Brevet FR2246002A1 — publié le 19750425

La présente invention concerne un régulateur de tension continue du type à découpage. On connait déjà un régulateur de tension continue comportant une source de tension continue de référence, un amplificateur différentiel comparant cette tension de référence à la tension régulée apparaissant à la sortie dudit régulateur, un comparateur comparant le signal à la sortie dudit amplificateur à celui provenant d'un générateur de signal triangulaire, deux dispositifs logiques commandés par le signal provenant dudit comparateur et par les signaux de phases opposées engendrés par un dispositif bistable piloté par ledit générateur, deux transistors de commande rendus alternativement conducteurs par lesdits dispositifs logiques1 un amplificateur de puissance symétrique comprenant -deux transistors de puissance commandés par les transistors de commande, un redresseur à double alternance et une cellule de filtrage fournissant la tension continue moyenne du signal redressé par ledit redresseur. Un tel régulateur fonctionne généralement de façon satisfaisante, mais il peut arriver que son fonctionnement soit perturbé-. Ainsi, il peut se faire que la différence entre la tension régulée de sortie et la tension de référence, qui est positive ou négative, dépasse un seuil au-dessus duquel des composants dudit régulateur sont détruits. De meme, il peut arriver qu'une dissymétrie apparaisse dans le fonctionnement de l'amplificateur de puissance. ce qui serait dangereux pour le transistor de puissance continuant de fonctionner. La présente invention a donc pour objet de prévoir des dispositifs de sécurité protégeant ledit régulateur. Selon l'invention, le régulateur de tension continue comportant une source de tension continue de référence, un amplificateur différentiel comparant cette tension de référence à la tension régulée apparaissant à la sortie dudit régulateur, un comparateur comparant le signal à la sortie dudit amplificateur à celui provenant d'un générateur de signal triangulaire, deux dispositifs logiques commandés par le signal provenant dudit comparateur et par les signaux de phases opposées engendrés par un dispositif bistable piloté par ledit générateur, deux transistors de commande rendus alternativement bloquants par lesdits dispositifs logiques, un amplificateur de puissance symétrique comprenant deux transistors de puissance commandés par les transistors de commande, un redresseur à double alternance et une cellule de filtrage fournissant la tension continue moyenne du signal redressé par ledit redresseur, est remarquable en ce qu'il comporte une bascule susceptible d'agir, par sa sortie, sur les dispositifs logiques pour bloquer le fonctionnement dudit amplificateur de-puissance et commune à une pluralité de détecteurs d'incidents de fonctionnement lui envoyant des signaux de commande. Ainsi, le régulateur selon l'invention peut comporter des détecteurs indiquant que la différence entre la tension de sortie régulée et la tension de référence dépasse, dans un sens ou dans l'autre, un seuil dangereux. De même, le régulateur peut comporter un détecteur de dissymétrie de fonctionnement de l'amplificateur de puissance. De préférence, le détecteur indiquant que la tension régulée de sortie est inférieure d'un certain seuil à la tension de référence, comporte un transistor dont le trajet émetteurbase est monté aux bornes des entrées de l'amplificateur différentiel et dont le cdllecteur commande ladite bascule. Ainsi, ledit transistor ne devient conducteur que lorsque la différence entre la tension de référence et la tension régulée devient égale à la chute de tension base-émetteur dudit transistor. Une diode peut être disposée dans le trajet base-émetteur de ce dernier, afin d'ajuster le seuil de déclenchement dudit détecteur par addition de la chute de tension à travers cette diode à la chute de tension base-émetteur du transistor. Avantageusement, le détecteur indiquant que la tension régulée de sortie est supérieure d'un certain seuil à la tension de référence, comporte un amplificateur différentiel dont les entrées reçoivent respectivement des signaux représentatifs desdites tensions, un diviseur de tension permettant d'imposer ce seuil étant disposé à l'une desdites entrées. Le détecteur de fonctionnement dissymétrique de l'amplificateur de puissance peut prélever ses informations dans la partie commune aux deux voies symétriques dudit amplificateur. I1 peut comporter un tore de ferrite traversé par la ligne commune auxdites voies et sur lequel est bobiné un enroulement aboutissant à l'entrée de la bascule. Un filtre peut être disposé entre celle-ci et le tore. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est le schéma synoptique d'un régulateur de tension continue perfectionné selon l'invention. Les figures 2a à 2h sont des diagrammes illustrant le fonctionnement du dispositif de la figure 1. a figure 3 montre partiellement le circuit d'un mode de réalisation du régulateur perfectionné selon l'invention. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments équivalents. Le régulateur de tension montré par la figure 1 comporte un oscillateur 1 envoyant un signal en dents de scie (voir figure 2ai à l'une des entrées d'un comparateur 2. Par ailleurs, l'oscillateur 1 synchronise une bascule 3 dont les deux sorties émettent des signaux en créneaux rectangulaires en opposition de phase, les créneaux et les intsrvalles qui les séparent ayant la durée des dents de scie et étant simultanés à celles-ci (voir figures 2c et 2d). L'autre entrée du comparateur 2 est reliée à la sortie d'un amplificateur différentiel 4, dont l'une des entrées reçoit une tension continue de référence de la part d'un dispositif 5. tandis que l'autre des entrées dudit amplificateur reçoit la tension continue régulée apparaissant entre les bornes de sortie 6 et 7 du régulateur.Au besoin, un pont diviseur ds tension 6 est disposé entre les bornes 6 et 7 et l'amplificateur différentiel 4. Le régulateur de tension comprend. de plus, deux dispositifs logiques 9 et 10 dont chacun commande par la base, la conduction d'un transistor préamplificateur Il et 12, respectivement. Chaque dispositif logique 9 ou 10 comporte deux entrées dont l'une est reliée à la sortie du comparateur 2 et l'autre à l'Lune des sorties de la bascule 3. Par exemple, les dispositifs logiques 9 et 10 sont du type commandant le blocage du transistor préamplificateur Il ou 12 qui leur est associé lorsque leurs deux entrées sont alimentées simultanément. Dans le trajet émetteur-collecteur de chaque transistor préamplificateur 11 ou 12 est monté le primaire 13 ou 14 d'un transformateur 15 ou 16. Le secondaire 17 du transformateur 15 est monté entre la base et l'émetteur d'un transistor de puissance 18 de type NPN. De même, le secondaire 19 du transformateur 16 est monté entre la base et I1 émetteur d'un transistor 20 de type NPN. Les collecteurs des transistors 18 et 20 sont reliés au pôls + de la tension non régulée à travers les deux primaires 21 et 22, montés en opposition d'un transformateur de puissance 23. De même, les émetteurs des transistors 18 et 20 sont réunis à la masse. Le pale + de la tension non régulée est découplé à la masse par un condensateur 25. Un circuit composé d'une résistance 26 et d'un condensateur 27 montés en série peut être disposé en parallèle sur les primaires 21 et 22 afin de limiter les surtensions lorsque l'un des transistors de puissance se bloque. Les secondaires 28 et 29 du transformateur de puissance 23 sont montés en opposition entre eux et en série avec deux diodes 30 et 31 formant un circuit redresseur à deux alternances, une cellule de filtrage comportant une inductance 32 et une capacité 33 étant montée entre ce circuit redresseur et les. bornes de sortie 6 et 7. Les dispositifs logiques 9 et 10, les transistors préamplificateurs Il et 12, les transformateurs 15 et 16. les transistors de puissance 18 et 20, les diodes 30 et 31, sont deux à deux semblables afin de former deux channes identiques, tandis que le transformateur de puissance 23 est symétrique. Les transistors 18 et 20 sont donc montés dans un amplificateur push-pull symétrique. Le dispositif décrit jusqu'à présent est connu et son fonctionnement est le suivant, en supposant que la tension de sortie stabilisée (apparaissant entre les bornes s et 7) est différente de la tension désirée. Cette tension de sortie stabilisée est envoyée à l'amplificateur différentiel 4 où elle est comparée à la tension de référence provenant du dispositif 5. Le signal d'erreur apparaissant à la sortie de