Brevet FR2243544A1 — publié le 19750404

On cannait des convertisseurs comprenant un montage onduleur alimenté par une tension continue d'entrée non régulée, qui fournit une tension de sortie comprenant des impulsions sensiblement rectangulaires à un montage redresseur de sortie. La tension continue produiteUpar le montage redresseur de sortie est comparée à une tension de référence, et la tension d'erreur résultante est utilisée pour modifier la durée des impulsions produites par le montage onduleur de façon à diminuer la tension d'erreur. Dans les convertisseurs usuels de ce type, la modification de la durée des impulsions a lieu par déphasage de deux tensions unipolaires. Le montage de régulation est relativement compliqué et la régulation est difficile pour une très faible consommation de courant ou une faible tension de sortie. La présente invention a pour objet un convertisseur convenant en particulier pour des blocs d'alimentation secteur stabilisés, de structure simple et ne présentant pas les incon vénients précités. Ce problème est résolu en ce que le montage de régulation comprend un oscillateur à oscillations libres pour produire une tension alternative de commande en forme tondes triangulaires sensiblement symétrique par rapport à la tension zéro, un montage à valeurs de seuil alimenté par cette tension alternative de commande qui délivre une tension alternative à impulsions triangulaires sensiblement symétrique par rapport à la tension zéro dont l'amplitude correspond à des parties de la tension alternative de commande dépassant une valeur de seuil, un montage générateur de valeurs de seuil qui transmet au montage à valeurs de seuil des tensions de valeurs de seuil symétriques par rapport à zéro dont l'amplitude peut être commandée par une tension continue de commande, et un montage conformateur d'impulsions alimenté par la tension alternative sous forme dtimpulsions triangulaires, qui produit à partir de ladite tension alternative à impulsions triangulaires une tension de commande de commutation comprenant des impulsions rectangulaires qui commande le montage onduleur. Le réglage à zéro du convertisseur selon l'invention est facile, la tension n'augmente pratiquement pas lorsque la charge est déconnectée on peut réaliser ce convertisseur en utilisant des composants de prix avantageux, que lton trouve dans le commerce. En outre, le convertisseur selon l'invention se carac prise par un rendement (rapport de la puissance de sortie à la puissance d'entrée) excellent. On va décrire dans la suite un bloc d'alimentation secteur destiné à produire une tension continue de sortie pouvant être régulée, comprenant un convertisseur réalisé selon un exemple d'exécution de l'invssntion. Sur les figures du dessin annexé La figure 1 est un schéma synoptique de principe du bloc d'alimentation secteur selon l'invention La figure 2 est un schéma de montage plus détaillé du bloc d'alimentation conforme à la figure i La figure 3 est un schéma de montage d'un convertisseur réalisé selon un mode d'exécution de de l'invention, contenu dans le bloc d'alimentation secteur conforme aux figures 1 et 2 L La figure 4 est le schéma de montage d'un exemple de réalisation dfun montage limiteur d'intensité pour convertisseur selon 1' invention La figure 5 est un schéma de montage dfun exemple de réalisation d'un montage de protection contre les surtensions pour convertisseur selon l'invention. La figure 1 est un schéma synoptique d'un bloc d'alimentation secteur comprenant un convertisseur selon l'invention et délivrant à partir dtune tension alternative d'entrée de, par exemple 220 V, 50 Hz, une tension continue de sortie stabilisée réglable comprise entre O et + 5V. L'intensité de sortie maximum est de 30 A. Le bloc d'alimentation secteur selon la figure 1 comporte des bornes de tension alternative 10 qui peuvent être branchées sur le secteur alternatif et sont reliées par l'intermédiaire d'un interrupteur 12 et d'un filtre passe-bas 14 d'une part à un bloc d'alimentation auxiliaire 16 et, de l'autre, par l'intermédiaire d'un contact de repos d'un relais à maximum de tension 18, à un montage redresseur entrée 20. Le bloc d'alimentation auxiliaire 16 délivre une tension de service de, par exemple, + 15 V, pour les différents amplificateurs et appareils