Brevet FR2238184A1 — publié le 19750214

btinvention concerne un stabilisateur de-tension alternative permettant d'obtenir, à partir d'une tension d'alimentation à une fréquence par exemple de 50 hertz pouvant être la fréquence du réseau, une tension alternative stabilisée synchrone avec la tension d'alimentation. Conformément à l'invention, le stabilisateur de tension alternative est caractérisé en ce qu'il comporte un élément de mesure de tension relié aux bornes de la source d'alimentation de tension alternative à stabiliser, un élément de tension de référence, un comparateur à deux entrées respectivement reliées aux sorties respectives de l'élément de mesure et de l'élément de tension de référence, la sortie du comparateur est reliée à l'entrée analogique d'un convertisseur analogique-digital dont les sorties numériques sont reliées aux différentes entrées numériques d'un convertisseur digital analogique à deux sorties respectivement reliées à une des bornes de sortie du stabilisateur et à une des bornes dé la source dont l'autre constitue la seconae borne de sortie du stabilisateur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le convertisseur digital-analogique comporte autant de cellules qu'il présente d'entrées digitales, chaque cellule fournissant chacune une tension analogique proportionnelle au poids de l'information digitale qu'elle reçoit ; et les sorties des différentes cellules étant reliées en série de telle sorte que la tension alternative de sortie soit la résultante de tension en phase ou en opposition de phase suivant que la cellule correspondante du convertisseur reçoit une information à l'état 0 ou à l'état 1. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de 11 objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples, aux dessins annexés. La fig. 1 est un diagramme schématique d'une réalisation du stabilisateur de tension selon l'invention. La fig. 2-est un diagramme détaillé du circuit électrique du stabilisateur de tension de la fig. 1. Les fig. 3 à 6 sont des courbes explicatives du fonctionnement. La fig. 7 est un diagramme schématique d'une variante de réalisation du stabilisateur de tension selon l'invention. La fig. 8 est un diagramme détaillé du circuit électrique du stabilisateur de tension de la fig. 7. On a représenté à la fig. 1 une source d'alimentation 1 à deux bornes la et lb, la source 1 pouvant être confondue avec le réseau 50 périodes, et une utilisation 2 à deux bornes d'entrée 2a et 2b, qui constituent les sorties du stabilisateur de tension selon l'invention. L'utilisation 2 peut-être tout dispositif devant fonctionner sous une tension alternative synchrone avec la tension provenant de la source 1. La borne la de la source 1 est reliée, d'une part par un fil 3 à la borne 2a de l'utilisation 2, et d'autre part, par une liaison 4 à l'entrée 5a d'un élément de mesure 5 dont l'en- trée 5b est reliée par une liaison 6 à la borne lb de la source 1. L'élément de mesure 5 présente sa sortie Sc reliée par une liaison 7 à l'entrée 8a d'un comparateur 8 dont l'autre entrée 8b est reliée par une liaison 9 à la borne de sortie 1Oa d'un élément de référence ou de consigne 10. La sortie 8c du comparateur 8 est reliée par une liaison 11 à l'entrée analogique 12a d'un convertisseur analogique-digital 12 de tout type classique. Dans cette réalisation, le convertisseur analogiquedigital 12 présente huit sorties digitales référencées de 13o à 137 qui sont, respectivement ,reliées à huit entrées digitales 140 à 147 d'un convertisseur digital-analogique 15 donnant en sortie une tension alternative image analogique de l'information d'entrée.Le convertisseur 15 est constitué a'autant-de cellules qu'il présente d'entrées digitales et la tension alternative de sortie est la résultante de tensions en phase ou en opposition de phase suivant que la cellule correspondante du convertisseur reçoit une information correspondant à l'état O ou à l'état 1. Un tel convertisseur digital-analogique est décrit en détail dans la demande de brevet français 