Brevet FR2060060A1 — publié le 19710611

Il existe plusieurs circuits permettant d'obtenir une haute tension continue destinée à alimenter un tube à rayons cathodiques ou analogue . Une source haute tension alimentée par le générateur de balayage horizontal est intéressante quand les signaux appro-5 priés sont disponibles. Ce type de source est en général caractérisé par une onde de tension primaire fortement asymétrique et une tension de. sortie non régulée. Si l'on désire une source de haute tension continue bien régulée, on utilise souvent un oscillateur régulé à onde sinusoïdale comportant une réaction pour 10 régler la tension de polarisation dudit oscillateur afin d'obtenir la tension de sortie choisie. Cependant, le composant actif d'un tel circuit provoque en général une dissipation appréciable de puissance, en particulier parce que la polarisation de ce composant est réglable par un circuit de régulation. 15 Un autre circuit de production d'une tension continue régu lée comporte un circuit de commutation, par exemple un régulateur de cycle de travail combiné avec une source haute tension. Un tel agencement présente l'avantage de réduire la dissipation de puissance liée à la régulation, à condition que las éléments 20 régulateurs aient une très faible résistance ohmique, avec une tension nulle aux bornes ou une résistance très élevée, et ne soient traversés par aucun courant. Cependant, les courants de commutation tendent à être très importants, les condensateurs sont en général complètement chargés et les courants sont déter-25 minés par/6e que peut supporter un transistor, ou analogue,donné. le circuit oscillateur régulé selon l'invention comprend un interrupteur et des circuits pour appliquer une réaction afin de fermer ledit interrupteur,après que la tension aux bornes de celui-ci a atteint la valeur zéro. Un courant circule alors 30 à travers 11 interrupteur pendant un laps de temps fonction de la tension de sortie à obtenir. Pendant ce temps, la tension aux bornes de l'interrupteur reste sensiblement nulle. Si une énergie suffisante a passé par l'interrupteur, ce dernier est ouvert à un instant choisi pendant chaque cycle de fonctionnement 35 du circuit et la tension aux bornes dudit interrupteur peut augmenter. Dans une forme préférée de la présente invention, un circuit redresseur, alimenté en énergie par ledit interrupteur, 70 27671 2 2060060 engendre une tension et, si cette tension est trop, élevée ou trop basse, la période pendant laquelle l1interrupteur-laisse passer un courant durant chaque cycle de fonctionnement est-allongée ou raccourcie en conséquence. 5 Dans un mode d'exécution préféré de l'invention, l'inter rupteur est branché en sérié avec un enroulement primaire,; d' un transformateur haute tension et' une diode est branchée entre ces deux composants, de manière que la tension aux.bornes del'■interrupteur s'annule pendant chaque demi-période d'oscillation du 10 circuit. Pendant que la tension aux bornes de 1'interrupteur est nulle, une réaction est- appliquée à celui-ci pour le fermer,de manière qu'il laisse passer un courant. Un circuit de commande, commandé par un autre enroulement d'un transformateur haute tension, ouvre ensuite l'interrupteur à un instant choisi pendant 1 5 chaque cycle dé fonctionnement en fonction de la tension aux bornes de sortie. " Ce circuit engendre une tension presque sinusoïdale, bien qu'il fonctionne par tout ou rien. Le transformateur haute tension utilisé peut' osciller à une cadence commandée par sa fréquence 20 d'accord, les condensateurs ne sont-pas chargés .complètement, limitant ainsi les'courants de-commutation à>une faible valeur et on peut employer un transformateur de capacité propre relativement élevée d'un type courant pour haute tension. Par conséquent, les intensités des courants sont diminuées et l'onde sensiblement 25 sinusoïdale engendrée convient pour alimenter un circuit multiplicateur de tension utilisé de préférence selon la présente invention. . Cependant, étant donné qu'on emploie-un interrupteur, les pertes d'énergie y sont réduites. Cet interrupteur comprend de préférence un transistor de commutation. 