analogues qui sont contenus dans le montage de régulation, etc. du convertisseur.Il comprend un transformateur présentant une isolation suffisante entre le primaire et le secondaire, de sorte que les tensions de service pour les amplificateurs, etc. sont indépendantes du secteur c'est-à-dire n'ont pas de liaison galvanique avec les bornes de tension alternative 10. Le montage redresseur d'entrée 20 peut etre un montage en pont redresseur biphasé usuel comportant quatre diodes redresseuses et un condensateur de lissage intercalé à la suite, et il délivre une tension continue entrée non régulée à un montage onduleur 22 commandé de l'extérieur qui peut etre réalisé de façon connue. il peut en particalier comprendre, comme le montre la figure 2, quatre transistors T1 à T4, un transformateur de commande 24 à noyau annulaire et un transformateur de sortie 26 à noyau feuilleté.Comme le principe du montage onduleur 22 est connu, il n'y a pas lieu de le décrire davantage et d'entrer dans les détails de son fonctionnement, il suffit de mentionner ici que le transformateur de sortie 26 comporte un secondaire pourm d'une prise centrale sur laquelle est présente une tension alternative de sortie sous la forme d'impulsions sensiblement rectangulaires transmises à un montage redresseur de sortie 30 comprenant un montage redresseur biphasé 32 ainsi qu'une channe de filtrage 34. Les bornes de sortie du montage redresseur de sortie 30 sont reliées à des bornes de sortie 36 sur lesquelles est présente la -tension continue de sortie. Les bornes de sortie 36 sont en outre reliées à un montage de protection contre les surtensions 38 qui comprend un thyristor 40 dont le circuit commandé est monté en parallèle sur les bornes de sortie 36.Le montage de protection 38 est en outre relié au relais à maximum 18 et il le commande d'une façon qui sera expliquée plus en détail dans la suite. La position dans le temps et la durée des impulsions de polarité alternées constituant la tension alternative de sortie du montage onduleur 22 est déterminée par une tension de commande de commutation se présentant essentiellement sous la forme d'impulsions rectangulaires, qui est appliquée à un primaire 42 du transformateur de commande 24 par un montage conformateur d'impulsions 44 qui constitue une partie du montage de régulation de l'onduleur et est représenté plus en détail sur la figure 3. On va expliquer à présent avec davantage de détails, en se référant a la figure 3, comment cette tension de commande de commutation est produite. La fréquence de commutation du montage onduleur 22 (figures 1 et 2) est déterminée par un oscillateur ; oscillations libres 46 qui comprend un amplificateur opérationnel et délivre une tension de commande en forme d'ondes triangulaires sensiblement s)mCtrique par rapport à la tension 0 (potentiel de la masse), dont l'allure est indiquée par la référence 48. La tension de commande triangulaire 48 est transmise à une entrée de signaux 50 d'un montage à valeurs de seuil 52 réalisé de façon symétrique par rapport à la masse qui comprend quatre diodes redresseuses montées en opposition (voir figure 3).Le montage à valeurs de seuil 52 reçoit en outre deux tension de valeurs de seuil symétriques par rapport à la masse (donc une tension de valeurs de seuil positive et une tension de valeurs de seuil négative par rapport à la masse), qui sont produites par un montage générateur de valeurs de seuil 52 et sont représentées par exemple en 56. Le montage à valeurs de seuil 52 délivre à une borne de sortie 58 une tension de sortie comprenant des impulsions rectangulaires qui correspondent aux parties de la tension alternative de commande 48 dont l'amplitude dépasse les tensions de valeurs de seuil 56. A la sortie 58 du montage à valeurs de seuil est branchée une entrée d'un amplificateur opérationnel 50 dont l'autre sortie est à la masse.L'amplificateur opérationnel dont une résistance 53, constitue la contre-réaction amplifie la tension de sortie du montage à valeurs de seuil ; l'allure de la tension de sortie amplifiée est représentée,par exemple, en 54. La tension de sortie de l'amplificateur opérationnel 50 est transmise au montage conformateur d'impulsions 44 qui comprend trois étages amplificateurs superposés dans lesquels la tension de sortie du