Brevet FR2206541A1 — publié le 19740607

L'invention concerne, d'une manière générale, un circuit de régulation d'alimentation perfectionné. Elle concerne plus particulièrement un circuit de régulation d'alimentation utilisant un commutateur demi-onde et un circuit de déclenchement lors du passage à zéro de la tension pour mettre en circuit le commutateur pour des demi-cycles prédéterminés. Dans les circuits d'alimentation utilisant un transformateur de réactance élevée et une sortie capacitive, le circuit est initialement en retard, c'est-à-dire que le courant d'entrée est en retard par rapport à la tension d'entrée au début de la période de charge du condensateur de sortie, et que le facteur de puissance est voisin de l'unité quand la charge du condensateur devient maximale. Par suite, ce type de circuit a un facteur de puissance variable. I1 est souhaitable de diminuer le courant d'entrée dans ce type d'alimentation. Pour ce faire, on peut introduire dans le circuit un courant en avance, tel que le facteur de puissance du circuit soit en retard au début de la période de charge du condensateur, et soit en avance d'une quantité égale à la fin de la période de charge.Pour ce faire, il faudrait ajouter un condensateur aux bornes de l'entrée, mais cette méthode est conteuse car elle nécessite un condensateur de capacité élevée. En outre, on pourrait brancher un condensateur conjointement avec un transformateur aux bornes de l'entrée afin de diminuer le courant d'entrée. Bien que lton puisse utiliser une capacité plus faible, cette méthode nécessiterait un autre transformateur en plus de celui présent dans l'alimentation. On a inséré un commutateur entre l'entrée et le transformateur pour réguler l'alimentation. Le commutateur utilisé peut titre un commutateur à triode bilatérale ou triac qui fournit une conduction bidirectionnelle et qui est aussi connu sous la dénomination commutateur demi-onde. Dans le passé, on-réalisait le déclenchement d'un triac par la méthode de la commande de phase, c'est-à-dire qu'on déclenchait le triac sur une fraction variable de son demi-cycle de tension et qu'on le mettait hors circuit quand le courant atteignait zéro.La commande de phase du triac ne fonctionnait bien que dans la mesure où on maintenait le circuit en avance (capacité) sur le cté entrée du triac0 I1 était souhaitable, cependant, pour des raisons d'économie, de placer le circuit en avance sur le côté transformateur du triac. Une raison en était que l'enroulement primaire d'un transformateur, aux bornes duquel on pouvait brancher un-condensateur, était déjà présent dans le circuit. Cependant, on a trouvé que la commande de phase ne fonctionnaît pas bien en utilisant ce type de circuit en avance. Une partie des difficultés était due à la mise hors circuit du triac. Le triac était mis en circuit par un oscillateur en un point prédéterminé de son demi-cycle de tension.Etant donné que le courant était en avance sur la tension, il était possible que, au moment où le courant devenait nul, le temps soit arrivé pour l'oscillateur de mettre à nouveau en circuit le triac. Ainsi, le triac pouvait ne pas être mis hors circuit. De même, si l'impulsion de déclenchement était appliquée en un autre point du demi-cycle, le triac pouvait ne pas rester en circuit durant une période suffisante. I1 était donc nécessaire de mettre au point une méthode de régulation autre que la commande de phase. La présente invention a pour but de fournir une alimentation régulée améliorée, utilisant un commutateur demi-onde dans le circuit de régulation. Selon un aspect de la présente invention, on réalise une alimentation régule comportant une entrée branchée à une source de courant alternatif, Un commutateur demi-onde, qui peut être un thyristor, est relié à l'entrée et présente la caractéristique de se verrouiller pour un demi-cycle complet lorsqu'il est déclenché. En outre, le commutateur comporte deux conducteurs de conduction et un conducteur de commande. Un transformateur ayant des enroulements primaire, secondaire et tertiaire est relié au commutateur. Un condensateur d'amélioration du Pacteur de puissance est relié aux bornes des enroulements primaire et tertiaire Ce branchement de condensateur est important pour réduire le courant d'entrée. De plus, en branchant le condensateur entre les enroulements