l'amplificateur différentiel 4 (voir la ligne A de la figure 2a) est alors comparé, dans le comparatueur 2, au signal en dents de scie (voir la ligne brisée B de la figure 2à) émis par l'oscillateur 1. Le signal apparaissant à la sortie du comparateur (voir figure 2b3 est formé de créneaux dont les durées dépendent des amplitudes relatives du signal d'erreur et du signal en dents de scie.L'intersection du signal d'erreur avec le s-ignal en dents de scie définit la durée et l'intervalle des créneaux.Lesignal de la figure 2b est envoyé sur l'une des entrées des dispositifs logiques dont les autres entrées reçoivent respectivement les signaux de sortie de la bascule 3. Ainsi, le signal à la sortie du dispositif logique 9 a-t-il l'allure du signal représenté sur la figure 2e, tandis que celui à la sortie du dispositif logique 10 a l'allure du signal montré par la figure 2f. Le blocage d'un des transistprs 11 ou 12 commande la conduction du transistor 18 ou 20 correspondant par l'énergie magnétisante emmagasinée dans les transformateurs 15 ou 16. il en résulte que les signaux illustrant les conductions des transistors 18 et 20 sont en opposition de phase des signaux des figures 2e et 2f illustrant la conduction des transistors Il et 12. Le signal parcourant les primaires 21 et 22 a donc une allure voisine de celle du signal de la figure 2g. Ce signal est redressé par les diodes 30 et 31 et le signal à la sortie du redresseur à double alternance se présente comme le montre la ligne en créneaux C de la figure 2h. La cellule de filtrage 32, 33 extrait alors la composante continue du signal en créneaux C et fournit entre les bornes 6 et 7 le signal régulé, montré par la ligne D de la figure 2h et correspondant à la tension moyenne desdits créneaux.On voit que dans un tel régulateur, la régulation est obtenue sn asservissant le facteur de forme en fonction de la tension d'erreur Conformément à la présente invention le régulateur de la figure 1 comporte un dispositif de sécurité permettant de détecter, d'une part, les différences excessives, nggatives (sous-tension) ou positives (surtension) entre la tension régulée apparaissant à la sortie 6, 7 dudit régulateur et la tension de référence émise par le dispositif 5 et, d'autre part, un fonctionnement dissymétrique des chaines de préamplification et de puissance 11, 15, la, 23 et 12, 16, 20, 24.Ce dispositif de sécurité comporte une bascule 34 dont l'entrée est reliée simultanément à un détecteur de sous-tension 35, à un détecteur de surtension 36 et à un détEctEur 37 de déséquilibre des chaines de préamplification et de puissance Les détecteurs 35 et 36 peuvent prélever leurs informations au niveau de l'amplificateur différentiel 4, tandis que le détecteur 37 peut le faire au niveau de la liaison entre le point commune des émetteurs des transistors 18 et 20 et le point commun des primaires 21 et 22. A cet effet, il peut comporter un tore de ferrite 38 traversé parcette liaison et relié, éventuellement par l'intermédiaire d'un filtre 39, à ladite entrée de la bascule 34.- La sortie de celle-ci est reliée simultanément à des troisièmes entrées de commande des dispositifs logiques 9 et 10. En fonctionnement normal du régulateur selon l'inventison, la bascule 34 reste dans un état pour lequel son signal de sortie n'intervient pas dans le fonctionnement des dispositifs 9 et 10. En revanche, des que la différence de tension détectée par les dispositifs 35 ou 36 devient excessive ou lorsqu'une dissymétrie est détectée par le dispositif 37, dans le fonctionnement des chaînes de préamplification et de puissance, la bascule 34 change d'état et bloque les dispositifs 9 et 10 et lesdites chaînes. La figure 3 montre le schéma électrique d'un mode de réalisation du dispositif-de sécurité selon- l'invention, appliqué à un régulateur du type décrit ci-dessus. Dans le régulateur montré par cette dernière figure, l'amplificateur différentiel 4 est formé de façon connue par deux transistors T1 et T2 identiques de type NPN, dont les émetteurs sont réunis à la masse par une résistance commune R1. Les collecteurs des transistors T1 et T2 sont respectivement reliés à la borne positive d'une source d'alimentation par des résistances R2 et R3. La résistance R2 est shuntée par u-n condensateur C1. La sortie de l'amplificateur