Brevet FR2132200A1 — publié le 19721117

La présente invention concerne un régulateur de tension per- \ fectionné du type comportant un premier transistor dont le circuit éàietteur-collecteur est connecté entre une borne de sortie et une première "borne d'entrée destinée à être connectée à une 5 première source de tension, et un circuit de détection d'erreur de tension connecté à la borne de sortie et destiné à délivrer une tension de commande de réaction. Dans les régulateurs du type série, la régulation est assurée par la commande d'un élément d'impédance connecté entre l'en-10 trée et la sortie. Ces régulateurs se distinguent des régulateurs à commutation dans lesquels la régulation est assurée par la commande du rapport dimpulsions d'un commutateur connecté entre l'entrée et la sortie. Le choix entre un régulateur du type série ou un régulateur 15 du type à commutation est souvent difficile, particulièrement lorsqu'il s'agit de circuits de télécommunications en fréquences vocales. Le régulateur du type à commutation offre un bon rende-• ment, mais il produit des bruits considérables à l'intérieur ou dans le voisinage de la bande de fréquences vocales, ce qui obli-20 ge à lui ajouter des filtres d'un prix notable. Par ailleurs, le régulateur du type série constitue en lui-même un filtre dynamique qui assure une-excellente régulation, mais son rendement est très mauvais. Toute la plage de variations de la tension d'entrée doit habituellement être absorbée par l'élément en série. 25 Lorsqu'il s'agit d'une source d'alimentation de laboratoire, le rendement est secondaire mais, lorsqu'il s'agit d'une installation de grandes dimensions, le rendement peut être très important. Dans un central téléphonique par exemple, où des milliers de circuits doivent être alimentés en tension régi'JLée, le rende-30 ment doit être considéré aussi bien sous l'aspect de la chaleur dissipée, que de l'encombrement et du coût de l'énergie consommée. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique F° 3 414 802 décrit nn dispositif qui permet de résoudre le problème du rendement au 35 moyen de deux régulateurs en série associés. Ce dispositif comporte deux régulateurs dont les sorties sont connectées en parallèle. Le premier régulateur fonctionne avec un bon rendement et 72 11096 2 2132200 une chute minimale de tension aux bornes pendant la plus grande partie du temps, où la tension d'entrée se trouve dans des limites étroites de valeurs nominales. le second régulateur,, aliment par une tension d'entrée plus élevée, est réglé de manière 5 à fournir une tension de sortie légèrement plus faible que celle délivrée par le premier régulateur. Le second régulateur est donc habituellement bloqué et il ne fonctionne que lorsque la tension de sortie diminue en raison d'une chute de la tension d'entrée supérieure à celle que le premier régulateur peut 10 absorber. Ce dispositif est.donc particulièrement destiné au cas où au moins deux tensions d'alimentation sont disponibles et où les variations de la tension normale d'entrée ne sont pas importantes. Mais le dispositif doit comporter deux régulateurs complets avec leur détecteur de tension de sortie, leurs circuits 15 de réaction, de détection d'erreur et leur transistor de traversée. la présente invention résout ces problèmes car la sortie du circuit de détection de la tension d'erreur est reliée à la base d'un second transistor dont le circuit émetteur-collec-20 teur est relié, d'une part à la base du premier transistor et, d'autre part, à une seconde borne de sortie le reliant à une seconde source de courant, la tension à la borne- de sortie dérivant de la tension d'entrée de la seconde source, transmise à la seconde borne d'entrée par l'intermédiaire du second 25 transistor lorsque la tension d'entrée de la première source, présente à la première borne d'entrée, tombe au-dessous d'une tension de sortie prédéterminée voulue à la borne de sortie et de la tension d'entrée de la seconde source. La présente invent-ion concerne en outre un amplifica-30 teur qui peut être relié, d'une part à la sortie du circuit de détection de la tension d'erreur et, d'autre part, à la base du second transistor ainsi qu'un limiteur de courant relié d'une part à la sortie de l'amplificateur et, d'autre part, à la base du second transistor. 