis à la masse et la base du transistor PNP 2ij. est également essentiel-25 lement mise à la masse, à travers la résistance 38. Le transistor 24 est maintenant conducteur et le courant circule entre la borne d'entrée 10, à travers l'émetteur et le collecteur du transistor 21}., à travers le premier enroulement 30s et, le collecteur et l'émetteur du transistor 22 vers la masse » A cet iaàant, la diode 30 52 fixe le potentiel de la base du transistor 26 à la masse, ce qui l'empêche d'être conducteur. A nouveau, la circulation de courant à travers l'enroulement 30 amène la saturation du noyau du transformateur 28, ce qui à son tour supprime la tension de commande sur la base du transistor inférieur 22 ; le transistor 2ij. est 35 également bloqué et la conduction s'amorce à nouveau dans les transistors 20 et 26. De cette manière, on comprendra que les transistors 20, 26 et 22, 2i{. vont conduire alternativement, pro 70 12134 l 2041131 duisant une série d'ondes essentiellement rectangulaires aux bornes de l'enroulement secondaire 32. Le noyau du transformateur doit posséder une aimantation rémanente suffisamment faible pour produire le fonctionnement désiré. 5 Dans la .forme de l'invention, représentée ici, le signal carré apparaissant aux bornes de l'enroulement 32 est redressé par les diodes if8 et 52, ainsi que les diodes 5b ©t 56, pour produire une tension continue entre la borne de sortie 11}. et la masse, tension proportionnelle à l'amplitude du sigial carré ou à la ten-10 sion alternative apparaissant aux bornes de l'enroulement 32. Dans le but d'obtenir la conversion d'une tension dTentrée donnée en r une tension de sortie plus faible, le rapport de transformation du transformateur 28 est choisi pour produire une réduction de tension, grâce à quoi la tension de sortie sur l'enroulement 32 est 15 plus faible que la tension d'entrée sur l'enroulement 30. D'après la description donnée jusqu'ici, il est clair que les connexions et le fonctionnement conduisent à une configuration des circuits présentant des cheminements de courant de polarité opposée et opérant alternativement entre les bornes dfentrée 10 et 20 12. Un des trajets comprend, dans l'ordre, la borne d'entrée 10, le circuit émetteur-collecteur du transistor 20, 11enroulement primaire 30, le circuit aine11eur-colleekeur du transistor 26 et la borne d'entrée 12. Le second trajet comprend la borne d'entrée 10, le circuit émetteur-collecteur du transistor 21}., l'enroulement pri~ 25 maire 30, le circuit émetteur-collecteur du transistor 22 et la borne d'entrée 12. On doit également noter que chaque transistor est monté en émetteur commun. Les transistors 20 et 2ij. sont montés en éiast" teur commun car ils ont â réaliser une fonction d'inversion. Los 30 transistors 22 et 26 sont montés en émetteur commun d&ns le cas d'une réduction de tension, car ils doivent possédez3 rai gain en tension dans le but de commuter la tension d* alimenta «Ion. élevée avec une tension relativement faible„ Pour le cas dsun circuit élévateur, les transistors 22 et 26 peuvent être connectés soit en 35 émetteur commun, soit en collecteur commun. La description précédente du fonctionnement suppose qu'un signal transitoire va déclencher initialement le transistor 22 ou BAD ORIGINAL 70 12134 7 2041131 le transistor 26, pour l'amener à la conduction. Ainsi qu'on peut le voir, la tension continue apparaissant sur la borne 1if est couplée à travers la résistance 58 et appliquée grâce à la résistance 60 entre la base et l'émetteur d'un transistor 62. Le collecteur 5 d'un transistor 62 est relié à l'électrode d'émetteur d'un transistor unijonction 6ij_ qui avec la capacité 66, la résistance 68 et la résistance 70» constitue un oscillateur à relaxation. Tant qu'aucune sortie continue n'apparaît sur la borne 11|., l'oscillateur à relaxation va fournir des oscillations dont les cycles 10 positifs sont couplés à travers la diode 72 à la base du transistor 26. Ainsi, en supposant qu'une tension continue vient juste d'être appliquée entre les bornes 10 et 12,1'oscillateur à relaxation va provoquer la conduction du transistor 26 et amorcer l'action de commutation en multi-vibrateur décrite plus hautoCepen-15 dant, aussitôt qu'une tension de sortie apparaît sur la borne 1ij., la tension continue appliquée sur la base du transistor 62 va l'amener à conduire, mettant ainsi à la masse l'émetteur de l'oscillateur à relaxation et supprimant les impulsions appliquées à la base du transistor 26, à partir de quoi l'action de commutation 20 dé'crite plus haut prend place. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec une forme particulière spécifique, il est évident pour les spécialistes que différentes modifications de la forme et de la disposition des parties peuvent être réalisées en fonction des besoins, 25 sans s'écarter de l'esprit et du domaine de l'invention. Dans cet ordre d'idées, il est clair que les transistors PNP et NPN peuvent être inversés et que la tension de sortie peut être plus élevée que la tension d'entrée, par le choix du rapport de transformation du transformateur 28. 