Brevet FR2102310A1 — publié le 19720407

Dans de nombreux circuits onduleurs de courant fort, la limitation de courant est obtenue en détectant le courant de sortie de l'onduleur, ou courant de charge, au moyen d'un transformateur d'intensité, en redressant et en filtrant la tension déve-5 loppée aux bornes d'une résistance de charge, et en comparant cette tension avec une tension de référence à courant continu dans un circuit régulateur de tension. Bien que cette technique antérieure assure une bonne limitation de courant en régime permanent, elle est en général insensible aux courants de pointe 10 produits en cas de court-circuit, ainsi qu'aux courants transitoires résultant de la saturation du transformateur de sortie de l'onduleur. L'invention supprime les inconvénients de la technique antérieure de limitation de courant, en détectant la valeur instan-15 tanée de passage de courant dans les interrupteurs de puissance comprenant l'onduleur, au lieu de détecter le courant de charge à la sortie de celui-ci. Un transformateur drintensité est connecté dans le circuit onduleur de telle sorte que le courant passant dans les interrup-20 teurs de puissance passe dans l'enroulement primaire du transformateur d'intensité. Le courant apparaissant aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur est converti en un signal représentant la tension et comparé à une tension d'entrée de référence à courant continu d'un circuit de commande d'intensité. 25 Quand le signal de tension correspondant au passage du courant dans les interrupteurs de puissance excède la tension de référence à courant continu, le circuit de commande d'intensité émet un signal d'inhibition qui commute au blocage les interrupteurs de puissance et réduit la valeur de la tension de référence à cou-30 rant continu à un degré prédéterminé, c'est-à-dire 50 à 75 %, Du fait des inductances de circuit et de charge, le courant de charge prend un temps déterminé pour descendre à 50 - 75 %. Quand la valeur du signal de tension correspondant au passage du courant dans les interrupteurs de puissance descend au-dessous de la ten-35 sion de référence réduite à courant continu, le circuit de commande d'intensité supprime le signal d'inhibition et rétablit la tension de référence à courant continu à sa valeur originale0 71 29980 2 2102310 L'invention ressortira mieux de la description gui va suivre de formes illustratives de réalisation en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente schématiquement une forme de réali-5 sation de l'invention utilisant un circuit onduleur à pont total; la figure 2 représente schématiquement un circuit onduleur à prise centrale réalisé selon l'invention ; la figure 3 représente la forme d'onde relative au fonctionnement de l'invention; 10 la figure 4- est une version modifiée de l'invention de la figure 1 ; et la figure 5 représente des éléments discontinus constitutifs de l'invention de la figure 1. En référence à la figure 1, le schéma représente un circuit 15 onduleur de courant fort type, 10, comprenant un étage de puissance 12 du type en pont, comprenant làs interrupteurs de puissance à transistors 13j un transformateur de sortie 14- connecté aux bornes d'une charge, et un circuit de commande principale 16 destiné à commander la conduction des interrupteurs de puissance 20 13 afin de développer la tension de sortie désirée de l'onduleur de courant fort. Bien que les interrupteurs 13 soient représentés sous la forme de transistors, il est entendu que d'autres dispositifs de commutation tels que les redresseurs commandés au silicium et les interrupteurs commandés par électrode conviennent 25 également pour cette application. Un circuit de commande d'intensité 20 est couplé au circuit onduleur de courant fort 10 au moyen d'un transformateur d'intensité CT et répond au passage de courant transitoire dans les transistors 13, en produisant un signal d'inhibition L et M neutralisant le fonctionnement du cir-30 cuit de commande principale 16 jusqu'à ce que la condition transitoire soit contrôlée. On dispôse de nombreux procédés pour réaliser la fonction de déclenchement ou d'amorçage successif du circuit de commande principale 16. Un tel procédé est décrit dans la demande de brevet déposée aux Etats Unis d'Amérique le 25 35 Février 1971 sous le ÏF° de série 71/06390 et cédée à la Demanderesse, L'enroulement primaire CTP du transformateur d'intensité 71 29980 3 2102310 est connecté en série avec une "bobine d'arrêt BA et le transformateur de sortie 14 du circuit onduleur 10 de telle sorte que le passage du courant dans les interrupteurs à transistors 13 passe dans l'enroulement primaire CTP. En cas d'utilisation d'un étage 5 de puissance en parallèle à prise centrale au lieu du type en pont illustré, deux enroulements primaires CTP1 et CTP2 sont utilisés avec une "bobine d'arrêt André BA ainsi que représenté à la figure 