montage à valeurs de seuil 92 est transformée en la tension de commande de commutation 56 qui comprend des impulsions rectangulaires de polarité alternée et des intervalles entre impulsions dans lesquels la tension est nulle, et est appliquée par une borne de sortie 58 du primaire 42 du transformateur de commande 24 faisant partie du montage onduleur 22.La structure du montage conformateur d'impulsions ressort de la figure 3 et n'a pas à être décrite, car elle correspond essentiellement à l'état actuel de la technique. il suffit de mentionner que, dans le montage conformateur d'impulsions 44, les impulsions triangulaires sont rendues par l'amplificateur opérationnel 50, par surmodulation, rectanulaires, et que la faible tension présente entre les impulsions triangulaires qui correspond à la tension de seuil des diodes du montage à valeurs de seuil 52 est supprimée par une tension de polarisation correspondante et un comportement à valeurs de seuil provoqué ainsi d'un ou plusieurs étages amplificateurs du montage conformateur d'impulsions 44. Le montage générateur de valeurs de seuil 55 comprend un montage à tension de référence 60 qui est branché sur la borne de sortie positive (+ 15 V) du groupe d'alimentation auxiliaire 16 et délivre une tension de référence V4 de, par exemple, 4, 5 V, par l'intermédiaire dtune résistance série, à l'une des sorties d'un amplificateur opérationnel 62 dont l'autre entrée est reliée aux cathodes reliées entre elles de trois diodes 56, 67 et 68. La sortie de l'amplificateur opérationnel 62 est reliée par deux résistances 70, 72 montées en série à son entrée de tension de référence.Le point commun des deux résistances 70 et 72 est relié premièrement par une diode de décalage de niveau 74 à la masse, deuxièmement par une résistance 76 à l'une des entrées dtun autre amplificateur opérationnel 78 et troisièmement, par une résistance de découplage 80, à l'une des entrées de tension de valeurs de seuil du montage a valeurs de seuil 52. L'autre entrée de l'amplificateur opérationnel 78 est à la masse. La sortie de l'amplificateur opérationnel 78 est reliée par une résistance de contre-réaction 82 à la première entrée et, par une résistance de découplage 84, à la seconde entrée du montage à valeurs de seuil 52. L'anode de la diode 66 est reliée au curseur dsun potentiomètre 86 dont les extrémités sont reliées chacune par une résistance aux bornes de sortie 36. Le potentiomètre 86 permet de modifier la tension de sortie -présente aux bornes de sortie 36 que l'on peut faire varier, dans l'exemple de réalisation représenté, entre environ 3, 8 et 5 V. On peut aussi atteindre, par de légères modifications du montage à tension de référence 60 et du diviseur de tension contenant le potentiomètre 86, un autre domaine de réglage, en particulier jusqu'à zéro (par valeurs descendantes). La diode 67 a pour role de fournir une tension de commande de programmation permettant de commander la tension de sortie sur les bornes 36 indépendamment de la régulation. On peut par exemple, en appliquant une tension positive nettement supérieure à la tension de référence VR, diminuer la tension de sortie aux bornes de sortie 36 jusqutà 0, donc jusqu'à la couper. La coupure-peut, dans ce cas, avoir lieu de façon discontinue ou plus ou moins continue, selon l'allure de la tension de commande de programmation entre une valeur correspondant à la tension du po tentiomètre 86 et une valeur plus positive correspondant à la tension de sortie 0. La diode 68 a pour rôle de fournir une tension de limitation d'intensité, qui selon la figure 4 est délivrée par le montage de limitation d'intensité. Le montage de limitation d'intensité entre en action, lorsque le courant de sortie dépasse la valeur nominale (ici, de 30 A) et il abaisse alors la tension de sortie suffisamment pour que ltintensité nominaBmaximale admissible ne soit pas dépassée. Le montage de limitation d'intensité comprend un amplificateur différentiel ou opérationnel 90 à une entrée 91 duquel est envoyée une tension de référence par un montage à tension de référence usuel 92 qui est intercalé entre la borne de sortie négative du bloc d'alimentation auxiliaire 16 et la masse et délivre une tension de référence stabilisée. L'autre entrée 93 reçoit une tension de signal de la prise