30 la présente invention a donc pour objet un circuit oscil lateur régulé perfectionné, capable de produire une haute tension continue avec une faible perte-d'énergie et avec des courants de commutation relativement faibles destiné à engendrer une haute tension continue et dans lequel la partie régulatrice du circuit 35 est pratiquement insensible à l'ondulation de l'oscillateur, celui-ci comportant un circuit multiplicateur de tension recevant une onde sensiblement sinusoïdale engendrée dans ce 70 27671 3 2060060 circuit oscillateur, mais celui-ci fonctionnant par tout ou rien pour réduire les pertes de puissance et comportant une protection contre l'emballement. D'autres objets et avantages de 1'invention seront mieux 5 compris à la lecture de la description qui va suivre drun exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé dans lequel : la figure 1 est un schéma d'un circuit oscillateur selon l'invention ; et la figure 2 représente des formes d'ondes destinées à expli-10 quer le fonctionnement du circuit de la figure 1. Sur la figure 1, un circuit oscillateur selon la présente invention comprend un transformateur 10 haute tension avec un enrou-, lement primaire 12, un enroulement dit de sortie 14 et un enroulement à prise médiane comportant des spires de réaction 16 et 15 des spires de commande 18. Ce transformateur peut être du type haute tension couramment employé pour les blocs d'alimentation des tubes à rayons cathodiques. L'enroulement de sortie 14 est raccordé à un doubleur de tension comportant des diodes 20 et 22 et des condensateurs 24 et 26. Une diode 20 es"b branchée entre 20 une première borne de l'enroulement 14 et la masse, l'anode de cette diode étant raccordée à l'enroulement 14» L'autre extrémité marquée d'un point, de l'enroulement 14 est raccordée à une première armature d'un condensateur 24 dont l'autre armature est reliée à la masse. La cathode de la diode 22 est également rac-25 cordée à la borne mentionnée en premier de 1'enroulement 14 et l'anode de la diode 22 est raccordée à une première armature du condensateur 26,tandis que l'autre armature de ce condensateur est raccordée au condensateur 24.Une résistance 28, destinée au filtrage, raccorde la jonction entre la diode 22 et le conden-30 sateur 26 à une borne 30 débitant un courant continu. Un condensateur de filtrage 32 est branché entre la borne 30 et la masse. La cathode 34 d'un tube cathodique 36 est raccordée de manière appropriée à la borne 30., Lorsque des oscillations apparaissent dans le transformateur 10, on voit que les diodes 20 et 35 22 changent alternativement les condensateurs 24 et 26 branchés en série, si bien que la jonction entre le condensateur 26 et la diode 22 peut atteindre une tension sensiblement égale à la 70 27671 4 2060060 tension entre crêtes apparaissant aux bornes de l'enroulement 14. Cette tension est négative par rapport à la masse et est appliquée par la résistance 28 à la cathode 34 du tube cathodique 36. Une première borne, marquée d'un point, de l'enroulement 5 primaire 12 est raccordée à une source de tension continue et la borne non marquée d'un point dudit enroulement est raccordée par un conducteur unilatéral ou une diode 38 au collecteur d'un transistor 40 dont l'émetteur est à la masse, la cathode de la diode 38 est raccordée au collecteur du transistor 40. le transis-10 tor 40, de préférence du type NPN, joue dans le cas présent le rôle d'un interrupteur. Plus précisément, la tension aux bornes du transistor 40 est pratiquement nulle lorsqu'il laisse passer un courant ou, ce transistor est non-conducteur (bloqué). Une diode 42 est branchée entre la base et l'émetteur dudit transistor, cette 1 5 diode ayant une polarité inverse de la jonction base-émetteur dudit transistor, pour laisser passer un courant dans une direction opposée, la borne marquée d'un point de l'enroulement 16 de réaction est couplée par un condensateur 44 et une inductance 46 à la base du transistor 40, tandis que la prise médiane des enrou-20 lements 16-18 est à la masse, l'autre borne de l'enroulement 18 est