7r 12518. tes sorties 15a, 15b du convertisseur digital-analogique 15 sont, respectivement, reliées, d'une part à l'entrée 2b de l'utilisation 2, et d'autre part à la sortie lb de la source 1. L'appareil décrit à la fig. 1 fonctionne de la manière suivante La tension d'alimentation sortant de la source 1, sur les bornes a et lb, est mesurée par l'organe mesureur 5, puis comparée dans le comparateur 8 avec la tension de référence ou de consigne provenant de l'organe 10. L'écart résultant de cette comparaison est converti à travers le convertisseur analogique-digital 12 en un nombre binaire ou digital dont leînombre d'éléments d'information ou bits est égal au nombre d'entrées du convertisseur digital-analogique 15, ctest-à-dire que dans l'exemple représenté, il y a 8 bits. Le nombre bina-~re sortant du convertisseur analogique digital 12 représente l t image binaire exacte de l'écart entre la tension d'alimentation prise entre les bornes 1a et lb de la source 1 et la valeur de la tension stabilisée que l'on se propose d'obtenir. Sous l'action de la commande binaire, le convertisseur digital-analogique 15 délivre une tension alternative synchrone avec la tension d'alimentation, en phase ou en opposition de phase et d'amplitude telle que la tension stabilisée soit exactement celle que l'on cherche à obtenir. La fig. 2 représente un schéma détaillé de l'appareil représenté à la fig.-1 et, dans ce schéma, les memes éléments portent les mêmes références qu'à la fig. 1. L'élément de mesure 5 est ainsi relié àla source 1 au moyen des liaisons 4et 6 et les bornes 5a et 5b de l'organe de mesure 5 sont reliées au primaire d'un transformateur abaisseur 20 dont l'enroulement secondaire 21 comporte une prise médiane 22 servant de potentiel de référence pour l'en- semble du dispositif. La borne 21a de l'enroulement secondaire 22 est reliée à une diode redresseuse 23, elle-meme reliée à travers une résistance 24, à l'une des bornes d'un condensateur 25 qui constitue la borne de sortie Sc de l'or- gane mesureur 5. L'autre borne du condensateur 25 est reliée par un conducteur 26 au point milieu 22 de l'enroulement 21. Le conducteur 26 est ainsi le conducteur au potentiel de référence. La borne 21b de l'enroulement 21 est reliée au conducteur 26 de référence de tension par l'intermédiaire d'un pont à résistance et diodes D1, D2, R1. Le point commun 27 de la résistance R1 et de la diode D2 est relié, d'une part, à la borne 28 d'un condensateur 29, et d'autre part, à la base b d'un transistor T dont l'emetteur e est directement relié au potentiel de référence par le conducteur 26. La base b du transistor T est reliée, d'une part, à la borne 5c par l'intermédiaire d'une résistance 91 et, d'autre part, à une entrée auxiliaire 12b du convertisseur analogique-digital 12 part un circuit à retard 32 dont la constitution est précisée plusloin.L'organe de référence ou de consigne 10 comprend une diode Zener dont une des bornes est au potentiel de référence du conducteur 26 et dont l'autre est reliéé par l'intermédiai- re d'une résistance 33 à la source de tension positive +V. La borne commune entre la diode de Zener Z et -la résistance 33 est reliée à l'une des entrées du potentiomètre 34 dont l'autre entrée est reliée au potentiel de référence du conducteur 26. Le curseur 34adu potentiomètre 54 constitue la borne de sortie 10a de l'organe de consigne 10. L'élément comparateur 8 comporte un amplificateur opérationnel 35 dont l'entrée positive 35a est reliée à la borne 5c de l'organe de mesure 5, et constitue la borne 8a de l'élément comparateur 8, tandis que l'entrée négative est reliée, par une résistance réglable 36 et la borne-8b du comparateur, à la borne 10a de l'élément de consigne 10. La sortie 35c de l'amplificateur opérationnel 35 est reliée en contre réaction par un élément à résistance et capacité en parallèle 37,38, à l'entrée négative 35b de l'amplificateur opérationnel 35. La sortie de l'amplificateur opérationnel est ainsi reliée par le fii 11 à l'entrée 12a du convertisseur analogique-digital 