Brevet FR2100558A1 — publié le 19720324

L'invention concerne un convertisseur de tension continue en tension alternative de forme rectangulaire. Elle concerne également un convertisseur de tension continue en une autre tension-continue.- De tels dispositifs sont utilisés par exemple pour fournir la tension d'alimentation d'équipements électroniques à partir d'une batterie d'accumulateurs, la puissance à fournir pouvant atteindre plusieurs centaines de Watts. Pour réaliser un tel convertisseur, on utilise généralement un montage oscillateur du type à blocage (appelé oscillateur blocking dans la littérature anglo-saxonne). Ce montage comporte deux transistors alimentés symétriquement par la batterie à travers deux enroulements primaires d'un transformateur à circuit magnétique saturable. Le transformateur comporte en outre deux autres enroulements de réaction connectés sur le circuit d'entrée de chaque transistor. Dans ce montage, les deux transistors fonctionnent en commutateur, appliquant alternativement la tension de la batterie sur l'un ou l'autre des deux enroulements primaires du transformateur. Le circuit magnétiuue du transformateur est amené alternativement à une induction de saturation positive et négative pour obtenir le fonctionnement en commutateur des deux transistors. Ce montage connu présente plusieurs inconvénients. Les pertes dans le circuit magnétique sont élevées, puisque le matériau le constituant travaille à une induction de saturation. Ces pertes par saturation sont d'autant plus élevées,que la fréquence délivrée est élevée. La fréquence d'oscillation dépend de la tension de la batterie et de la charge. Enfin il peut se produire des difficultés pour le démarrage des oscillations. Le convertisseur selon l'invention permet de pallier ces incon- vénients. On obtient un convertisseur délivrant une tension alternative de forme rectangulaire à une fréquence élevée et stable (par exemple 20 kHz), n'utilisant pas la saturation de circuits magnétiques et ayant wonc un excellent rendement. On obtient par exemple un rendement de 90 fió pour une puissance délivrée de 50 Watts à partir d'une tension continue de 48 Volts. Selon l'invention il est réalisé un convertisseur de tension continue en tension alternative de forme rectangulaire comprenant un générateur de tension alternative de puissance faible, un amplificateur de cette tension alternative comportant des transistors fonctionnant en commutateur, un circuit de réaction muni de diodes limitant le taux de réaction de l'amplificateur quand la tension à l'entrée de cet amplificateur atteint une certaine valeur, un transformateur de sortie dont le circuit magnétique n'est jamais saturé. Par redressement des signaux rectangulaires obtenus sur le secondaire du transformateur de sortie, puis filtrage, on obtient un convertisseur de tension continue en une autre tension continue. La description suivante en regard du dessin annexé, le tout donné à titre exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure unique représente un schéma donné à titre d'exemple du convertisseur selon l'invention. Ce convertisseur comporte un générateur de tension alternative 1 alimenté par la tension de la batterie. Ce générateur peut être un simple oscillateur de type quelconque (LC ou RC par exemple). Il détermine la fréquence de travail du convertisseur, par exemple 20 kHz. le transformateur de sortie de ce générateur est reperé en 2. Il comporte deux enroulements secondaires 3 et 4. Ces enroulements sont bobinés dans le même sens à partir de l'extrémité repérée par un point noir. Le convertisseur comporte ensuite un amplificateur symétrique avec deux transistors 5 et 6 du type npn, deux résistances de base 7 et 8, un transformateur de sortie 9 muni de deux enroulements primaires 10 et t1 chargeant les deux transistors. La batterie délivrant une tension continue + Vcc est connectée entre les bornes-12 et 13 reliées respectivement au point commun des collecteurs et au point commun des enroulements tO et 11. Chaque moitié de l'amplificateur symétrique comporte en outre un circuit de réaction, dans lequel les enroulements' 14 et 15 du transformateur de sortie génèrent la tension de réaction.Les résistances 16 et 17 respectivement en série avec chacun de ces enroulements permettent de doser la réaction. les diodes t8 et 19 permettent une limitation de la réaction comme il sera expliqué* le transformateur de sortie comporte l'enroulement secondaire 20 qui fournit entre ses extrémités 21 et 22 la tension de sortie du convertisseur continu-alternatif. Pour obtenir une tension de sortie continue, on peut effectuer un redressement à double alternance avec les diodes 23 et 24 en utilisant le point milieu de l'enroulement secondaire 20, puis un filtrage à l'aide du condensateur 25. On trouve