raccordée par une résistance 48 et un condensateur de couplage 50 à l'entrée d'un amplificateur à courant continu 52 à gain élevé. l'entrée de l'amplificateur 52 est également ramenée à la •masse par le condensateur 54 et par la résistance 56 à un point 25 porté à un potentiel positif, la résistance 48 associée au condensateur 54 forme un circuit déphaseur utilisé dans un but décrit en détail ci-après. Une résistance 58, shuntée par l'ensemble en série d'un résistance 60 et d'un condensateur 62 raccorde la borne 30 à l'entrée de l'amplificateur 52. les résistances 56 et 30 58 forment un diviseur de tension de réaction faisant partie d'une boucle de contre-réaction agissant sur la tension. la boucle de réglage de la tension comprend l'amplificateur 52 à gain élevé sus-mentionné, le circuit de couplage 48-50 et un condensateur 54. l'amplificateur 52 fournit un courant des-35 tiné à bloquer le transistor 40 chaque fois que la tension d'entrée Y5 de l'amplificateur est négative. Quand la tension d'entrée de l'amplificateur est positive, le courant de sortie de l'amplificateur 52 est nul . 70 27671 5 2060060 la tension Y d'entree de l'amplificateur, representee 5 par la courbe E de la figure 2, comporte une composante quasi- sinusoïdale 64 provenant de l'enroulement 18, ajoutée à une tension continue provenant de la borne de sortie 30, et une ten- 5 sion de référence positive provenant du diviseur de tension 58-56. Une diminution de la haute tension à la borne 30. provoque une variation de Vc dans le sens positif,comme l'indique la courbe 0 en pointillé 66 de la figure 2. Ceci retarde l'instant auquel Vj- devient négatif pour bloquer le transistor 40. 10 Pour étudier le fonctionnement de l'ensemble du circuit, il faut se reporter aux formes d'ondes A à E de la figure-2. On admet au départ que le transistor 40 est bloqué. Pendant l'intervalle de temps 8-1, la tension Y^ en A de la figure 2 augmente algébriquement, étant commandée par l'énergie accumulée dans le 15 transformateur 10. A l'instant 1, la tension de l'enroulement secondaire 14 atteint la valeur à laquelle le condensateur 24 est chargé, et la diode 20 commence à conduire. Un courant ig circule comme l'indiquent les courbes polntillées en I) sur la figure 2. Pendant la période 1-2, de l'énergie inductive est dissipée et 20 charge dans le condensateur 24, tandis que la diode 20 cesse d'être conductrice, la tension Y^ diminue algébriquement pendant la période 2-3, et la diode 20 est polarisée en sens inverse, la tension V2 diminue encore algébriquement entre les instants 3 et 4 jusqu'à la tension à laquelle le condensateur 26 est chargé 25 et la diode 22 est devenue conductrice, comme indiqué, pendant l'intervalle de temps 4-6 en D sur la figure 2. le courant passant par la diode 22 à cet instant est désigné par i^. Pendant la période 1-5, le courant ig provenant de la partie marquée d'un point de la portion d'enroulement 16 traverse avec 30 l'intensité i^, la diode 42. Ces courants sont représentés en C sur la figure 2. A l'instant 5, le courant i^ devient positif et circule avec l'intensité i^ en direction de la base du transistor 40. Cependant, la tension Y2 à la borne non marquée d'un point de l'enroulement 12 est négative à cet instant, et par con-35 séquent, la diode 38 et le transistor 40 ne conduisent pas de façon appréciable. Par conséquent, l'interrupteur comportant le transistor 40 reste ouvert. A noter que la phase- de l'ensemble 70 27671 6 2060060 de l'onde de courant est retardée par rapport à la phase de la tension Y^ par l'action de l'inductance 46. Après la diminution algébrique de V2 et l'accumulation d'énergie dans le condensateur 26, la diode 22 cesse de conduire 5 à l'instant 6 et Y2 commence à augmenter algébriquement. V2 atteint le potentiel de.la masse à l'instant 7 et la diode 38 rend, alors le* transistor 40 conducteur. A cet instant, le transistor 40 rendu fortement conducteur à sa base est saturé et Y^ reste à une t'epsion voisine de celle de la masse entre les instants 10 7 et 8. Dans, ces conditions, une dissipation d'énergie très faible ou .nulle se produit dans