12 de la fig.1. D'une manière semblable à la réalisation selon lafig.1, le convertisseur analogique-digital 12 est relié au convertisseur digital-analogique 15 dont les sorties 15a et 15b sont respectivement, reliées à l'entrée b de l'utilisation 2 et à la sortie lb de la source I. Le stabilisateur de tension représenté ainsi en détail à la fig. 2 fonctionne de la façon suivante Le convertisseur analogique-digital 12 est d'un type habituel convertissant une tension variant, par exemple, entre ,'SE0 et +10 volts continus appliqués entre les bornes O (reliés au conducteur de référence 26) et 12a de sortie du comparateur 8, en un nombre binaire équivalent à partir d'une impulsion de commande de conversion appliquée entre ses bornes 0 et 12b. La durée de la conversion est de l'ordre de 1 milliseeonde, par exemple. L'élément de mesure 5 délivre une tension alternative par l'intermédiaire du transformateur- abaisseur 20 à la diode redresseuse 23. Le pôle positif de cette diode redresseuse charge le condensateur 25 à travers la résistance 24. La décharge périodique du condensateur 25 est:-effectuée par le transistor T qui comporte la résistance de collecteur 31. La base b du transistor est polarisée positivement par la résistance 30 à partir de la source de tension auxiliaire +V par exemple égale à + 15 volts. La base b du transistor T reçoit également une demi-sinosoide négative à partir de la borne 27 du pont à résistaneeçet diodes D1, D2, R1. Cette demi-onde négative est appliquée à la base du transistor T qu'elle rend passant lorsque la tension alternative est proche de 0. Le condensateur 25 est ainsi déchargé lorsque la tension alternative d'alimentation passe par zéro. La tension de consigne est fournie par la diode Zener Z alimentée à partir de la tension +V par une résistance 33. La fraction de la tension stabilisée, disponible sur la diode Zener Z, est prélevée par un potentiommètre Il et constitue ainsi qu'on l'a vu plus haut, la sortie de-l'élément de consigne 10. Le comparateur 8, comportant l'amplificateur opérationnel 35 dont l'entrée positive 55 a reçoit la tension de mesure disponible aux bornes du condensateur 31, reçoit sur son entrée négative 35 b la tension de consigne à travers la résistance réglable 36. L'amplification du comparateur 8 est déterminée par le rapport des résistances 36 et 37 disposées en contreréaction sur l'amplificateur opérationnel 35. Une impulsion de commande de conversion-est prélevée sur le collecteur c du transistor T. Cette impulsion apparaît lorsque le transistor T décharge le condensateur 25, c'est-àdire que la tension alternative d'alimentation passe par zéro. Cette impulsion est retardée d'une quantité égale par exemple aux 17/20ème de la période italimentation alternative au moyen du dispositif retard 32 de nature conventionnelle et pouvant être par exemple une bascule monostable. Le dispositif retard 32 délivre une impulsion de commande retardée qui est appliquée à l'entrée 12b du convertisseur analogique 12. De manière à illustrer le fonctionnement du dispositif de la fig.2, on a représenté à la fig. 3 quelques périodes de la tension alternative d'alimentation provenant de la source 1. Â cette figure, on a ainsi représenté la position Â de l'impulsion de commande de conversion qui est appliquée au dispositif à retard 32, l'instant B auquel le condensateur 25 est chargé, l'instant C auquel la tension du condensateur 25 est converti en un nombre binaire par le convertisseur analogique-digital 12, ainsi que l'instant D auquel le convertisseur digital-analogique 15 prend sa nouvelle valeur qui détermine la tension corrigée aux bornes 2a, 2b de l'utilisation 2. La fig. 4 représente la tension existant sur la base du transistor T et qui détermine la décharge du condensateur 25. Cette tension est constante jusqu'au moment'où la tension d'alimentation passe par zéro puis s inverse brusquement en suivant la polarité de la source. La fig. 5 illustre la tension disponible aux bornes du condensateur 35. Cette tension est nulle jusqu'au