35 Selon la présente invention, le collecteur du transis tor de traversée est connecté à une première source de courant continu et son émetteur est connecté à la borne de sortie de tension régulée. Le circuit collecteur-émetteur d'un transistor d'attaque est connecté entre une seconde source de cou-40 rant continu et la base du transistor de traversée. Un circuit de réaction est -connecté entre la borne de sortie et le transistor d'attaque de manière-à commander ce dernier en fonction de la tension de sortie. La différence entre la tension de la première source et la tension de sortie régulée est 45 tellement faible qu'il arrive parfois que la tension de la première source tombe au-dessous de l'a tension régulée. Pendant ces périodes, le transistor d'attaque délivre le courant à la borne de sortie par l'intermédiaire de la jonction base-émetteur du transistor de traversée, à partir de la seconde 50 source dont la tension est suffisamment élevée pour rester supérieure à la tension régulée. Le rendement est amélioré, car la chute de tension aux bornes du transistor de traversée n'est jamais très importante et le courant qui passe dans le transistor d'attaque n'est important que pendant les périodes où 55 la tension de la première source est très basse., - '■ il'11096 3 2132200 ! : l'invention sera décrite plus en détail en regard des des- ï ' r sins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels.-: la figure 1 représente le schéma de principe d'un circuit f 5 selon l'invention ; > ' la figure 2 représente le schéma d'un mode particulier de réalisation de l'invention ; et ? j. la figure 3 représente le schéma d'un autre mode de réali- k r' " sation de l'invention. 10 La figure 1 représente un régulateur de tension 11 en série alimenté par deux sources 14 et 16 de courant continu. La source ;7; 14 est connectée, par l'intermédiaire d'une diode de "blocage 15» au collecteur du transistor de traversée 21 du régulateur 11. L'émetteur du transistor 21 est connecté à une borne de sortie 15 20 à laquelle peut être connectée une charge 22. Le circuit col-v; leetew-émetteur d'un transistor d'attaque 23 est connecté entre la source 16 et la base du transistor 21. Un potentiomètre 31 • est connecté entre la borne de sortie 20 et la masse. La combi- r nais on en série d'une diode Zener 32 et d'une résistance 33 est 20 également connectée entre la borne de sortie 20 et la masse. Enfin#., le collecteur d'un transistor 34 détecteur d'erreur est connecté à la base du transistor d'attaque 23, son émetteur est (• conneejbé au point de jonction entre la diode Zener 32 et la ré sistance 33 et sa base est connectée âu curseur du potentiomètre ^ 25 31. La diode Zener 32, qui est polarisée dans sa zone d'amorçage f par lai' résistance 33? maintient sa tension de sortie relative ment constante. Elle applique donc toutes les variations de la tension de sortie directement à l'émetteur du transistor 34 dé-tecteiù? d'erreur. Par ailleurs, la base du transistor 34j qui 30 est connectée à un curseur de potentiomètre,ne subit qu'une partie &ss variations de la tension de sortie. Le curseur du poten-: ;s tiamètre se comporte comme une source de tension de référence. Si la pension de sortie à la borne 20 a tendance à augmenter, -J- la tension d'émetteur du transistor 24 augmente beaucoup plus 35 que tension de "base, et son courant de collecteur diminue, -Le courant de collecteur réduit, appliqué à la base du transis-! tor d^attaque 23, réduit donc l'attaque de base du transistor 21. S 72 11096 4 2132200 le courant délivré à la borne 20 est donc réduit â son tour, et la tendance initiale de la tension de sortie à augmenter est ainsi compensée. Ce circuit effectue donc une régulation en série de type bien connu, dont le rendement n'est bon que si la 5 chute de tension aux bornes du transistor de traversée est faible. le régulateur 11 est réalisé comme s'il nsavait à compenser qu'une faible plage nominale de la tension de la source 14» de manière que la chute de tension aux bornes du transistor 10 21 reste faible et que le rendement soit élevé. C'est-à-dire que la tension de sortie régulée à la borne 20, augmentée de la chute de tension minimale aux bornes du transistor 21, est égale à la valeur inférieure de la tension nominale de la source 14. la tension minimale inférieure doit être considérée comme la tension 15 minimale qui est fréquemment présente en service normal. A l'exception du régulateur décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique TS° 3 414 802 précité, les régulateurs de tension réalisés de cette manière ne peuvent pas supporter des variations importantes de tension d'entrée qui sont relativement rares, le fonc-20 tionnement prolongé sur batterie de secours, pendant une interruption du courant secteur par exemple, entraînant une chute de la tension de sortie, ce qui va à 1'encontre de la raison d'être du régulateur. Selon la présente -invention, le transistor d'attaque 23 est 25 alimenté par la source 16 dont la tension reste