l'interrupteur constitué par le transistor 40. Entre les instants 7 et 8, le courant i de "collecteur dans l'enroulement 12 augmente linéairement comme'indiqué en B sur la figure 2. Ce courant provoque une accumulation d'énergie dans 15 le transformateur par 1'enroulement 12, ladite énergie étant ensuite libérée sous la forme de la haute tension de sortie du bloc d'alimentation. Le système de régulation de la tension comprenant l'amplificateur 52 bloque le transistor 40,après qu'une quantité suffi-20 santé d'énergie a été accumulée pour maintenir la tension élevée à la sortie. Un courant i2 circule dans le circuit de sortie de l'amplificateur , si bien que le courant iQ ne circule plus en direction de la base du transistor 40. Quand le transistor 40 est ■ bloqué, la tension commence à croître algébriquement. Le blo-25 cage du transistor est suffisamment long,pour qu'on observe qu'un retard existe entre le passage de 1^ et le blocage du transistor 40, c'est-à-dire à l'instant 8. Si l'on continue à étudier le comportement de la boucle de contre-réaction de régulation, comprenant l'amplificateur 52, 30 il va d.e soi que la tension Y^ à la borne non marquée d'un point de l'enroulement 14 est sensiblement en phase avec la tension Y^- Le circuit constitué principalement par la résistance 48 et le condensateur 54 engendre un courant iQ sensiblement en phase o avec la tension Y.. La tension Y- aux bornes du condensateur 54 4' 5 35 est en retard d' environ 90° sur la tension Vg. La phase de la tension.Y^ convient pour la mise hors d'action de l'amplificateur 52. Lorsque la tension continué à la borne 30 devient plus positive, 70 27671 7 2060060 indiquant une tension de sortie trop faible, la tension Y^ coupe l'axe de zéro dans le sens négatif un instant plus tard comme indiqué en 66, ce qui augmente l'énergie fournie au tranformateur par le transistor 40 avant que celui-ci ne soit bloqué, c'est-à-5 dire à l'instant 8' au lieu de 8, provoquant ainsi une augmentation de la tension de sortie. Si cette tension de sortie devient trop fortement négative, la tension Yc doit évidemment couper 5 plus tôt l'axe de zéro dans le sens négatif et raccourcir le temps pendant lequel le transistor 40 fournit de l'énergie au trans-10 formateur. Par conséquent, l'intervalle de temps 7-8 est ajustable en réponse à la tension de sortie pour provoquer la correction désirée par une contre-réaction. Comme on le voit, la réaction dans le circuit selon l'invention persiste pendant un temps prédéterminé au cours de chaque cycle de fonctionnement de l'oscillateur, 15 et se termine pendant chaque cycle à un instant prédéterminé par le circuit de commande. Plusieurs avantages du circuit selon l'invention sont évidents. A la différence des régulateurs classiques à commutation, le signal recueilli à la sortie a une forme plus proche d'une 20 sinusoïde, le transformateur 10 haute tension pouvant osciller à une cadence réglée par sa propre fréquence d'accord. Les condensateurs ne sont pas chargés à fond, maintenant les courants de commutation, c'est-à-dire ceux traversant le transistor 40, faibles. Les formes des ondes de courant sont déterminées princi-25 paiement par des éléments tels que l'inductance du primaire du transformateur et non par l'intensité du courant pouvant passer dans un transistor de commutation. On peut utiliser un condensateur assez courant ou de valeur élevée et un transformateur haute tension. Bien que ces caractéristiques soient semblables à celles 30 d'un convertisseur tension continue-tension continue à onde sinusoïdale, on observe qu'un passage du courant à travers le transistor 40 se produit pour une tension sensiblement nulle. continu, Ceci caractérise mieux un convertisseur courant continu-courant/ par tout ou rien et diminue considérablement la puissance dis-35 sipée dans le transistor et par conséquent conduit à un système ayant un rendement plus élevé que ce ne serait le cas avec un oscillateur classique à onde sinusoïdale. 