moment où la tension sur la base du transistor T commence à décroi- tre de la valeur positive à la valeur négative, puis elle croit jusqu'au moment B de la fig. 3 où le condensateur 25 est chargé. A partir de ce moment, la tension reste constante pour décroitre brusquement jusqu'à zéro en même temps que s'inverse la polarité de la tension sur la base du transistor T. La fig. 6 représente la tension disponible à l'entrée 12a du convertisseur analogique-digital 12. Cette tension est l'image de la différence entre la tension aux bornes du condènsateur 25 à la borne 5c de 31organe de mesure 5 et la tension sur le potentiomètre 34 à la sortie 10a de 1 t élément de consigne 10. Lorsque le convertisseur digital-analogique 15 comporte des triacs,c'est le cas aux fig. 3 et 6 de la demande de brevet 72 12 518, on ehoisit la phase du transformateur 20 de telle manière que la tension d'anode des triacs soit positive pendant la conversion (instant C de la fig. 3) et qu'elle augmente par valeur négative à partir de l'instant D où la nouvelle valeur est réalisée. On voit, d'après les figures, que le délai total de correction est inférieur à 1,25 période de la tension alternative. La fig. 7 concerne une variante de réalisation du stabilisateur selon les figures précédentes et est destinée à améliorer encore sa qualité de stabilisation. On a représenté à la fig. 7 le même schéma général qu'à la fig. 1, toutefois, l'élément de consigne 10 est remplacé dans. cette figure par un élément de consigne au xiliaire 10'et les bornes 2a et2b de sortie du stabilisateur sont reliées par des liaisons- 40 et 41 aux entrées 42a et 42b d'un organe de mesure 42 dont les sorties 42c et 42d sont reliées par des liaisons 43 et 44 aux entrées 45a et 45b d'un nouvel élément tomparateur 45. es entrées 45c et 45d de l'élément comparateur 45 sont reliées par des liaisons 46 aux entrées 47a et 47b d'un élément de consigne principal 47,tandis que les bornes de sortie 45e-et 45f de l'élément-comparateur 45 sont reliées par des liaisons 48, 49 aux entrées 50a et 50b d'un amplificateur. opéra- tionnel 50 comprenant une résistance R1 et un condensateur -C1 en série monté en contre-réaetion entre l'entrée 50A et la sortie 50c. La sortie 50c de l'amplificateur opérationnel 50 est reliée par une liaison 51 à l'entrée 10'b de l'élément de consigne auxiliaire 10'. Par rapport au schéma de la fig. 1,dont la chaîne de réglage fonctionne en boucle ouverte, on a ajouté ainsi une chaîne de réglage qui fonctionne en boucle fermée. On reprend en effet, aux bornes de sortie 2a, 2b, la tension alternative stabilisée que l'on mesure dans l'élé- ment de mesure 42 et que l'on compare dans l'élément compa rateur 45 à une valeur de consigne principale provenant de l'élément 47. me résultat de cette comparaison est amplifie par l'amplificateur opérationnel 50 que présente à cet effet des caractéristiques proportionnelles et intégrales. La sortie de l'amplificateur 50 vient modifier la valeur de la consigne auxiliaire 10' de d chaîne d'asservissement selon la fig. 1 de manière à obtenir à la sortie du dispositif, sur les bornes 2a et 2b de l'utilisation, la valeur de la tension alternative exacte que l'on recherche. Le schéma détaillé de la réalisation du régulateur, décrit à la fig 7, est représente à la fig. 8. An voit, sur cette figure que le régulateur en boucle ouverte est principalement le meme que celui décrit précédemment en relation à la fig 2. Les éléments suplémentaires correspondant à la chaîne de règlage en boucle fermée ont été entourés d'un trait mixte epais et sont référencés par 55. La chaîne de réglage en boucle fermée 55 est reliée, d'une part, aux bornes de sortie 2a et 2t du dispositif les liaison 40 et 41 et ,d'autre part, à l'entrée do rateur 8 par les liaisons 52 et 53. ta liaison 52 est reliée au conducteur 9 de liaison entre le comparateur 8 et la signe auxiliaire 10', tandis que la liaison 53 est reliée au conducteur 26 du potentiel de référence. Les liaisons 40 et 41 sont reliées au primaire d'un transformateur 58 