Brevet FR2243471A1 — publié le 19750404

L'invention concerne un convertisseur de courant continu utilisant un régulateur à perte qui fonctionne en soi de façon continue, avec un transistor longitudinal et un comparateur qui fournit un signal d'après la formation de la différence entre valeur de consigne et valeur effective. On connaît différentes solutions possibles pour regu- ler une tension continue. Par exemple, les dispositifs dits régulateurs à perte sont utilisés en tant que régulateurs en série ou en parallèle. Corne on le sait, les régulateurs de ce genre ont des pertes relativement grandes. Leur avantage tient à leur structure très simple. Les régulateurs dits à conmutation ont une structure plus compliquée mais ils sont affectés de puissances de perte beaucoup plus petites. Dans ce eas, le commutateur peut fonctionner à une fréquence fixe et avec un rapport de manoeuvre variable ou à une fréquence variable et avec une durée fixe de mise en circuit ou hors circuit.De senblables régulateurs à commutation sont utilisés en particulier pour de fortes puissances de sortie, car les frais élevés en composants sont alors justifiés. Pour de plus faibles puissances, on utilise le plus scuvent le régulateur à perte en série, en raison de la simplicité de sa structure, bien que les pertes se révèlent nuisibles en cas de fonctionnement permanent. Dans les cas limites de puissance, la décision quant au type de régulateur à utiliser devient particulièrement difficile. L'invention a-pour but de fournir un convertisseur de courant continu qui transforme un régulateur à perte en série -en un régulateur à commutation, en ne mettant en deuvre que quelques composants seulement. D'après l'invention, ce but est atteint par le fait qu'il est intercalé , entre 1 transistor de commandé du comparateur et la référence de tension, une résistance ohmique dont la borne située du transistor de commande est raccordée à un élément condénsateur ou condensateur résistance qui est relié à la sortie d'un générateur d'ondes rectangulaires et par le fait que, sur la buse du signal ainsi appliqué au comparateur, celui-ci commute le transistor longitsdinal dans le sens de la égulation, @irestenent ou par l'intornédiaire d'un amplificateur intercal'. G'elon an ode ae rûalisation partioulier de l'invention, il est monsé, entre le transistor de commande et le transigtor longitudinal, un transistor additionnel qui inverse et, en même temps, amplifie le signal de commande et qui agit sur le transistor longitudinal dans le sens de la limitation à courant en cas de connoxion du dispositif au moyen d'une résis- tance de mesure du courant montée dans le circuit base-émetteur Les avantages obtenus avec l'invention consistent en particulier en ce que le convortissour de courant continu réunit les avantages du régulateur å perte en série et du régulateur commutation, c'est-à-dire la simplicité de structure ae l'un et la faible puissance de perte de l'autre. Dans ces conditions, l'invention ne demande, pour sa réqalisation, que quelques composants et n'entraîne que des frais réduits. L'invention est ci-après expliquèe de façon plus détaillée au moyen d'un exemple de réalisation. La figure 1 montre le ontage de princip d'un convertisseur de courant continu à séparation de potentiel pour très fortes puissances e sortie, convertisseur dans lequel le dispositif de l'invention peut être introduit de manière particulièrement avantage use. La figure 2 représente un exemple de circuit selon l'invention. La figure 3 est un diagramme de différentes allures de tension, pour expliquer la fonction de régulation du dispositif selon l'invention. La figure 4 représente un circuit partiel du dispositif selon l'invention. La figure 1 représente sous forme simplifiée le montage d'un convertisseur de courant continu à commutation pour une forte puissance de sortie. La sortie délivre par exemple un courant de 20 A avec une tensicn de 5 V; la tension d'entrée, qui est fournie par une batterie, s'élève à 60 V. Cette Datte- rie est raccordée aux bores d'entrée + et E-. Le transistor de Darlington 1 est commuté à une fréquence de 20 kHz, le rapport de mise en circuit est vari-ble. Une fréquence fixe ue travail offre ce5rtains avantages en ce qui concerne le filtrage et l'antiparasitage.Au transister de Darlington est connectée la résistanse de fuite m. La Sobi@@ de erantfert 3 comporte deux enroulements, ce qui permet d'obtenir une liberté de petentiel de la sortie. An cas de forme d'enécution à potentiol fixé, le cirouit de sontie est raccorde