primaire et tertiaire, plutôt que simplement aux bornes de l'enroulement primaire, on peut utiliser un condensateur gus petit et un fil de calibre plus faible. Un circuit de sortie est relié à l'enroulement secondaire du transformateur. I1 comporte une résistance pour détecter la tension dans le circuit de sortie. Dan ce cas, on utilise un tube à éclairs au xénon, ayant deux condensateurs de sortie reliés à ses bornes, comme charge de sortie. La résistance sensible à la tension est reliée à un comparateur. Le comparateur détecte la tension aux bornes de la résistance, et la compare à une tension de référence variable. Le comparateur est relié à un dispositif de déclenchement en courant alternatif, se déclenchant lors du passage à zéro de la tension.Un second capteur de tension, inclus dans le dispositif de déclenchement par passage à zéro de la tension, est branché aux bornes du commutateur, Le dispositif de déclenchement est relié au conducteur de commande du cosmutateur afin de déclencher le commutateur lors du passage à zéro de la tension pour des demi-cycles prédéterminés, qui chargent le condensateur de sortie. Le condensateur de sortie est ainsi chargé à un niveau prédéterminé dépendant du niveau de tension de référence présent dans le circuit comparateur, et la charge est maintenue par déclenchement du commutateur. Une impulsion d'amorcage appliquée par un circuit d'amorcage, qui est relié au tube, permet au condensateur de sortie de se décharger à travers le tube.Le commutateur est soit en circuit pour un demi-cycle complet, soit hors circuit pour un demi-cycle complet, mais n'est jamais en circuit durant une Praction du demi-cycle comme cela était le cas auparavant dans les anciens circuits à commande de phase. En utilisant ce type de commutateur, la relation entre le courant du commutateur et la tension d'entrée ne présente pas une grande importance, et le circuit est stable pour un facteur de puissance en avance et en retard. La figure unique est un diagramme schématique du circuit d'une forme d'alimentation régulée améliorée. Si l'on se réfère à cette figure, l'alimentation régulée améliorée comprend les conducteurs 1, 2 et 3 reliés à une source de courant alternatif. Le conducteur d'entrée 2 est relié à un c8té de l'enroulement primaire L1 du transformateur TI. Un commutateur demi-onde Qi, connu aussi sous le nom de thyristor, est relié au conducteur d'entrée 1 et à l'autre c8té de l'enroulement primaire Li. Dans cette réalisation, on a utilisé un triac comme commutateur Q1. La résistance R2 et le condensateur Cl sont branchés en série aux bornes du triac Q1 afin d'éviter dv/dt provenant d'un mauvais déclenchement du triac.Le transformateur élévateur TI est du type à réactance de fuite élevée et comporte un enroulement primaire L19 un enroulement tertiaire L2 et un enroulement secondaire L3 qui sont des inductances, et un noyau. Le condensateur C3 est branché aux bornes des enroulements L1 et L2 afin d'améliorer le facteur de puissance de l'entrée, et ainsi diminuer le courant d'entrée. L'enroulement tertiaire t2 est étroitement couplé à ltenroulement primaire L1, alors que l'enroulement secondaire L3 est faiblement couplé à l'enroulement primaire L1 et est branché à la sortie de l'alimentation. Un redresseur à deux alternances D1 est relié à l'enroulement secondaire L3 et convertit le courant alternatif transformé en courant continu pulsé. Ce redresseur comporte quatre diodes. Les condensateurs C3 et C4 sont branchés en parallèlle aux bornes du redresseur à deux alternances D1, et fournissent l'énergie pour l'excitation de la charge (tube) lorsqu'on amorce la charge. La charge est dans ce cas un tube au xénon X branché aux bornes des condensateurs C3 et C4. Le circuit d'amorçage 10 est relié à la charge L en vue de son amorçage. Ce circuit d'amorçage peut titre un circuit d'amorçage à impulsion classique utilisé pour l'amorçage des lampes à décharge. Les résistances R3, R4 et R5 sont branchu en série les unes par rapport aux autres, et en parallèlle avec les condensateurs C3 et C4.On utilise la résistance R5 comme capteur de tension de sortie, car la tension aux bornes de la résistance R5 est proportionnelle à la tension totale de sortie. Les lignes de réaction 4 et 5 sont reliées aux bornes de la résistance R5 et à un circuit comparateur 12. Le circuit