2. Un unique noyau de transformateur d'intensité suffit en 10 l'absence d'une composante d'intensité à courant continu dans les courants transitoires à alternatifs que doit contrôler le circuit 20 de commande d'intensité. Toutefois, le déséquilibre des courants de demi-période qui donne une composante d'intensité, se rencontre souvent du fait de la saturation du transformateur 15 de sortie de 1'onduleur. Pour empêcher la saturation du transformateur d'intensité CT, on utilise des noyaux doubles C1 et C2. les noyaux doubles fonctionnent de manière alternée conjointement au circuit d'entrée 21 du circuit 20 de commande d'intensité. Le circuit d'entrée comprend les combinaisons de résistances R1-20 R1 ' et E2-E2', ainsi que les diodes associées GE1 et CE2. Pendant qu'un noyau fait apparaître un signal d'entrée aux bornes d'une combinaison de résistances associée à une polarisée dans le sens direct, l'autre noyau sst remis au repos /une résistance de charge relativement forte du fait de l'état de polarisation in-25 verse de la diode qui lui est associée. La possibilité de mise complète en repos des noyaux C1 et 02 au cours des demi-périodes alternées, permet à chaque noyau de fournir le maximum de volt-secondes durant le demi-cycle actif correspondant aux désignations par des poiiits des enroulements positifs. Eç. l'absence de 30 la composante d'intensité courant continu, les doubles noyaux C1 et C2 peuvent être remplacés par un noyau unique et les résistances de charge E1' et B2' supprimées. Le circuit 20 de commande d'intensité comprend deux circuits comparateurs 0A et CB qui ont pour fonction de produire les si-35 gnaux d'inhibition L et M, respectivement, selon l'état de polarité de l'étage de puissance 12 de l'onduleur au moment de la surcharge des transistors. 71 29980 4 2102310 La sensibilité à la polarité des circuits comparateurs CA et CB est assurée par l'enroulement secondaire CTS à prise centrale du transformateur d'intensité CT. Le passage du courant dans les transistors 13A pendant le demi-cycle positif du courant 5 de sortie de l'onduleur est contrôlé par le montage associé au circuit comparateur CA, et le passage du courant dans les transistors 13B durant le demi-cyclç4iégatif est contrôlé par le montage associé au circuit comparateur CB. Le circuit d'entrée 21 qui est connecté aux "bornes de l'enroulement secondaire CTS à 10 prise centrale, répond au passage du courant dans les diodes redresseuses CR1 et CH2 en développant un signal de tension représentant le passage du courant des transistors correspondant à la polarité positive et négative d'intensité de l'étage de puissance 12 de l'onduleur. Les signaux de tension développés aux bornes 15 des combinaisons de résistances R1-R1' et R2-R2' sont appliquée aux entrées négatives CAN et CBN des circuits comparateurs CA et CB, respectivement. La sortie d'une source 5 ôle tension continue est appliquée à un diviseur de tension comprenant les résistances R3 et R4, qui développe une tension de référence de courant con-20 tinu "Vgjvjj, laquelle est appliquée à l'entrée positive CAP et CBP, des circuits comparateurs CA et CB respectivement. Les circuits comparateurs CA et CB, représentés à la figure 1 sous la forme de comparateurs du type à circuits intégrés, émettant des signaux de sortie d'une polarité correspondant à celle du signal d'entrée 25 plus fort et d'une valeur suffisante pour neutraliser la commande de conduction des transistors du circuit de commande principale 16. Aux conditions normales de sortie de l'onduleur, la valeur du signal de tension développé aux bornes des résistances R1-H1' 30 et R2-R2' en réponse aux oscillations de polarité positive et négative du courant de sortie de l'onduleur est inférieure à la valeur de la tension de référence 7^^. Le signal de sortie des circuits comparateurs CA et CB est donc positif, d'où s'ensuit la commutation du blocage des transistors Q1 et Q2, ainsi que 35 l'absence de signaux d'inhibition L et M. En l'absence de ces signaux L et M, la conduction des transistors 13A et 13B de l'étage de puissance 12 du type en pont est permise selon la séquence 71 29980 5 2102310 d'amorçage établie par le circuit 16 de commande principale. Lorsque la valeur de la tension développée aux bornes de _la combinaison de résistances R1-R1' excède la valeur de la tension de référence Vggjij Par suite d'un passage de courant de 5 surcharge dans les transistors 13A, le signal de sortie du circuit comparateur CA est négatif. De cette condition de tension de sortie négative résulte la polarisation de la diode CR3 dans le sens direct et la commutation en conduction du transistor Q1 d'où résulte l'émission d'un signal d'inhibition L. La polarisa-10 tion dans le sens direct de la diode CR3 assure un passage de courant dans la résistance R7, qui a pour fonction de diminuer la valeur de la tension de référence appliquée à l'entrée