sur les bornes 26 et 27 cette tension continue. On sait que dans un amplificateur symétrique fonctionnant en classe 3, les circuits d'entrée de chaque transistor sont alimentés par des tensions en opposition de phase, de sorte que chaque transistor délivre sur son circuit de sortie un courant pendant une demi-alternance durant laquelle l'autre transistor est bloqué. On va expliquer par exemple le fonctionnement de l'amplificateur pendant la demi-alternance où le transistor 5 est conducteur. Pendant cette demi-alternance le transistor 6 reste bloqué. Au début de cette demi-alternance amenant sur la base du transistor 5 une tension croissante positive, il apparat un courant de base dans le sens indiqué par la flèche sur la connexion de base, ce courant se refermant par l'enroulement de réaction 14 et la résistance 16. La diode 18 est bloquée. le transistor 5 commence à devenir conducteur entre collecteur et émetteur, donnant lieu à un courant dans l'enroulement de charge 10, dans le sens indiqué par la flèche. Ce courant engendre une f.e.m. dans l'enroulement de réaction. 14, dans un sens tel qu'elle génère un courant qui accroit le courant de base initial du transistor 5. On a donc un effet de réaction et l'amplification étant élevée le courant collecteur du transistor s'accroît très rapidement. A un instant donné, la tension de réaction obtenue aux bornes de l'enroulement 14 atteint la tension de coude de la diode 18 qui devient conductrice. La tension de réaction se trouve alors pratiquement limitée à cette tension de coude et le courant collecteur du transistor 5 croit moins rapidement. Ce courant collecteur s'établit ensuite à une valeur où le transistor 5 est saturé, la diode 18 restant toujours conductrice. Quand le courant de base du transistor 5 décroît et n'est plus suffisant pour établir le courant de saturation dans le collecteur, la tension de réaction aux bornes de l'enroulement 14 change de sens, la diode 18 devient bloquée et, par effet de réaction, le courant du collecteur décrof très rapidement jusqu'à zéro. Pendant la demi-alternance où le transistor 6 est conducteur et le transistor 5 est bloqué, on retrouve un fonctionnement identique avec un taux de réaction élevé quand la diode 19 est bloquée et un taux de réaction faible quand cette diode conduit. On obtient ainsi aux bornes de l'enroulement secondaire 20 du transformateur de sortie, une tension alternative de forme rectangulaire, ayant des flancs très raides par suite du taux de réaction élevé de l'amplificateur pour des tensions d'entrée faibles. La limitation de ce taux de réaction par les diodes 18 et 19 pour des tensions d'entrée plus élevées, empêche l'amplificateur de fonctionner en oscillateur blocking de sorte qu'il délivre une tension de fréquence stable déterminée uniquement par la fréquence fournie par le générateur. Au contraire des convertisseurs connus utilisant un oscillateur blocking, la fréquence ainsi délivrée ne dépend pas de la tension de la batterie et de la charge ; le circuit magnétique du traaF formateur de sortie n'est jamais porté à une induction de saturation, ce qui réduit les pertes dans ce circuit et permet de faire fonctionner le convertisseur à une fréquence élevée (par exemple 20 kHz), avec un bon rendement ; le courant magnétisant du transformateur est faible puisqu'il est limité par l'inductancedes enroulements 10 et 11 comportant un circuit magnétique non saturé ; enfin les difficultés de démarrage des convertisseurs à oscillateurs blocking ne se produisent pas. Dans le cas où l'on veut obtenir une tension de sortie continue par redressement de la tension alternative et filtrage, ce filtrage peut être réalisé à l'aide d'une capacité de valeur faible du fait de la fréquence élevée de la tension alternative. Le convertisseur décrit à titre d'exemple sur la figure unique comporte des transistors npn. Il peut également comporter des transistors pnp, ce qui conduit à inverser les polarités de la batterie et le sens des diodes de limitation de la réaction. REVENDICATIONS 1 - Convertisseur de tension continue en'tension alternative de forme rectangulaire comprenant un générateur de tension alternative de puissance faible, un amplificateur de cette tension alternative comportant des transistors fonctionnant en commutateur, caractérisé en ce que l'amplificateur comporte un circuit de réaction muni de diodes limitant le taux de réaction de l'amplificateur quand la tension à l'entrée de cet amplificateur atteint une certaine valeur, le circuit magnétique du transformateur de sortie dudit amplificateur n'étant jamais saturé. 2 - Convertisseur de tension continue en une autre tension continue, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur selon la revendication 1, suivi d'un dispositif de redressement et de filtrage.