comparateur 12 comporte deux transistors Q2 et Q3 de caractéristiques sisilaires. Les émetteurs des deux transistors sont réunis et reliés tous deux à la ligne de réaction 5 par l'intermédiaire de la résistance R7 qui est une résistance de polarisation d'émetteur. La résistance R8 est reliée au collecteur du transistor Q2, et la résistance R9 est reliée au collecteur du transistor Q3 pour limiter le courant et ainsi protéger chacun des transistors.Une diode photo-émettrice D5 est reliée à la résistance R9 et au collecteur du transistor Q3. La sortie de lumière est proportionnelle au courant traversant le transistor Q3 et la diode. La base du transistor Q2 est reliée à la ligne de réaction 4 et la base du transistor Q3 est reliée au curseur du potentiomètre R12. La résistance R10 est relié > par un côté à la base du transistor Q3, et par l'autre caté au potentiomètre R6 et au curseur du potentiomètre Ril. Le potentiomètre R12 est branché en série avec le potentiomètre R11 et les résistances R13 et R14.Ce montage série est branché aux bornes d'une diode Zener D2. La diode Zener D2 est branchée en série avec la résistance R15 et avec le circuit série branché aux bornes dune source de courant continu. Cette combinaison de Potentiomètres, ou se résistances variables,sistances et d'une diode Zener fournit une tension de référence réglable au circuit comparateur qui commande finalement le niveau dè charge des condensateurs de sortie C3 et C4. Lorsque la tension de référence sur la base du transistor Q3 est plus négative que celle sur la base du transistor Q2, le transistor Q3 conduit.Si la tension de réaction sur la base du transistor Q2 est plus négative que la tension de référence sur la base de 93, le transistor Q2 conduit. Ainsi on peut rendre conducteur soit le transistor Q3 soit le transistor Q22 selon la valeur des tensions appliquées à leur base respective. Quand le transistor Q3 conduit, la diode D5 émet de la lumière. La source de courant continu, qui fournit la tension au comparateur, comporte un redresseur à deux alternances D3 aux bornes duquel est branché un condensateur de Piltrage C5. Le redresseur à deux alternances D3 est, en outre, relié à la source de courant alternatif par l'intermédiaire de ltenroulement secondaire L5 du transofrmateur T2.L'enroulement primaire L4 est relié à la borne 3 de la source de courant alternatif. Le transistor photosensible Q4, qui est électriquement isolé de la diode D5, recoit le signal de sortie lumineux de cette diode D5. Ce montage transistor-diode est enfermé dans un boftier commun. En utilisant un couplage lumineux, on réalise l'isolation électrique entre le circuit comparateur 12 et le circuit de déclenchement 11. Le transistor photosensible Q4 est branché dans un circuit comportant un dispositif de déclenchement 11 en courant alternatif lors du passage à zéro de la tension et deux diviseurs de tension. Le dispositif de déclenchement 11 par passage à zéro de la tension est du type sensible à l'étant de tension du triac, et est sensible à un signal de commande externe d'une valeur prédéterminée. Quand le signal de commande atteint une valeur prédéterminée, c'est-à-dire quand le transistor Q4 conduit, une impulsion de déclenchement apparait sur le conducteur 7 lorsqu'apparait la condition de tension nulle suivante. Le dispositif de déclenchement 11 par passage à zéro de la tension peut etre de différents types. Dans cette réalisation, on a utilisé un "UA742 TRIGAC de Fairchild".On peut trouver une description plus complète du "UA742 TRIGSC de Fairchild" dans Application of the UA742 TRIGAC - A zéro Crossing AC Triggerw de Robert B. Boom, publié par Fairchild Semiconductor. Les résistances R17 et R18 sont branchées en série et forment un diviseur de tension. Les résistances R19 et R21 et le transistor photosensible Q4 sont branchés en série et forment un autre diviseur de tension.Le transistor Q4 conduit quand il recoit une quantité de lumière suffisante de la diode D5. Les diviseurs de tension mentionnés ci-dessus sont reliés au dispositif de déclenchement 11 à leurs points milieu, et fournissent une information sur le moment où le dispositif de déclenchement doit délivrer une impulsion au conducteur de sortie 7. La résistance R20 est reliée à la base et à l'émetteur du transistor Q4 à des fins de stabilisation. Les condensateurs