différentiel 4 est formée par le collecteur du transistor T1, qui est relié à l'entrée du comparateur 2 (non représenté). Une résistance R4 est branchée entre cette sortie et la masse. Le signal régulé provenant des bornes de sortie 6 et 7, à travers le pont diviseur 8 et une résistance R5, est appliqué entre la masse et l'entrée de l'amplificateur 4 constituée par la base 0 du transistor T2. Le montage en série d'une résistance R6 et d'un condensateur C2 est disposé entre cette entrée et la masse. L'autre entrée de l'amplificateur 4 est constituée par la base P du transistor T1 qui reçoit la tension de r-éférence provenant du dispositif 5. Celui-ci comporte, entre le pole positif de la source d'alimentation et la masse, une diode de Zener Z1, shuntée par un condensateur C3, lui-même en parallèle sur un pont diviseur formé par les résistances R7, R8 et Rg en série. Le point commun à R a et Rg est relié à la base du transistor T1, tandis qu'un condensateur C4 est monté entre ce point commun et la masse, en parallèle sur la résistance R9. Une autre résistance R10 peut être intercalée entre ledit pale positif et la diode de Zener Z1. La bascule de sécurité 34 est formée par deux transistors à couplage croisé entre bases et collecteurs. Elle comprend en effet deux transistors T3 et T4, de type NPN, dont les émetteurs sont réunis à la masse, le trajet émetteur-base de chacun d'eux étant shunté par une résistance R11 ou R12. La base du transistor T3 est reliée au collecteur du transistor T4, d'une part, à travers deux diodes D1 et D2 en série, les cathodes desdites diodes étant dirigées vers cette base et, d'autre part à travers une troisième diode D3, opposée aux précédentes. La base du transistor T4 est reliée au collecteur du transistor T par une diode de Zener Z2 et une 3 par une diode de Zener Z2 et une résistance R13. Celle-ci est shuntée par une diode D4. Les collecteurs des transistors T3 et T4 sont respectivement réunis au pale positif d'alimentation par des résistances R14 et R15, tandis qu'une résistance R1s est montée en parallèle sur le trajet émetteur-collecteur du transistor T4. Les anodes des diodes 2 et D3 sont reliées audit pôle positif à travers une résistance R17, tandis que la cathode dela diode de Zener Z2, dirigée vers le collecteur du transistor T3 et la résistance R13 est reliée à celle de la diode de Zener Z1 par une résistance R18.La diode de Zener Z2 permet de positionner initialement la bascule 34 et, comme on le. verra par la suite, de contrôler le fonctionnement de la diode de Zener Z1. Au repos, le transistor T3 est conducteur, tandis que le transistor T4 est bloqué. L'entrée de la bascule 34 est formée par la base du transistor T4, tandis que la sortie de cette bascule est constituée par le collecteur de ce dernier transistor. Le dispositif 35 de détection de sous-tension comporte un transistor T5, de type PNP, dont la base est reliée à la base O du transistor T2 et dont l'émetteur, par l'intermédiaire d'une diode D5, est réuni à la base P du transistor T1. La cathode de D5 est dirigée vers ledit émetteur et le collecteur du transistor T5 est relié à la base du transistor T4. Ainsi, le transistor T5 reçoit sur sa base une partie de la tension régulée de sortie et sur son émetteur la tension de référence émise par le dispositif 5 et correspondant à une fraction de la tension aux bornes de la diode de Zener Z1.En fonctionnement normal, le transistor T5 est donc bloqué. I1 ne devient conducteur que lorsque Vp - VQ = Vbe + Vd, en appelant Vbe la chute de tension entre base et émetteur du transistor T5 et Vd la chute de tension dans la diode 05. Ainsi, le transistor T5 ne devient conducteur que lorsque la différence entre la tension de sortie régulée et la tension de référence devient négative et inférieure à un certain seuil détérminé par Vbe et Vd. En choisissant convenablement le transistor T5 et la diode Dg, on peut faire en sorte que ce seuil soit de l'ordre de 30% (pour une régulation de + 5 v en sortie). Lorsque T5 est ainsi rendu conducteur, il sature le transistor T4 et fait basculer la bascule 34 qui envoie un signal de blocage aux dispositifs logiques 9 et 10. Le dispositif 36 de détection de surtension est formé par un amplificateur différentiel comprenant deux transistors T6 et T7, de type