supérieure à la tension voulue de la borne de sortie 20. lorsque la tension d'entrée appliquée au transistor de traversée 21 diminue suffisamment pour que la jonction collecteur-émetteur approche de sa tension limite et qu'elle ne puisse plus délivrer le courant nécessaire 30 pour maintenir la tension de sortie à la borne 20, le transistor 23, qui est alimenté par une source de tension plus élevée, n'est pas au voisinage de ses limites. Il commence donc à délivrer -non seulement un courant d'attaque, mais également un courant de sortie qui, par l'intermédiaire de la jonction base-émetteur du 35 transistor 21, tend à maintenir la tension de sortie. Bien entendu, le transistor 23 et la jonction base-émetteur du transistor 21 doivent être dimensionnés chacun de manière à supporter tout 72 Vit)96 2132200 le courant de charge. En outre, la tension nominale de la source 16 doit être suffisamment élevée pour être toujours supérieure à la tension de sortie, même pendant les périodes où la tension de la source 14 est inférieure à cette tension de sortie. La dio-5 de 15 empêche la circulation d'un courant inverse dans le col-- lecteur du transistor 21 attaqué par le transistor 23. Si la tension de la source 16 varie considérablement, il est nécessaire que la chute de tension aux "bornes du transistor 23 soit relativement importante la plupart du temps, de manière à délivrer une 10' tension minimale convenable. C'est à cause de cette considération, appliquée au transistor de traversée, que les régulateurs en série ont généralement un très mauvais rendement. Mais, selon la présente invention, pendant une grande partie du temps, le transistor 23 ne délivre que le courant de base du transistor 15 21 et il dissipe donc peu de puissance. Ce n'est que pendant les périodes où la tension de l'alimentation 14"est anormalement basse que le transistor 23 alimente la charge. Si la tension de la source 16 est également basse pendant ces mêmes périodes, la perte de puissance est égalemènt faible. 20 En fonctionnement normal, le courant qui circule dans la i. charge est donc délivré par la source 14* et par l'intermédiaire du transistor 21, avec un bon rendement car la tension aux bornes de ce transistor n'est jamais très importante. Pendant les périodes où la tension de la source 14 est anormalement faible, le 25 collecteur ..du transistor 21 est polarisé de manière à être bloqué et. .la charge est entièrement alimentée depuis la source 16, par 1.'intermédiaire du transistor 23 et de la jonction base-émetteur du transistor 21, sans qu'il y ait de chute de la ten- ' sion de sortie. 30 La figure 2 représente le schéma d'un mode de réalisation de l'invention destiné particulièrement à l'alimentation en courant continu sous tension régulée, à partir d'un dispositif d'alimentation qui comporte des batteries de secours en tampon sur le ■ courant secteur. Dans cette figure, les composants et les cir-35 cuits portent les mêmes références que les éléments correspondants ,de. la figure 1. Dans ce cas, les deux alimentations sont constituées par un convertisseur 110 comportant deux bornes 72 11090 6 2132200 d'entrée 112 et 113 destinées à être connectées à la source de courant continu. Le convertisseur représenté est un convertisseur perfectionné à deux noyaux tel que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique H"0 3 448 370. Bien entendu, ce 5 circuit pourrait être remplacé par n'importe quel type de convertisseur éprouvé. L'enroulement secondaire 117 du transformateur de sortie du convertisseur 110 comporte une prise médiane 118 et deux prises symétriques 119-119 qui constituent les deux sources de la figure 2. Un jeu de diodes 115-115» connectées aux 10 extrémités de l'enroulement 117 et à chacune des prises intermédiaires, assure le redressement à deux alternances de chaque source, et des condensateurs 141-141 sont-connectés aux bornes de chaque source afin de filtrer les tensions d'entrée au régulateur. Les sorties de ces sources sont donc constituées respec-15 tivement par les fils 114 et 116. Le transistor de traversée 21 est connecté entre les fils 114 et la borne de sortie 20. Le transistor d'attaque 23 est connecté entre les fils 116 et la base du transistor 21, comme dans la figure 1. Les batteries de secours connectées en tampon entre les 20 bornes d'entrée 112 et 113 se comportent comme des filtres importants et apportent en elles-mêmes une certaine régulation de tension. Les variations"de tension à la sortie 114 du convertisseur 110 ne sont donc pas très importantes, tant que le courant d'alimentation du secteur n'est pas interrompu. L'enroulement 25 117 du transformateur est réalisé de manière