C9 et C70 sont reliés au dispositif de déclenchement 77 afin de le stabiliser. Le condensateur Co se charge quand le transistor Q4 conduit, et se décharge à travers le conducteur 7 vers le conducteur de commande du triac, lors du passage à zéro de la tension du triac. Le dispositif de déclenchement est aussirelié à la gâchette du triac Q1 par l'intermédiaire du conducteur 7 afin de mettre en circuit le triac Q1 au voisinage du passage à zéro de la tension pour les demi-cycles prédéterminés. L'alimentation en courant continu pour les diviseurs de tension et le dispositif de déclenchement par passage à zéro de la tension est fournie par un pont redresseur à deux alternances D4 branché en parallèle avec le condensateur C10. La tension du pont est fournie par l'enroulement secondaire L6 du transformateur T2. L'enroulement secondaire L6 est couplé à ltenroule- ment primaire L4 du transformateur. En fonctionnement, il est souhaitable de maintenir une charge prédéterminée sur les condensateurs de sortie C3 et C4. On fournit une tension en courant alternatif aux bornes 1 2 et 3. Le commutateur demi-onde (triac Q1) ne conduit qutaprès délivrance d'une impulsion de déclenchement par le dispositif de déclenchement il. Après déclenchement du commutateur (triac Q1) par le dispositif de déclenchement, un courant commence à traverser le commutateur au voisinage du passage à zéro de la tension. Le transformateur T1 fournit une tension plus élevée aux bornes de l'enroulement secondaire L3. Le pont redresseur à deux alternances D1 convertit ensuite cette tension en une tension de courant continu pulsée qui charge les condensateurs C3 et C4. Lors du cycle initial de charge des condensateurs de sortie C3 et C4, le courant d,entrét est en retard sur la tension, du fait du faible couplage inductif entre l'enroulement primaire L1 et l'enroulement secondaire L3. Lorsque les condensateurs de sortie sont complètement chargés, le courant est en avance sur la tension à cause du trajet supplémentaire dû au condensateur C2 d'amélioration du Pacteur de puissance. Le courant sera en avance d'une quantité approximativement égale à son retard, et ainsi on diminue le courant d'entrée. La tension de sortie provenant des condensateurs de sortie C3 et C4 est détectée aux bornes de la résistance R5, et fournie au circuit comparateur 12. Si la tension sur la base du transistor Q2 est moins négative que la tension sur la base du transistor 93, le transistor Q3 conduit, ce qui provoque une émission de lumière de la part de la diode photo-émettrice D5. La lumière vient frapper le transistor photosensible Q4, ce qui le rend conducteur à travers R19 et R2i. Le dispositif de déclenchement compare la tension à la jonction de la résistance R19 et du collecteur du transistor Q4 et la tension à la jonction des résistances R17 et R20. Quand le transistor Q4 conduit, le condensateur C6 se charge, ce qui fournit de lténergie pour déclencher le triac Q1 au voisinage du début du demi-cycle suivant de tension aux bornes du triac. Lorsque l'on souhaite amorcer le tube X, le circuit d'amorcage 10 est excité, ce qui provoque l'ionisation du gaz dans le tube, et la décharge des condensateurs C3 et C4 à travers le tube qui produit un éclair, après quoi le tube s'éteint. Le circuit d'amorçage 10 fournit une impulsion de tension d'amplitude suffisante pour ioniser le tube à gaz. Etant donné que le triac fonctionne comme un commutateur demi-onde plutôt que comme un dispositif à commande de phase, on obtient une commande stable avec cette action d'avance et de retard. En outre, comme on peut utiliser l'enroulement primaire du transformateur, avec un enroulement tertiaire étroitement couplé dans un montage avec un condensateur C2 d'amélioration du facteur puissance, on peut réaliser des économies considérables. Le condensateur C2 est relativement petit, et avec le condensateur en parallèle avec l'enroulement primaire et l'enroulement tertiaire on fournit un trajet supplémentaire au courant, et le calibre des fils peut donc être plus faible. On a construit un circuit tel que celui représenté sur la figure 1 avec des composants présentant les caractéristiques suivantes s Résistances R2 - 100 ohms, 0,5 watt R3 R4 résistance combinée 6 megohms 12 W R5 - 6,8 k n, 0,5 W R6 - potentiomètre 25 k #, 2 W R7 - 330 ohms, 0,5 W R8 - t k #, 