PNP. Les émetteurs réunis de T6 et T7 reçoivent la tension aux bornes de la diode de Zener Z1 par l'intermédiaire d'une résistance R20. De meme, la base du transistor T6 reçoit une partie de cette tension grâce à un pont diviseur formé de résistances R21 et R22. Le collecteur de T6, qui forme la sortie du dispositif 36, e-st relié à la base du transistor T4, qui forme l'entrée de la bascule 34. Enfin, le collecteur du transistor T7 est réuni à la masse. tandis que la base de ce dernier transistor est reliée au point O à travers une résistance R23 et la résistance R5 en série.Ainsi, le dispositif 36 compare une fraction de la tension régulée de sortie à une fraction de la tension aux bornes de la diode de Zener Z1. Les résistances R21 et R22 sont calculées pour que ce dispositif 36 n' envoie un courant de commande à la bascule 34 que lorsque la tension régulée à la sortie du régulateur dépasse d'un certain seuil (par exemple 30%) la tension à la sortie du dispositif 5. Quand un des étages- préamplificateurs 11 ou 12 ne fonctionne pas, le transformateur de puissance 23, se trouve commandé par des créneaux qui présentent toujours la même polarité et qui sont fournis par l'étage amplificateur qui continue à fonctionner. Cela entraînera donc une accumulation du courant magnétisant, ce qui sature le transformateur de puissance 23 et augmente considérablement le -courant de collecteur du transistor de puissance 16 où 20'qui est encore commandé. Ce transistor est donc rapidement détruit, en général par court-circuit entre l'émetteur et le collecteur.Aussi, est-il indispensable de prévoir le détecteur 37, comportant le tore 38 (voir égal--nt la figure 2) sur lequel est enroulé un enroulement 40, relié par une ligne 41 et le filtre 39 à l'entrée de la bascule 34. Le filtre 39 est constitue par une résistance série R24, une diode série D6, une résistance parallèle R25 et un condensateur parallèle C5. En fonctionnement normal. le courant parcourant la liaison US avoir figure in traversant le tore 38, a toujours le même sens et ce tore est saturé. Quand un seul transistor 18 ou 20 fonctionne, il y a inversion de ce courant et, si l'excès de courant magnétisant est au moins égal à un certain seuil correspondant au courant nominal de basculement dudit tore, celui-ci bascule en donnant une tension induite dans l'enroulement 40 qui, à son tour, fait basculer la bascule 34. Les bruits recusillis dans l'enroulement 40 et dus aux transitions rapides de courant danses transistors 18 et 20, sont filtrés par le filtre 39. Afin de montrer l'inversion de courant mentionnée ci-dessus, on suppose, par exemple, que le transistor 18 n'est plus commandé, alors que le transistor 20 continue à fonctionner normalement (voir la figure 13. Le transformateur de puissance 23 accumule le courant magnétisant dans le sens de R vers S. Au moment où le transistor se bloque, le courant magnétisant cherche d'abord à s'écouler du côté secondaire : dans la diode 30 il passera un courant égal à la différence entre le demicourant traversant la charge branchée entre les bornes 6 et 7 et le courant magnétisant, tandis que dans la diode 31 passera un courant égal à la somme de ce demi-courant de charge et du courant magnétisant.Quand le courant magnétisant atteindra la valeur du demi-courant de charge, la diode 30 se bloquera, le potentiel du point S augmentera et celui du point T baissera, jusqu'à rendre le collecteur du transistor la négatif par rapport à sa base. Le potentiel-de base du transistor 18 suivra la décroissance du potentiel de collecteur. Un courant de base est ainsi appelé dans l'enroulement~17 et le transistor 18 fonctionnera en inverse. Il se saturera et restera saturé pendant un temps qui peut être égal au temps de conduction du transistor 20. il en résulte que la tension aux bornes 6 et 7 ne diminue pas forcément lorsque l'un des transistors 16 ou 20 ne fonctionne pas. il est donc important de détecter ce genre de panne grâce au tore 38. En cas de survenance de l'un des incidents décrits ci-dessus, la bascule 34 arrête le fonctiWnnement du régulateur et maintient ce dernier à l'arrêt même quand la cause ds l'inci- dent a disparu. Pour remettre cette bascule à zéro, il suffit d'envoyer une impulsion de commande sur la base du transistor T3, sans avoir à couper