positive des circuits comparateurs CA et CB. La combinaison de la résistance R7 et de la diode CR3 forme un circuit du type à 15 hystérésis. On peut faire varier l'effet d'atténuation de la résistance R7 pour assurer une bande morte appropriée (BM) de commande d'intensité dans laquelle le signal d'inhibition L commute au blocage les transistors 13A jusqu'à ce que le courant de sortie d'onduleur, représenté par la tension"développée aux bor-20 nés de 3a combinaison de résistances R1-R1', s'abaisse à une valeur déterminée, c'est-à-dire une valeur correspondant à 50 % du courant de sortie d'onduleur maximal permis. Un courant de sortie d'onduleur représentant la commande d'intensité de surcharge des transistors, produite par le circuit 20, est représenté à la fi-25 gure 3. En raison"des inductances de circuit et de charge, le passage du-courant ne cesse pas avec la commutation au blocage des transistors 13A, mais l'enroulement primaire 0TP est plutôt soumis à un passage inverse de courant dans un parcours assuré par 30 les diodes de commutation 17 associées aux transistors 13B. Ce passage inverse de courant dans les diodes 17 apparaît identique au passage de courant de sens direct par les transistors 13A vers le transformateur d'intensité CT. Le courant décroissant résultant de l'émission du signal d'inhibition passe dans l'enroule-35 ment primaire CTP par un parcours assuré par les diodes de commutation associées à la branche opposée du circuit onduleur. Lorsque la tension aux bornes de la combinaison de résistances R1-R1' 71 29980 6 2102310 s'abaisse au-dessous de la tension de référence réduite de 50 %, le signal de sortie du circuit comparateur CA devient à nouveau positif, ramenant ainsi le transistor Q1 à l'état de "blocage et la valeur de la référence à sa valeur originale 7^^. Cette 5 commande périodique d'intensité assurée par le circuit 20 peut se répéter de nombreuses fois au cours d'une demi-période du courant de sortie de l'onduleur, ainsi que le met en évidence la forme d'onde de la figure 3. Au cours de la demi-période négative du courant de sortie, 10 le passage du courant dans l'enroulement secondaire CTS du transformateur d'intensité CT passe dans la diode GS2 et développe une tension aux bornes de la combinaison de résistances B2-E2'. Un passage excessif de courant de sortie de l'onduleur, représenté par une tension aux bornes des résistances B2-B2' qui excède la 15 valeur de la tension de référence Tg^,, établit un signal de sor-tige négative du circuit comparateur CB qui commute en conduction le transistor Q2 et polarise en sens direct la diode CR4-. Le signal d'inhibition M produit par l'état de conduction du transistor Q2 commute au blocage les transistors 13B jusqu'à ce que la 20 tension aux bornes des résistances R2-R2' s'abaisse au-dessous de la tension de référence 7^^ réduite de 50 % établie par le passage du courant dans la résistance E7 et la diode CE4-. On se référera maintenant à la figure 4 représentant une autre forme de réalisation du circuit 20 de commande dîntensité 25 qui assure des circuits à hystérésis séparés pour chaque circuit comparateur par l'addition de résistances E8, E9, R10 et d'une capacité de filtrage G1. La figure 5 représente une variation du circuit 20 de commande d'intensité de la figure 1, dans laquelle les comparateurs 30 à circuits intégrés sont remplacés par des circuits à éléments constitutifs discontinus. Actuellement, cette solution représente le procédé le moins coûteux d'assurer la commande requise. Une tension de référence à courant continu est établie à l'émetteur des transistors Q11 et Q12 par les résistances R15 et E16. On sup-35 posera qu'il existe une surcharge et que la tension aux bornes de la résistance R11 assure la conduction du transistor .Q11 et le passage decoûiant dans la résistance R15 et la base du transis 71 29980 7 2102310 tor Q13. Le transistor Q13 conduit donc ainsi le courant jusqu'à la sortie L et également par la résistance R20 dans la base du transistor Q15. Quand le transistor Q15 fait passer le courant .dans les résistances R17 et R13, il abaisse le niveau de la ten-5 sion de référence aux émetteurs des transistors Q11 et Q12, et assure la bande morte de l'intensité de commande ou hystérésis désirée. Lorsque la valeur du courant de sortie d'onduleur diminue et que la tension développée aux bornes de la résistance R11 ne peut plus maintenir le transistor Q11 en état de conduction, 10 les transistors Q11, Q13 et Q15 commutent au blocage. Quand le courant de sortie de surcharge de l'onduleur se produit avec la polarité opposée, les transistors Q12, Q14 et Q15 laissent passer le courant de manière similaire. L'usage expérimental des circuits de commande d'intensité 15 que l'on vient de décrire a démontré la protection instantanée des tratisistqrs de puissance de l'onduleur contre les applications soudaines de courants de surcharge ou de court-circuit. Grâce au fonctionnement du circuit de commande d'intensité, le courant de sortie de l'onduleur est proche d'une onde carrée G, représentée 20 à la figure 3» en cas d'application d'un court-circuit à l'onduleur. Cette forme d'onde assure le maximum possible de courant de sortie efficace pour une possibilité donnée de courant de crête de commutation. 