0,5 W R9 - 1 k A, 0,5 W R10 - 47 k n, 0,5 W R11 - potentiomètre 1 # 3 W R12 - potentiomètre 1 k #, 3 W R13 - 470 ohms, 0,5 W R14 - 820 ohms, 0,5 W R15 - 1 kcn, 0,5 W R16 - 12 k# , 5 W R17 - 33 kSE, 0,5 W R18 - 33 k #, # , 0,5 W R19 - 33 k #, 0,5W R20 - 1 megohmsSl0,5 W R21 - - k # 0,5 W Condensateurs C1 - 0,1 F, 400 V C2 - 8 F, 550 V C3 - 40 F, 3200 V CC C4 - 40 F, 3200 V CC C5 - 100 F, 50-V CC C6 - 0,47, F, 100 V C7 - 0,1 F, 100 V C8 - 0,047F,100 V C9 - 0,01 F, 100 V C10 - 100 F, 50 V CC Diodes D1 - 6000 V, 350 mA chacune D2 - 5,1 V, 400 mV, zener D3 - 200 V, 1 A chacune D4 - 200 V, 1 A chacune D5 - diode photo-émettrice - partie de l'isolation optique TI 111 Transformateur T1 - Enroulement primaire L1 - i 47 spires, fil de 1,3 mm de diamètre - Enroulement tertiaire L2 - 504 spires, fil de 0,72 mm de diamètre - Enroulement secondaire L3 - 5182 spires, fil de 0,29 mm de diamètre T2 - Enroulement primaire L4 - 573 spires, fil de 0,32 mrn de diamètre. - Enroulement secondaire L5 - 120 spires, fil de 0,32 mm de diamètre. - Enroulement secondaire L6 - 120 spires, fil de 0,32 mm de diamètre. Triac Q1 - 200 V, 10 A Transistors Q2 - double transistor sprague TD-401 Q3 Q4 - photo-transistor - pièce d'isolation otique TI 111 Il faut remarquer que les transistors Q3 et Q4 sont représentés dans l'exemple de la réalisation sous forme de transistors pnp. En effectuant les modifications appropriées de polarisation, on peut utiliser à leur place des transistors npn. R g V E N D T C A T I O N S 1. Circuit de régulation d'alimentation caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'entrée pour brancher le circuit à une source de courant alternatif, un commutateur demi-onde comportant deux conducteurs de conduction et un conducteur de commande, un desdits conducteurs de conduction étant relié audit dispositif d'entrée, un circuit de déclenchement pour appliquer un signal de commande audit conducteur de commande au voisinage du passage à zéro de la tension dudit commutateur, un dispositif inductif pour conduire un courant d'entrée en retard, relié à l'autre desdits conducteurs de conduction, un condensateur d'amélioration du facteur de puissance pour conduire un courant d'entrée en avance, relié dans un montage de circuit avec ledit dispositif inductif afin de réduire le courant d'entrée. 2. Circuit de régulation d'alimentation, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un transformateur ayant des enroulements primaire, secondaire et tertiaire, un dispositif incluant lesdits enroulement primaire et tertiaire formant ledit dispositif inductif pour conduire le courant en retard ; ledit condensateur d'amélioration du facteur de puissance étant relié auxdits enroulements primaire et tertiaire pour conduire le courant en avance. 3. Circuit de régulation d'alimentation, selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit de sortie renfermant le circuit de sortie relié audit enroulement secondaire t ledit circuit de sortie comportant un condensateur de sortie pour fournir une accumulation de charge, et un moyen de détection pour détecter la tension aux bornes dudit condensateur de sortie. 4. Circuit de régulation d'alimentation, selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit comparateur relié audit moyen de détection et à une tension de référence ; la sortie dudit circuit comparateur étant couplée audit circuit de déclenchement pour fournir le signal de commande audit conducteur de commande pour une tension prédéterminée captée par ledit moyen de détection. 5. Circuit de régulation d'alimentation, selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit circuit de déclenchement renferme un dispositif de déclenchement à courant alternatif lors du passage à zéro de la tension, ledit dispositif de déclenchement comportant un moyen pour détecter la tension aux bornes dudit commutateur demi-onde, un moyen pour appliquer le signal de commande audit conducteur de commande lors du passage à zéro de la tension pour mettre en circuit ledit commutateur, ce qui maintient une charge prédéterminée sur ledit condensateur de sortie. o. Circuit de régulation d'alimentation, selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif pour relier ledit circuit de sortie à un tube de décharge pour ioniser le gaz du tube et pour décharger ledit condensateur à travers le tube.