de l'élément de mesure 42, le secondaire de ce transformateur étant relié aux extrémités diagonales 59a et 59b d'un pont de diodes. L'extrèmité 59d du pont de diodes est reliée, par un self de choc 60, à une borne d'un condensateur 61 qui constitue la sortie 42d de l'élément de mesure 42. L'autre borne du condensateur 61 est reliées par un conducteur de liaison 62 à l'extrèmité 59c du pont d-e mesure et constitue la borne 42c de sortie de l'élément de mesure 42. La borne 42d du dispositif de mesure 42 est reliée à la borne 63 d'une résistance potentiométrique 64 d'un ensemble 65 comprenant élément de consigne 47 et le comparateur 45. La borne 66 de la résistance potentiométrique 64 est reliée à l'extrémité 59c du pont de diodes par le conducteur 62 et,d'autre part, par une diode Zener Z' et une résistance 67 à la borne 63 de -ladite résistance potentiométrique 64. Le curseur 64a de la résistance potentiométrique 64 constitue la sortie de l'élément comparateur 45 et est relié à l'entrée négative 50a de l'amplificateur opérationnel 50 dont l'entrée positive 50b est reliée au conducteur de potentiel de référence par le conducteur 53 ainsi qu'au point commun entre la diode Zener Z' et la résistance 67 constituant la sortie de l'élément de consigne 47. La sortie de l'amplificateur 50,qui est reliée à l'entrée 50a par le condensateurC1et:larésistance rj montés en contre-réaction,constitue la sortie de la boucle de liaison auxiliaire. Ainsi, la tension alternative disponible aux bornes 2a, 2b de sortie du stabilisateur est appliquée travers le transformateur abaisseur 58 à un pont de diodes 59. La tension continue disponible est filtrée par la self de choc 60 et le condensateur 61. Une fraction de cette tension est appliquée, par l'intermédiaire du curseur 64a de la résistance potentiométrique 64, à l'entrée négative de l'amplificateur différentiel 50. La tension continue aux bornes du condensateur 61 alimente également, à travers la résistance 67, la diode Zener Z' dont le pôle positif est relié au pôle positif de l'amplificateur différentiel 50.De cette manière, l'amplificateur différentiel 50 est soumis à la différence de tension entre la tension de la diode Zener Z ' et la tension prélevée aux bornes de la résistance potentiométrique 64 ; il constitue un comparateur de tension. La valeur earactéristique proportionnelle intégrale de l'amplificateur 50 est déterminée par les valeurs de la résistance r1 et du condensateur c1. La sortie de l'amplificateur 50 est appliquée par le conducteur 52 à l'entrée négative de l'amplificateur opérationnel 35 à travers la résistance 36' qui déterminé la valeur maximum de la correction réalisée par la deuxième boucle d'asservissement. On limite de cette manière l'amplitude de la variation transitoire consecutive à une variation importante de la tension d'alimentation. La réalisation selon la Fig. 8 permet de constituer un stabilisateur de tension alternative qui corrige en moins d'une période les variations de- la tension d'alimentation tout en assurant une très grande précision grâce à la deuxième boucle de correction qui fonctionne en boucle fermée. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réali sation, représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Stabilisateur de tension alternative, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de mesure de tension relié aux bornes de la source d'alimentation de tension alternative à stabiliser, un élément de tension de référence, un comparateur à deux entrées respectivement reliées aux sorties respectives de l'élément de mesure et de l'élément de tension de référence, la sortie du comparateur est reliée à l'entrée analogique diun convertisseur analogi que-digital dont les sorties numériques sont reliées aux différentes entrées numériques d'un convertisseur digitalanalogique à deux sorties respectivement reliées à une des bornes-de sortie du stabilisateur et à une des bornes de la source dont 11autre constitue la seconde borne de sortie du stabilisateur. 