70 27671 8 2060060 La boucle de réglage comportant l'amplificateur 52 est pratiquement insensible à l'ondulation de l'oscillateur,puisqu'une onde de courant alternatif d'amplitude assez élevée est appliquée en fait à l'entrée de l'amplificateur 52. Le petites fluctuations 5 additionnelles du courant alternatif résultant de cette ondulation n'ont pas d'action nuisible sur le fonctionnement du circuit. Aucun filtrage n'est nécessaire à l'intérieur de l'amplificateur, ce qui élimine de la boucle un circuit à constante de temps, stabilisant ainsi les circuits. L'ensemble du comportement de la bou-?0 cle de réglage,y compris l'amplificateur 52yest tout à fait prévisible, le gain de ladite boucle de commande étant pratiquement indépendant des caractéristiques des organes actifs de l'amplificateur, mais au contraire dépendant dans une large mesure des composants passifs. 15 Un autre avantage important de ce circuit est lié à l'uti lisation d'un doubleur de tension avec l'augmentation de la tension de sortie qui en résulte. Un circuit multiplieateur de tension tel. que celui selon l'invention, repose sur une variation de tension comportant deux excursions , positive et négative, d'ampli-20 tude voisine . Le circuit selon l'invention, bien qu'étant un circuit de commutation à rendement élevé plutôt qu'un oscillateur à onde sinusoïdale classique,"applique toujours une onde quasi-sinusoïdale à l'enroulement 14. Les tensions de sortie positive et négative constituent avantageusement une tension appropriée appli-25 quée au doubleur de tension comprenant les condensateurs 24 et 26 afin de produire une haute tension continue à la sortie. La diode 38 a de l'importance du fait qu'elle crée une excursion de tension dans les sens positif et négatif et cette diode 38 a aussi de l'importance du fait qu'elle empêche le transistor 30 40 d'être conducteur jusqu'à l'instant où la tension aux bornes du transistor 40 est sensiblement nulle. Alors, comme un courant est appliqué par l'enroulement 12 au transistor 40, la chute de tension aux bornes de cet enroulement reste nulle avec les avantages mentionnés ci-dessus qui en découlent, jusqu'à ce qu'une 35 quantité suffisante d'énergie ait été fournie au transformateur. Le circuit selon l'invention comporte, de plus, un circuit avantageux de protection contre l'emballement, comportant 70 27671 9 2060060 une diode 68 en série avec une diode de Zener 70, cet ensemble étant intercalé entre la borne non marquée d'un point de l'enroulement 12 et la jonction entre le condensateur 44 et l'inductance 46. l'anode de la diode 68 est reliée à la jonction entre 5 les éléments 44 et 46, alors que l'anode de la diode de Zener 70 est raccordée à la borne non marquée d'un point de l'enroulement 12. En cas d'une défaillance de la boucle de réglage telle qu'aucun courant de blocage n'est appliqué au transistor 40, l'oscillateur tend normalement à s'emballer, engendrant une 10 tension de sortie très élevée. Cependant, si V2 tend à prendre une valeur excessive négative par rapport à la masse, la diode Zener 70 devient conductrice et charge le condensateur 44.dans un sens qui réduit la tension appliquée à la base du transistor 40. On a réalisé ainsi une boucle de réglage auxiliaire qui 15 empêche l'amplitude à la sortie de l'oscillateur de prendre une valeur excessive. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées aux dispositifs et procédés qui viennent d1être.décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'in-20 vention. 70 27671 10 2060060 - ' REVENDICATIONS - 1. Circuit oscillateur régulé, caractérisé en ce qu'il comprend un commutateur d'un courant continu en direction d'un organe de sortie, un dispositif synchronisé pour appliquer, une réaction 5 audit dispositif de commutation pour le rendre conducteur pendant les alternances données du fonctionnement d'un oscillateur,après que la tension aux bornes du dispositif de commutation a atteint la valeur zéro» de manière que ledit dispositif de commutation conduise un courant avec- une tension sensiblement nulle à ses bornes, et un 10 ensemble de commande réagissant à la tension de sortie dudit oscillateur pour mettre hors, d'action ladite réaction et faire cesser ladite conduction,tout én permettant à la tension aux bornes dudit dispositif de commutation d'augmenter à un instant choisi pendant lesdites alternances données de fonctionnement dudit oscillateur, 15 ledit instant étant variable par rapport à l'instant où ledit dispositif de commutation est rendu conducteur et étant fonction dudit niveau de sortie. 