que, lorsque le courant du secteur est présent, la tension nominale inférieure du fil de sortie 114 soit supérieure d'environ 1 volt à la tension de sortie régulée voulue à la borne -20. Mais l'enroulement secondaire comporte suffisamment de spires pour, que, lorsque 30 le courant secteur a été coupé pendant plusieurs heures, la tension sur le fil 116 soit encore de quelques volts supérieure à la tension de sortie voulue. Un transistor supplémentaire 142 est connecté au transistor d'attaque 23, selon le circuit bien connu de l'amplificateur Darlington, de manière que le gain de la 35 boucle de réaction soit suffisant. La tension de sortie voulue est donc délivrée .avec un très bon rendement au moyen d'un équipement de faible prix, même pen- 72 V1096 7 2132200 dant' les coupures du courant secteur. Si l'alimentation de secours est nécessaire pendant un temps plus long que les quelques heur.es qui correspondent à la capacité de la batterie, un générateur auxiliaire peut être démarré et connecté de manière à 5 recharger les batteries sans interruption de la tension de sortie régulée. : La figure 3 représente un autre mode de réalisation selon l'invention, qui ne comporte que des transistors ÏTP£r. Ce régulateur diffère de celui de la figure 2 par trois points qui résul-10 tent tous de l'utilisation de transistors d'un même type de conductibilité. Tout d'abord, le transistor 242 d'amplification dé réaction est connecté en émetteur commun plutôt qu'en circuit Barlington. En raison de son type de conductibilité, le transistor 242 nécessite une réserve de tension quelque peu plus élevée 15 pour attaquer le transistor 23. Il est donc connecté à une source de tension 243 encore plus élevée, fournie par' des spires sup-■ plémentaires 244-244 de l'enroulement secondaire 217 de transformateur. Lu fait que l'amplificateur 242 est alimenté par une " source de.tension plus élevée, lorsque le transistor 23 atteint 20 sa limite de tension et qu'il ne peut plus fournir le courant de sortie par la jonction base-émetteur du transistor 21, le transistor 242 procède de la même manière par l'intermédiaire de la jonction base-émetteur du transistor 23*. Le transistor 246 et la ' résistance 247 sont donc, connectés comme un limiteur de courant 25 1 entre" les transistors 242 et 23. Lorsque le courant d'émetteur " du transistor 242 augmente et fait augmenter la chute de tension aux bornes de la résistance 247» le transistor 246 devient plus conducteur de sorte qu'il dérive le courant d'attaque du transistor 242 et limite donc le courant. Enfin, une diode Zener 30 232 est connectée entre la borne de sortie négative, et l'émetteur du transistor 34 détecteur d'erreur. Les variations de tension 'de sortie apparaissant au curseur du potentiomètre 31 sont appliquées à la base du transistor 34 afin de produire le signal d'erreur. 35 II va de soi que de nombreuses modifications peuvent êtra apportées aux dispositifs décrits et représentés sans sortir du. cadre de l'invention. 72 11096 8 2132200 REVENDICATIONS 1, Régulateur de tension comportant un premier transistor dont le circuit émetteur-collecteur est connecté entre une borne de sortie et une première borne d'entrée et qui est destiné à être 5 connecté à une première source de tension, et un circuit de dé-_ tection d'erreur de tension, connecté à la borne de sortie et destiné à délivrer une tension de commande de réaction, caractérisé en ce que la sortie du circuit de détection d'erreur de tension (31» 32, 33» 34» 232, 233) est connectée à la base d'un second 10 transistor (23) dont le circuit émetteur-collecteur est connecté entre la base du premier transistor (21) et une seconde borne d'entrée destinée à être connectée à une seconde source de tension (16, 116), de manière que la tension à la borne de sortie (20) provienne de la tension d'entrée de la seconde source (16) f? , présente à la seconde borne d'entrée par l'intermédiaire du se-c^ST^saisistor (23) lorsque la tension d'entrée de la première source (14» ÎT4) présente à la première borne d'entrée descend au-dessous d'une tension de sortie voulue prédéterminée à la borne de sortie (20) aussi bien qu'au-dessous de la tension d'entrée 20 de la seconde.source (16). 2. Régulateur de tension selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un amplificateur (142, 242) connecté entre la sortie du circuit de détection d'erreur de tension (31» 32, 33» 34»232, 233)» et-la base du second transistor (23). 25 3. Régulateur de tension selon la revendication 2, caracté risé en ce qu'il comporte un limiteur de courant (246, 247) connecté entre la sortie de l'amplificateur (242) et la base du second transistor (23).