70 12134 8 2041131 REVENDICATIONS 1, Un convertisseur de tension possédant : une paire de bornes d'entrée adaptées pour la connexion à une source de tension continue, une première branche de circuit connectée entre ces 5 bornes d'entrée et comportant les émetteurs et les collecteurs d'une première paire de transistors de commutation connectés en série, une deuxième branche de circuit connectée entre ces bornes d'entrée et comportant les émetteurs et les collecteurs d'une deuxième paire de transistors de commutation connectés en série, un 10 transformateur muni de deux enroulements seulement, et comprenant des moyens reliant les extrémités opposées de l'un de ces enroule- t' ments au point de jonction des deux transistors de commutation dans les deux branches de circuit respectives, comprenant des moyens reliant les extrémités opposées du deuxième de ces enroule-15 ments aux base de l'un des deux transistors dans les deux branches de circuits respectives, comprenant des moyens reliant les extrémités opposées du premier de ces deux enroulements aux bases de l'autre des deux transistors dans les branches de circuits respectives, de manière qu'à l'intérieur d'une des branches de cir-20 cuit, lorsqu'un transistor est conducteur, le deuxième soit bloqué e-tyfrice-versa, le courant circulant alors entre les bornes d'entrée à travers un transistor conducteur de l'une des branches du circuit, puis à travers le premier enroulement et enfin à travers un transistor conducteur dans l'autre branche de circuit, et compre-25 nant enfin des moyens pour prélever le signal de sortie aux bornes de l'autre enroulement. 2, Convertisseur selon la revendication 1, dans lequel l'un'des transistors de chaque branche de circuit est du type PNP tandis que l'autre transistor de chaque branche est du type NPN. 30 3. Un convertisseur de tension selon la revendication 1, dans lequel un redresseur double alternance est connecté aux bornes du deuxième enroulement pour fournir une tension de sortie continue. ij.. Un convertisseur de tension selon la revendication 3 35 dans lequel la tension aux bornes du deuxième enroulement est inférieure à celle existant aux bornes du premier enroulement. 5. Un convertisseur de tension selon la revendication 70 12134 9 2041131 3, comportant un oscillateur à relaxation destiné à appliquer des impulsions de déclenchement sur la base de l'un des transistors de commutation et des moyens pour stopper cet oscillateur lorsqu'un signal de sortie apparaît aux bornes du redresseur double 5 alternance. 6. Un convertisseur de tension selon la revendication 2, dans lequel l'émetteur de chaque transistor PHP dans chaque trajet de courant est connecté à l'une des deux bornes d'entrée, et dans lequel l'émetteur de chaque transistor NPN dans chaque 10 trajet de courant est connecté à l'autre de ces bornes d'entrée, les collecteurs des transistors dans chaque trajet de courant étant interconnectés et reliés à une extrémité du dit premier enroulement * 7. Un convertisseur de tension selon la revendication 1, 15 dans lequel le transformateur est.du type à cycle non rectangulaire . 8. Un convertisseur de tension selon l'une des revendications précédentes, dans lequel a) la paire de bornes d'entrée est constituée d'une première et d'une deuxième borne d'entrée, 20 destinées à être connectées à la dite source d'alimentation continue, b) l'ensemble de commutation comporte respectivement .un premier, un dauxième, un troisième et un quatrième transistors ; c) le transformateur a respectivement un premier et un deuxième enroulement ; d) un premier trajet de courant comprend dans 25 l'ordre : la première borne d'entrée, le circuit émetteur-collecteur du premier transistor, le premier enroulement dans une direction donnée, le circuit émetteur-eolleetaur du deuxième transistor et la deuxième borne d'entrée ; e) un second trajet de courant comprend dans l'ordre : la première borne dsentrée, ]ê cir-30 cuit émetteur-collecteur du troisième transistor , le premier enroulement dans la direction opposée, le circuit émetteur-collecteur du quatrième transistor et la deuxième borne d'entrée ; f) des moyens sont prévus pour connecter les extrémités opposées du premier enroulement aux bases des premier et troisième transis-35 tors ; g) des moyens sont prévus pour connecter les extrémités opposées du second enroulement aux bases des deuxième et quatrième transistors ; h) les moyens fournissant le signal de sortie 70 12134 10 2041131 opèrent sur les bornes du deuxième enroulement. 9. Un convertisseur de tension selon la revendication 8 dans lequel les premier et troisième transistors sont d'un type de conductivité donné, alors que les deuxième et quatrième transis-5 tors sont de l'autre type de conductivité. 10» Un convertisseur de tension selon la revendication 8 dans lequel chaque transistor fonctionne dans le mode émetteur-commun. 11. Un convertisseur de tension selon la revendication 8, 10 dans lequel le transformateur possède un noyau à faible rémanence.