centrale 94 (figure 2) du secondaire du transformateur de sortie 26 du montage onduleur 22. Pour détecter des surintensités, on utilise donc la chute de tension qui apparaît sur un tronçon de la ligne de sortie moins, du convertisseur, entre la prise centrale 94 et un point de masse 96 sur lequel est également branché le diviseur de tension comportant le potentiomètre 86. L'amplificateur opérationnel 90 a pour contre-réaction un montage RC 96 et sa sortie est reliée à la diode 68 par un diviseur de tension à résistances 98. Lorsque le courant de sortie augmente, la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel 90 devient de plus en plus positive et le montage est dimensionné de façon que cette tension devenant de plus en plus positive commence à abaisser la tension de sortie, lorsque l'inten- sité nominale maximale admissible est dépassée. Les lignes 100, 101 allant des bornes de sortie 36 au diviseur de tension comportant le potentiomètre 86 peuvent comprendre des bornes 102, respectivement 103, permettant une séparation et un branchement sur une ligne dite sensible ou de détection. Cette mesure est, comme il est connu, utile, lorsque la tension doit etre maintenue constante directement sur un récepteur et que la chute de tension sur les lignes de liaison entre le récepteur et les bornes de sortie du bloc d'alimentation secteur n'est pas négligeable. Lorsqu'une ligne sensible est interrompue, la régulation ne peut plus fonctionner, car la diode 66 ne peut plus alors recevoir de tension de valeur instantanée, amis une tension trop positive ou trop négative, selon la ligne sensible interrompue. Lorsque la ligne sensible positive est interrompue, la tension de sortie diminue fortement, tandis que, lorsque c'est la ligne sensible négative qui est interrompue elle augmente à la valeur maximale non régulée de la tension que le convertisseur peut délivrer. Pour éviter cela, ainsi que des détériorations éventuelles sur le récepteur branché, on prévoit le montage de protection contre les surtensions 38 qui est représenté plus précisément sur la figure 5. Le montage de protection contre les surtensions 38 (figure 5) comprend le thyristor 40 déjà mentionné dont l'électrode de commande est relié au point commun entre la cathode d'un second thyristor 106 et une borne d'une résistance 108. L'autre borne de la résistance 108 est branchée sur la ligne de sortie négative. L'anode du thyristor 106 est reliée par un condensateur 110 à la ligne de sortie négative et par l'enroulement de commande du relais 18 à la borne de sortie positive du bloc d'alimentation auxiliaire 16 (figure 1). L'électrode de commande du thyristor 106 est reliée au point commun entre la cathode d'une diode Zener 112 et une borne d'une résistance 114 shuntée par un condensateur. L'autre borne de la résistance 114 est branchée sur la ligne de sortie négative, l'autre borne de la diode Zener sur la ligne de sortie positive, ces lignes aboutissant aux bornes de sortie 36. Le relais 18 comprend, comme on l'a mentionné , un contact de repos qui est intercalé dans la ligne comprise entre le filtre passe-bas (donc les bornes de tension alternative 10) et le montage redresseur d'entrée 20, et coupe cette liaison, lorsque le relais est excité. Le montage de protection contre les surtensions 38 fonctionne de la façon suivante. Lorsque la tension entre les lignes de sortie, donc sur les bornes de sortie 36, dépasse la valeur maximale admissible, le thyristor 106 est amorcé par la chute de tension sur la résistance 114. Cela provoque l'amoreage du thyristor 40 qui court-circuite alors les bornes de sortie 36, et également l'excitation du relais 18 qui sépare alors le convertisseur de la source de tensio-n alternative, c'est-j-dire du secteur. Le montage de protection contre les surintensités décrit a pour avantage que le thyristor 40 n'a à être dimensionné que pour une puissance relativement faible, car il ne doit court-circuiter tout le courant de sortie du montage onduleur que jusqu' ce que le relais 18 ait réagi. Du fait que de petits thyristors réagissent plus vite que des thyristors dimensionnés pour de plus grandes puissances, le montage de protection contre les surtensions décrit se caractérise en outre également par un fonctionnement particulièrement rapide. R E V E Nr D I C A T I O N S REVEDICTIONS 1.