directeseht à l'enrou lement primaire. Dans le circuit de sortie sont montés la diode redresseuse 4, les condensateurs de filtrage 5 et 6 ainsi que la résistance de mesure de courant 7. l'appareil utilisateur est raccordé aux bornes A+ et A-. Un bloc 8 est relié aux points de connexion correspondant du circuit d'entrée et du circuit de sortie.Ce-bloc 8 contient par exemple la commande des transistors de commutation, le régulateur de couranttension, le générateur de cadence, le système de protection contre les surtensions, ainsi qu'un système de production de tension auxiliaire-qui alimente cette partie du circuit avec la tension nécessaire. Si les éléments électroniques de ce circuit reçoivent une tension ae 15 V et un courant de 200 mA, il se produit une -puissance de perte de (60V - 15 V) x 0,2 A = 9 watts lorsqu'un régulateur en série à transistor, fonctionnant en service continu, est mis en oeuvre.La fabrication du système générateur de tension auxiliaire au moyen d'un régulateur à com- mutation de type connu exige un matériel important et entraîne des frais particulièrement élevés. C'est là que convient en particulier le montage selon l'invention qui ne nécessite guère plus d'éléments qu'un régulateur à perte, tout en réunissant les avantages des -deux types de régulâteur.- Fait particulièrement avantageux, aucun générateur séparé pour la production de cadence ncest nécessaire. Sur la figure 2, on a désigné par E+ et E- les bornes d'entrée auxquelles est connectée la batterie ou une quelconque autre source de tension~continue; 10 désigne le transistor longitudinal qui pet être également réalisé sous forme de transistor composé. Bu côté base, le transistor longitudinal est connecté Par l'intermédiaire de la résistance Il à la borne d'entrée négative. D'après le mode de réalisatica particu- lier de l'invention, le transistor 12 peut être monté, par son trajet collecteur-émetteur , entre la résistance Il et- la borne d'entrée négative. A la base dutransistor 12 sont raccordées la résistance 13 et la résistance de fuite 14. Du côté sortie est monté le circuit de filtrage en soi connu, avec la self 15, la d-iode à marche libre 16 et le condensateur 17. Le transistor de commande 18 est raccordé, par l'intermédiaire de sa résistance de base, au diviseur de tension avec les résistances 20 bt 21. Le point de division, qui correspond à la valeur effective, est désigné par UB. A l'émetteur du transistor de commande 18 est raccordée la résistance 22 à iaquelle est connectée la référence de tension qui est constituée par la diode 23 et la diode Zener 24. Ce montage de diodes, qui présente un coefficient de température particulièrement avantabeux, est raccordé à la borne de sortie positive A+ par l'intermédiaire de la résistance 25. Le collecteur du transistor 18 et la base du transistor 26 sont reliés au moyen de la résistance 27.Le transistor 26 inverse et amplifie le signal du transistor de commande 18 et il assure ainsi la commande du transistor longitudinal 10. Lorsqu'on utilise un transistor longitudinal d'une autre polarité, qui possède une amplification suffisamment gran de, on peut se passer du transistor 26. Au point de jonction de l'émetteur du transistor 18 et de la résistance 22 est raccordé circuit RC 28/29 dont l'autre côté est connecté à la sortie d'un générateur d'ondes rectangulaires 30 qui a été représenté symboliquement. -Lorsqu'on utilise un générateur qui possède. une résistance ohmique interne appropriée, le condensateur 29 suffit pour le couplage. Le potentiel à l'émetteur du transistor 18 a été désigné par Uz, le potentiel à l'anode de la diode 23 par Lorsque la résistance 22 est couet-circuitée et que l'accouplement avec le générateur d'ondes rectangulaires fait défaut, le montage représente un régulateur à perte en série de construction simple. Le transistor de commande 18 compare le potentiel U3 avec la tension Uz de la référence. Au moyen du transistor 26, le -signal est inversé et appliqué, dans le sens de la régulation, au transistor longitudinal 10.Par la mesure adoptée selon l'invention, c'est-à-dire la mise en oeuvre de la résistance 22, du circuit RC 28/29 et du générateur d'ondes rectangulaires 30, le dispositif se transforme en un régulateur à commutation. Pour ce qui est du générateur 30, il s'agit d'un générateur de cadence intégré à sorties symétriques, qui est raccordé à la tension de sortie régulée. La fréquence croissante de mise en circuit n'a aucune influence nuisible sur le montage. La fréquence de commutation stélève paaexemple à 40 