l'alimentation et le régulateur fonctionne de nouveau si la cause de l'incident a disparu. On remarquera par ailleurs que la bascule 34 montrée par la figure 3 peut protéger le régulateur contre les coupures de la diode de Zener Z1 servant à déterminer la tension de référence. En effet, en cas de coupure, cette diode Z1 peut ne plus jouer son rôle et la tension de sortie peut croître. Le détecteur de surtension 36 ne peut intervenir, puisque la tension de référence croît alors également. Pour remédier à cet inconvénient, la tension aux bornes de la diode de Zener Z1 polarise la diode Z2, après division par le diviseur de-tension R18, R13 qui abaisse ladite tension à une valeur inférieure au seuil de la diode Z2. Aussi, en fonctionnement normal, la diode Z1 n'a pas d'action sur la diode Z En revanche, quand la diode Z1 est coupée et que la tension à ses bornes augmente, il arrive un moment où la diode Z2 devient passante sous l'effet de la tension de polarisation croissante que lui envoie la diode Z1 A ce moment, la diode Z2 commande la saturation du transistor T4 et la bascule 34 change d'état et envoie une impulsion de blocage aux dispositifs 9 et 10. REVENDICATIONS 1.- Régulateur de tension continue comportant une source de tension continue de référence, un amplificateur différentiel comparant cette tension de référence à la tension régulée apparaissant à la sortie dudit régulateur, un comparateur comparant le signal à la sortie dudit amplificateur à celui provenant d'un générateur de signal triangulaire, deux dispositifs logiques commandés par le signal provenant dudit comparateur et par les signaux de phases opposées engendrés par un dispositif bistable piloté par ledit générateur, deux transistors de commande rendus alternativement bloquants par lesdits dispositifs logiques, un amplificateur de puissance symétrique comprenant deux transistors de puissance commandés par les transistors de commande, un redresseur à double alternance et une cellule de filtrage fournissant la tension continue moyenne du signal redressé par ledit redresseur, caractérisé en ce qu'il comporte une bascule suscep tibe d'agir, par sa sortie, sur les dispositifs logiques pour bloquer le fonctionnement dudit amplificateur de puissance et commune à une pluralité de détecteurs d'incidents de fonctionnement lui envoyant des signaux de commande. 2.- Régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur indiquant que la tension régulée de sortie est inférieure d'un certain seuil à la tension de référence, ce détecteur comportant un transistor dont le trajet émetteur-base est monté aux bornes des entrées de l'amplificateur différentiel et dont le collecteur commande ladite bascule. 3.- Régulateur selon la revendication 2. caractérisé en ce qu'il comporte une diode disposée dans le trajet baseémetteur dudit transistor, la chute de tension à travers cette diode s'ajoutant à la chute de tension base-émetteur du transistor. 4.- Régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur indiquant que la tension régulée de sortie est supérieure d'un certain seuil à la tension de référence, ce détecteur comportant un amplificateur différentiel dont les entrées reçoivent respectivement des signaux représentatifs desdites tensions, un diviseur de tension permettant d'imposer ce seuil étant disposé à l'une desdites entrées. 5.- Régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur de fanctionnsmsnt disymétrique de l'amplificateur de puissance, cé détecteur prélevant ses informations dans la partie communs aux deux voies symétriques dudit amplificateur. 6.- Régulateur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un tore de ferrite traversé par la ligne commune auxdites voies et sur lequel est bobiné un enroulement aboutissement à l'entrée de la bascule. 7.- Régulateur selon la revendication 6, caractérisé en ce qutil comporte un filtre disposé entre la bascule et le tors. 8.- Régulateur selon la revendication 1. dans lequel la source de tension de référence comporte une diode de Zener, caractérisé en ce que ladite bascule comporte une seconde diode de Zener polarisée à partir de la tension aux bornes de la première et montée de façon à faire changer d'état ladite bascule lorsqu'elle devient conductrice sous l'effet d'un accroissement de sa tension de polarisation.