2. Circuit oscillateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble de commande pour mettre hors d'action ladite 20 réaction et faire cesser ladite conduction dudit dispositif de commutation comporte un dispositif de mesure d'une tension continue en réponse à la tension de sortie dudit circuit oscillateur et un dispositif pour appliquer une tension proportionnelle à ladite tension continue associée à une onde en corrélation avec un signal alter-25 natif émis par ledit circuit oscillateur pour faire cesser ladite réaction à un instant donné pendant chaque cycle de fonctionnement dudit circuit oscillateur,quand ia tension de l'onde combinée atteint une valeur prédéterminée. 3= Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif à conduction unilatérale monté en série avec 30 ledit dispositif de commutation pour que la tension aux bornes dudit dispositif de commutation atteigne une valeur prédéterminée et pour permettre audit dispositif de commutation de laisser passer un courant de sens prédéterminé, ledit dispositif synchronisé en boucle de réaction provoquant le passage dudit courant ayant ledit sens-35 prédéterminé dans ledit dispositif de commutation, après quoi ledit ensemble de commande supprime ladite réaction à un instant prédéterminé de chaque cycle de fonctionnement dudit circuit oscillateur. 70 27671 2060060 4. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il oomprend un transformateur ayant un enroulement primaire par lequel passe ledit courant provenant dudit dispositif de commutation, ledit transformateur comportant un enroulement de réaction 5 faisant partie de ladite boucle d'application d'une contre-réaction et étant branché de manière à faire fonctionner ledit dispositif de commutation, ledit transformateur comportant un enroulement de sortie auquel un ensemble redresseur est couplé, ledit ensemble redresseur fournissant ladite tension continue devant être appliquée 10 en même temps que le signal de sortie à courant alternatif pour mettre hors-circuit ledit dispositif de commutation. 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit ensemble redresseur comprend un multiplicateur de tension. 6. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il 15 comprend d'autres enroulements de commande sur ledit transformateur, destinés à engendrer ledit signal de sortie en alternatif qui est associé à ladite tension continue et employé pour mettre hors circuit ledit dispositif de commutation. 7. Circuit selon la revendication 4» caractérisé en ce que 20 ledit dispositif de commutation est un transistor. 8. Circuit selon la revendication 7» caractérisé en ce qu'il comprend une diode branchée en parallèle sur la jonction base-émetteur dudit transistor avec une polarité inversée parçfrapport à ladite jonction base-émetteur, la tension appliquée à la baise' dudit tran- 25 sistor provenant de ladite boucle de réaction. 9. Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite boucle de réaction comprend une inductance montée entre ledit enroulement de réaction et la base dudit transistor. 10. Circuit selon la revendication 7» caractérisé en ce qu'il 30 comprend une diode de Zener branchée en série avec une diode de polarité opposée entre ledit enroulement primaire et la base dudit transistor, ce circuit comportant de plus un condensateur entre ledit enroulement de réaction et la base dudit transistor. 11. Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que 35 ledit dispositif de commutation comprend un transistor et ledit ensemble de commande comprend un amplificateur, dont le circuit de sortie est raccordé à une électrode de commande dudit transistor, 70 27671 12 2060060 tandis que son circuit d'entrée est "branché de manière à recevoir ladite tension de sortie continue et un signal déphasé provenant dudit enroulement de commande.