2 - Stabilisateur de tension selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur digital-analo- gique comporte autant de cellules qu'il présente d'entrées digitales, chaque cellule fournissant chacune une tension analogique proportionnelle au poids de l'information digitale qu'elle reçoit, et les sorties des différentes cellules étant reliées en série de telle sorte que la tension alternative de sortie soit la résultante de tension en phase ou en opposition de phase suivant que la cellule correspondante du convertisseur reçoit une infor mation à l'état O - à i l'état 1. 3 - Stabilisateur de tension selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément de mesure comporte un condensateur monté en parallèle sur le circuit émetteur-collecteur d'un transistor, ledit circuit émetteur-collecteur étant relié à la sourcé d'ali- mentation par 11 intermédiaire d'un circuit redresseur qui alimente également la base du transistor. 4 - Stabilisateur de tension selon l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte supplémentair-e- ment un circuit à retard relié, d'une part, au circuit emetteur-collecteur du transistor et, d'autre part, à l'entrée de commande de conversion du convertisseur analogique-digital. 5-- Stabilisateur de tension selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit redresseur incorpore le secondaire d'un transformateur dont le primaire est directement relié à la source d'alimentation. 6 - Stabilisateur de tension selon d'une des revenducations 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément de référence de tension comporte une diode Zener reliée à une source de cou rant continue, une résistance potentiométrique étant reliée aux bornes de ladite diode Zener de sorte que le curseur de la résistance potentiométrique constitue la sottie de l'élément de tension de référence. 7 - Stabilisateur de tension selon d'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le comparateur comporte un amplificateur opérationnel à deux entrées dont une entrée est reliée au condensateur de l'élément de mesure et dont l'autre entrée est reliée au curseur de la résistance potentiométrique de l'élément de tension de référence. 8 - Stabilisateur de tension selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte supplémentwire- ment une chaîne de réglage fonctionnant en boucle fermée, et reliée entre les bornes de sortie du stabilisateur et l"él- ment de tension de référence. 9 - Stabilisateur de tension selon l'une des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que-la chaîne de réglage fonc- tionnant en boucle fermée comporte un organe de mesure w Siie aux bornes de sortie du stabilisateur, un organe de tension de référence, un comparateur à deux entrées respectivement reliées aux sorties de l'organe de mesure et de l'organe de référence, la sortie du comparateur étant reliée à l'élément de consigne par l'intermédiaire d'un amplificateur differentiel à caractéristique proportionnel et intégral. tO - Stabilisateur de tension selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que l'organe de mesure comporte un condensateur relié en parallèle sur un premier organe redresseur recevant la tension de sortie du régulateur. 11 - Stabilisateur de tension selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'organe de tension de référence comporte une diode Zener reliée à un second organe redresseur recevant la tension du régulateur, une résistance potentiométrique étant reliée aux bornes de la diode Zener de sorte que le curseur de ladite résistance potentiométrique constitue la sortie de l'organe de tension de référence. 12 - Stabilisateur de tension selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'organe redresseur est incorporé au secondaire d'un transformateur dont le primaire est relié aux bornes de sortie du régulateur. 13 - Stabilisateur de tension selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'action de la boucle d'asservissement secondaire décale dtune petite fraction seulement la valeur de consigne de la première boucle de réglage.