Brevet FR2160726A1 — publié le 19730706

Appareil électronique à semi-conducteur permettant de convertir un courant électrique continu en courant alternatif sinusoïdal et notamment d'obtenir à partir de l'énergie électrique stockée dans une batterie d'accumulateur, une énergie électrique de caractéristique identique à celle du réseau national de distribution. Ex. : 220 volts 50 Hertz monophasé, diphasé ou en triphasé. Le secteur de la technique électronique appliquée à la conversion d'énergie électrique, dispose actuellement d'appareils réalisant une fonction similaire, en mettant en oeuvre des éléments lourds tels que les transformateurs ferro-résonnants et les filtres d'harmoniques ou bien d'un mauvais rendement énergétique tels que les amplificateurs classe B, pour la génération de tension diphasées ou triphasées 50 Hertz ou 400 Hertz, alimentant les moteurs électriques. Un prototype de l'invention accède aux résultats suivants Régulation de la tension de sortie entre charge nulle et charge maximum 0,5 %. Distorsion harmonique de la tension sinusoidale de sor tie inférieure à 1%. Rendement énergétique global 90 %. Précision et stabilité de la fréquence 0,2 %. Le schéma annexé représente intégralement le prototype décrit Un régulateur classe 13 composé des éléments 24, 28, 30, 32, 34, 35, 37, 40, stabilise la tension continue d'alimentation ( batterie 12 volts pour l'exemple). La tension est stabilisée en sortie du régulateur, aux bornes du condensateur 37. Un générateur haute fréquence de tension rectangulaire (20 kHz pour l'exemple) composé des éléments 4 à 10 et 13 à 15, fixe la fréquence de fonctionnement du régulateur, par le circuit de liaison 12, 21, 41.Un générateur basse fréquence de tension sinusoidale 48 à 60 (50 Hertz pour l'exemple), connecté aux bornes de l'enroulement primaire d'un transformateur élévateur de tension 61, dont les deux enroulements secondaires sont connectés au circuit de redressement 66, 67, 44, de manière à ce que la résistance de référence 43 du régulateur d'entrée soit soumise à la tension sinusoidale 50 Hertz redressée en double alternance positive par rapport au potentiel de référence, qui est à la fois le p- le négatif de la source d'énergie et de la tension de sortie du régulateur. Le dispositif 63, 64, 65, 68, 69, 70, 78, 79, 80, transforme la tension pilote du générateur sinusoïdal 50 Hertz, en une tension rectangulaire de même fréquence et de même phase.La tension ainsi produite commande alternativement et pendant une durée de 10 ms (cas du pilote 50 Hertz) deux amplificateurs de courant continu sy- métriques composés respectivement des éléments 71 à 77 d'une part 81 à 87 d'autre nart. tes deux amplificateurs de courant continu fonctionnent en interrupteur grâce à la tension rectangulaire de commande, et commutent alternativement la tension stabilisée erio- tant aux bornes du condensateur 37, sur les deux enroulements primaires du transformateur de sortie 88. connectés en opposition de phase entre le potentiel de référence (p8le négatif de la source) et chacun des interrupteurs. le transformateur de sortie 88 coipor- te trois enroulements secondaires ; le premier alimente par l'iater- médiaire du circuit de redressement 89, 90, 91, les deux amplifica- teurs de courant continu des interrutteurs statiques. Le second. alimente, par l'intermédiaire du circuit de redressement 92, 03, 33. l'amplificateur de courant continu du régulateur d'entrée. te troisième fournit la tension d'utilisation (220 volts 50 Hertz, pour l'exemple). Un dispositif opto-électronique 46, 47, 96 détecte l'amplitude de la tension d'utilisation et contrdle le gain de l'os- cillateur pilote 50 Hertz asservissant le régulateur d'entrée, de manière à réaliser une régulation de la tension d'utilisation. les récents progrès de la technologie des transistors de forte puissance permettent de faire fonctionner un dispositif régulateur en commutation à haute fréquence jusqu'à 50 kHz . lorsque la référence du régulateur est asservie à 100 % par une tension sinusoidaW basse fréquence (50 ou 400 Hertz) redressée en double alternance, celui-ci découpe la tension continue à convertir à une fréquence fixe (celle du pilote 20 ou 50 kHz) dont le rapport cyclique varie au rythme de la référence basse fréquence de manière à ce qu'à tout instant, il sort identique au rapport de la tension de sortie à la tension d'entrée VS du régulateur.La tension de sortie du régula 7e teur aux bornes du condensateur 37 est de forme et de fréquence identique à celles du signal de référence appliqué aux bornes de la résistance 43, c'est-à-dire que dans le cas d'un pilote à 50 Hertz, cette tension passe par une valeur nulle tous les 10 ms, et dans cet intervalle par une valeur crète inférieure à la tension d'alimentation. Les interrupteurs statiques étant commandés en synchronisme par la même référence ont l'avantage d'être fermés ou ouverts à des instants où la tension à leur borne est nulle. Un tel dispositif permet d'obtenir un rendement énergétique global de 85 à 95 %, suivant les tensions continues d'alimentation et les puissances mises en jeu. Cette caractéristique se traduit pratiquement par un gain de poids et de volume important, à Duissan- ce égale, par rapport aux appareils réalisant une fonction similaire, à l'aide des principes usuels. les avantages suscités ouvrent à cet appareil outre le champs d'aptlication déjà pourvu (remplacement du secteur défaillant, alimentation i du matériel médical des blocs opératoires, du matériel électrioue ou électronique de campagne, de chantier, de navigation), une utilisation préférentielle pour l'alimentation 50, 400 ou 800 Hz monophasée, diphasée ou triphasée, des matériels embarqués (aéronautique, aérospatial). Revendications 10/ Appareil permettant la conversion d'un courant continu en courant alternatif sinusoidal sous une tension stabilisée, sans distorsion harmonique, avec un rendement énergétique à pleine charge 90%, caractérisé en ce qu'un régulateur fonctionnant en classe D est asservi par une référence continue, modulée à 100 par une tension pilote de forme sinusoidale redressée en double alternance, et que ce régulateur est commuté alternativement aux bornes de deux enroulements primaires d'un transformateur de sortie, par l'intermédiaire de deux interrupteurs statiques, commandés eux-mêmes alternativement par un déphaseur fonctionnant en synchronisme avec la fréquence pilote asservissant le régulateur, et cela pendant un temps égal à une demi période de la fréquence générée par le pilote. 20/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les amplificateurs de courant continu commandant les interrupteurs, sont alimentés par une très basse tension continue annexe (de 1 à 3 volts), générée soit par un convertisseur continu/continu, soit par un enroulement supplémentaire du transformateur de sortie délivrant la tension sinusoldale. 30/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'un circuit de régulation opto-électronique est connecté entre l'enroulement secondaire d'utilisation du transtormateur de sortie et le générateur pilote sinusoIdalL,de manière telle que toute variation négative d'amplitude de la tension de sortie entraine une variation négative d'amplitude de la tension sinusoidale pilote.