71 29980 8 2102310 REVENDICATIONS 1. Circuit onduleur de conversion de courant continu en courant alternatif comprenant un premier et un second interrupteur de puissance à conduction commandée pour engendrer un cou- 5 rant de charge alternatif ayant des demi-périodes positives et négatives, un premier circuit pour assurer une commande alternative de mise en conduction ou en blocage desdits premier et second interrupteurs à conduction contrôlée, le premier interrupteur à conduction commandée engendrant les demi-périodes positi-"10 ves et le second interrupteur à conduction commandée engendrant les demi-périodes négatives, caractérisé par le fait qu'il comprend un second circuit connecté audit circuit onduleur pour permettre la commande du courant dans les premier et second interrupteurs à conduction commandée et engendrer un signal de sortie 15 représentant la valeur de ce courant, un troisième circuit pour émettre un signal de référence, et un circuit de commande de courant connecté audit second circuit pour permettre la comparaison du signal de sortie de ce second circuit au signal de référence et l'émission d'un signal d'inhibition quand la valeur du signal 20 de sortie dépasse la valeur du signal de référence, indiquant ainsi une intensité excessive du courant, ledit signal d'inhibition étant appliqué audit premier circuit pour neutraliser la commande de la mise en blocage ou en conduction des interrupteurs de puissance sujets à des intensités de courant excessives, et commutant 25 ces interrupteurs du blocage jusqu'à ce que la valeur de cette intensité de courant décroît à une valeur prédéterminée, auquel instant ledit premier circuit réprend la commande de aise en conduction ou au blocage» 2. Circuit ondulateur selon la revendication 1, caractérisé 30 par le fait que ledit second circuit comprend un transformateur de courant ayant un enroulement primaire connecté dans le circuit ondulateur, le courant dans lesdits premier et second interrupteurs à conduction commandée passant dans cet enroulement primaire, un enroulement secondaire à prise centrale et un quatrième 35 circuit connecté à cette prise pour engendrer ledit signal de sortie sous forme d'un premier signal de tension correspondant au courant dans ledit premier interrupteur à conduction commandée 71 29980 9 2102310 et un second signal de tension correspondant au courant dans ledit second interrupteur à conduction commandée. 3. Circuit onduleur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit troisième circuit comprend une source de 5 tension et que ledit signal de référence est un signal de tension à courant continu» et que ladite commande de courant comprend un premier et un second comparateurs chacun ayant une première et une seconde entrée et une sortie, le signal de référence étant appliqué à la première entrée du premier et second comparateurs, 10 un circuit émettant un premier signal d'inhibition étant connecté à la sortie du premier comparateur et au second circuit émettant un signal d'inhibition étant connecté à la sortie du second comparateur, ces premier et second circuit émettant un signal d'inhibition étant activés pour émettre des signaux d'inhibition en 15 réponse aux signaux de sortie du premier et second comparateurs correspondant aux conditions d'entrée dans lesquelles la valeur des signaux de tension appliqués aux secondes entrées dépassent la valeur du signal de tension de référence appliqué aux premières entrées. 20 4-. Circuit onduleur selon l'une des revendications1,2 ou 3 caractérisé par le fait qu'il comprend un cinquième circuit pour réduire la valeur du signal de référence d'un montant prédéterminé en réponse à l'omission du signal d'inhibition, la valeur de ce signal de référence étant rétablie à sa valeur initiale quand 25 le signal d'inhibition est terminé. 5. Circuit onduleur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le transformateur d'intensité comprend un premier et m second enroulement primaire et un premier et un second noyaux pour coupler les premier et second enroulements primaires à 30 la prise centrale des enroulements secondaires, le premier et le second signal de tension généré par le quatrième circuit correspondant au courant dans les premier et second enroulements primaires respectivement, le quatrième circuit comprenant un circuit d'impédance pour remettre alternativement au repos l'enroulement 35 primaire individuel pendant les demi-périodes inactives de leurs interrupteurs à contrôle de conduction respectifs.