- Convertisseur destiné à produire une tension continue de sortie stabilisée de grandeur réglable à partir d'une tension continue d'entrée non réglée, comportant un montage onduleur alimenté par la tension continue non réglée et délivrant une tension alternative de sortie comprenant des impulsions sensiblement rectangulaires, ainsi qu'un montage redresseur de sortie branché à la sortie du montage onduleur, délivrant la tension continue de sortie, et qu'un montage de régulation branché à la sortie du montage redresseur de sortie et sur le montage onduleur, qui règle la durée des impulsions en tendant à maintenir constante la tension continue de sortie, caractérisé en ce que le montage de régulation comprend un oscillateur à oscillations libres (46) pour produire une tension alternative de commande en forme dindes triangulaires sensiblement symétrique par rapport à la tension zéro, un montage à valeurs de seuil (52) alimenté par cette tension alternative de commande qui délivre une tension alternative à impulsions triangulaires sensiblement symétrique par rapport à la tension zéro (94) dont l'amplitude correspond à des parties de la tension alternative de commande (48) dépassant une valoir de seuil, un montage générateur de valeurs de seuil (55) qui transmet au montage à valeurs de seuil des tensions de valeurs de seuil (5S) synétriques par rapport à zéro dont l'ampli- tude peut être commandée par une tension continue de commande, et un montage conformateur d'impulsions (44) alimenté par la tension alternative sous forme d'impulsions triangulaires, qui produit à partir de ladite tension alternative à impulsions triangulaires ulule tension de commande de commutation (56) comprenant des impulsions rectangulaires qui commande le montage onduleur (22). 2,- Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le montage générateur à valeurs de seuil comprend un montage de commutation (86) branché i la sortie du montage redresseur de sortie qui fournit une tension continue de commande directement proportionnelle l la tension continue de sortie au montage générateur de valeur de seuil. 3.- Convertisseur selon L'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le mcntage eénératcllr de valeurs de seuil (55) peut être commandé par au moins une autre tension continue de commande indépendante de la tension continue do sortie. 4.- Convertisseur selon L'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le montage générateur de valeurs de seuil comprend un montage amplificateur (62, 78) qui produit, à partir d'une tension d'entrée rapportée à la masse, deux tensions de valeur de seuil rapportées à la masse de même amplitude et de polarités opposées. 5.- Convertisseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'entrée du montage amplificateur peut recevoir une tension de référence VR, une tension de valeur instantanée dérivant de la tension continue de sortie (par l'intermédiaire de la diode 66), une tension de commande de programmation (par l'intermédiaire de la diode 67) et une tension de sortie d'un montage limiteur d'intensité, par l'intermédiaire de diodes de découplages (66, 67, 68). 6.- Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un montage de protection contre les surtensions (38) comportant deux thyristors (40, 106) dont l'un est branché par ses électrodes principales sur les bornes de sortie 36 et par son électrode de commande sur le second thyristor 106 dont l'électrode de commande est reliée à un diviseur de tension (112, 114) intercalé entre les bornes de sortie 36, et en ce que le second thyristor 106 est relié à une source de courant auxiliaire 16 par l'intermédiaire dlln enroulement de travail d'un relais 18 comportant au moins un contact de repos qui coupe la tension continue d'entrée du montage onduleur, lorsque le relais est excité. 7.- Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc d'alimentation auxiliaire 16 indépendant de la tension continue d'entrée non régulée, qui alimente les montages de l'onduleur, à ltexcep- tion du montage onduleur, en énergie active. 8.- Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ltoscillateur 46, le montage générateur de valeurs de seuil 55 et le montage conformateur d'impulsions 44 sont réalisés avec des amplificateurs opérationnels.