kHz-. Cela correspond directement à la fréquence (ou à un multiple quelconque de celie-ci) du convertisseur de courant continu à forte puissance de sortie dont le circuit doit alimenter en énergie le régulateur à commutation selon l'invention. Les po tentiels ont été représentés sur la figure 3. oe représente la cadence, telle qu'elle est délivrée par le générateur d'cndes rectangulaire s. Uz est le potentiel constant de la référence. UB est la tension du diviseur, qui varie dans le même rapport que la tension de sortie. La tension UE est présente à l'émetteur du transistor 18. La variation de tension se répète avec la fréquence prédéterminée par le générateur d'ondes rectangulaires, Le transistor 18 est bloqué tant que le potentiel UB n'atteint pas la grandeur de UE plus la tension de seuil base-énetteur propre. Si UB est plus élevée, le transistor 18 est conducteur. Dans le diagramme, on a omis pour des raisons de clarté la tension UBE du transistor 18, laquelle est faible en soi. Par UCE 18, 26, 10 sont indiquées tes tensiors collecteurémetteur des transistors 18, 26 et 10. Le transistor 10 est mis à l'état de saturation; en conséquence, il se comporte comme un commutateur.Entre les points d'intersection SI et 52 qui sont formés parles tensions U et UE, les transistors 18 et 26 ne sont pas conducteurs, le transistor de commutation 10 est conducteur. Si la tension de sortie s'élève à l'excès, la tension UB est également plus élevée. En conséquence, le point d'intersection S2 se déplace lrers S1, le temps de passage du transistor 10 est diminué. En cas de tension inférieure, UB s'abaisse, la distance entre les points d-'intersection S1 et S2 augnente, d'où il résulte que le temps de conduction du transistor 10 augmente li aussi. La connexion et la déconnexion du dispositif à la source de tension d'entrée s'effectue au moyen du transistor 12. A la borne Z apparaît un signal positif qui met le transistor à l'état Ge saturation. Le transistor 1G reçoit un courant de base, il devient conducteur et alimente la sortie avec une tension croissante, Tant que le générateur d'ondes rectangulaires ne bat pas, la montéé- de la tension de sortie s'effectue conne dans le cas d'un régulateur à perte en série. Pour limiter le court qui passe à travers le transistor longitudinal 10 lors ae la connexion, il est intercalé une résistence de mesure de courant 31, comme le montre la figure 4. Ta tenson déorcissante au niveau de la résistance 31 est comparée avec la tension base-émetteur du transistor 26 et la tension de passage de la diode 32, d'où il résulte un signal qui ne laisse pas le courant de fermeture du transistor 10 dépasser une valeur prédéterminée. La diode 32 garantit que le transistor 18 ne aevra prendre en charge que le courant ce base du transistor 20. Lorsque l'ensemble du dispositif doit être mis hors circuit, la commande du transistor 12 est interrompue. - : - REVENDICATIONS - : 1 - Convertisseur de courant continu utilisant un régulateur à perte qui fonctionne en soi de façon continue, avec un transistor longitudinal et un comparateur qui fournit un signal sur la base de la formation de la diSSérence entre valeur de consigne et valeur effective, caractérisé en ce qu'il est intercalé, entre le transistor de commande (18) du comparateur et une référence de tension (?3/24), une résistance ohmique (22) dont la borne située du côté du transistor de commande est raccordée à un élément condensateur ou condensateur/résistance (29/28) qui est,relié à la sortie d'un générateur d'ondes rectangulaire (30), et en ce que, sur la base du signal ainsi appliqué au comparateur, celui-ci commute le transistor longitudinal (10) dans le sens de la ré-gulation, directement ou par l'intermédiaire d'un anplificateur intercalé. 2 - Convertisseur de courant-continu selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est nonté, entre le transistor de commande (18) et le transistor longitudinal (10), un transistor additionnel (26) qui inverse et, en même temps, amplifie le signal de commande et qui agit sur-le transistor longitudinal (10) dans le sens d'une limitation de courant, lors de la mise en circuit ou hors circuit du dispositif, au moyen d'une résistance de mesure de courant (31) montée dans le circuit base-émetteur. 3 - Convertisseur de courant continu selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ligne de base du transistor longitudinal (10j est connectée au trau,.et collecteur- émetteur d'un transistor (12) à la base duquel peut être appli quee ure tension de commande particulière.