Brevet FR2261648A1 — publié le 19750912

La présente invention concerne les convertisseurs et en particulier la commutation des redresseurs commandés principaux d'un convertisseur. Les convertisseurs commandés par impulsion auxiliaires sont généralement utilisés pour fournir de la puissance alternative à une charge à partir de la tension continue d'une pille à combustible ou d'une autre source de tension continue appropriée. La plupart des convertisseurs comprennent une paire de redresseurs commandés principaux connectés entre la source de tension continue et la charge; la mise en circuit et la mise hors de circuit altier native des redresseurs commandés principaux fournissent la puissance alternative à la charge. Dans les convertisseurs commandés par impulsions auxiliaires une impulsion de courant est engendrée par un commutateur, tel qu'un redresseur commandé auxiliaire, pour renverser la tension au redresseur commandé principal conducteur et bloquer celui-ci L'impulsion doit avoir une durée plus grande ou égale au temps de blocage du redresseur commandé principal conducteur.Normalement l'impulsion est normalement produite à l'aide d'un circuit oscillant à inductivité et capacité dans lequel la période propre est directement liée au temps de blocage des redresseurs commandés principaux et l'impédance caractéristique est liée à la tension fournie par la source de tension continue et la valeur maximale du courant de charge fournie par le convertisseur. I1 est bien connu dans l'art que pour le fonctionnement efficace d'un convertisseur le temps idéal entre le début del'impulsion et la mise en service du redresseur commandé principal bloqué est égal à la moitié de la période caractéristique du ré- seau 1. Cependant ces convertisseurs ont tendance à ne pas fonc- tionner quand la charge augmente rapidement. Ainsi le redresseur commandé principal est normalement mis en service avant le temps idéal, ce qui fournit des convertisseurs moins efficaces qui fonctionnent quand la charge est augmentée rapidement. Jusqu'Ci présent un appareil simple, sur et efficace fonctionnant sous toutes les conditions de variations de charge n'est pas connu dans l'art. Le but de la présente invention est de fournir un convier tisseur pouvant fonctionner efficacement quand la charge raccordée augmente rapidement. Selon l'invention ce but est atteint à l'aide d'un con vertisseur commandé par impulsions auxiliaires comprenant un dispositif rependant à l'augmentation rapide de la charge qui cause une diminution de l'interval de temps entre le début du courant de commutation et la mise en circuit du redresseur commandé principal bloqué. Un convertisseur selon l'invention est très efficace, parce qu'il est bimodal; le convertisseur fonctionne dans le mode à efficacité élevée, quand la charge raccorde n'augmente pas rapidement et fonctionne dans un mode à efficacité faible pendant une courte période de temps après l'augmentation rapide de la charge. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparattront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation préféX de l'invention représenté dans les dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est un diagramme en bloc schématique du mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 2 est un diagramme en bloc schématique de l'unité de variation du temps du mode de réalisation de la figure 1; la figure 3 est un diagramme schématique en bloc du gêné rateur de cadence du mode de réalisation de la figure 1; et la figure 4 est un diagramme qui montre la relation entre les impulsions fournies par le générateur de cadence montré dans la figure 3, Dans la présente invention un convertisseur fonctionne dans deux modes de fonctionnement distincts.Quand la charge raccordée est constante, diminue ou augmente lentement, le convertisseur fonctionne dans le mode à efficacité élevée. Quand la charge augmente rapidement, le convertisseur fonctionne pendant une courte période de temps dans un mode à efficacité faible qui assure le fonctionnement continu du convertisseur. Dans la figure .1 un convertisseur commuté par impulsions auxiliaires comprend une paire de redresseurs commandés principaux 10, 12, la cathode du redresseur commandé principal 10 étant connes tés à l'anode du redresseur commandé principal 12. La borne posi tive 16 d'une source de tension continue 14 avec prise centrale est reliée à l'anode du redresseur principal commandé 10 par l'intermé dia ire d'un conducteur 18. La borne négative 20 de la source de tension continue 14 est connectée à la cathode du redresseur principal commandé 12 par l'intermédiaire de la ligne de retour 22. Une charge 24, un filtre inductif 26, et un transformateur de courant 27 sont connectés en série entre la jonction de la cathode et de l'anode des redresseurs principaux 10, 12 et la prise médiane de la source de tension continue 14 par l'intermédiaire du conducteur neutre 28. Un condensateur de filtrage 29 est connecté en parallèle à la charge 24. Lors du fonctionnement du convertisseur, les redresseurs commandés principaux 10, 1Z sont alternativement mis en circuit et mis hors de circuit, de sorte que des courants respectifs passent à travers la charge dans les directions indi queues par les flèches 30, 32. Les redresséurs commandés principaux 10, 12 sont simultanément non-conducteurs ou bloqués pendant une courte période de temps après qu'un redresseur commandé principal a été bloqué. Des impulsions de tension porte-cathode (appelées impulsions de synchronisation) sont fournies par un générateur de cadence 34 aux redresseurs commandos principaux 10, 12 pour mettre ceux-ci alternativement en circuit. Le générateur de cadence 34 est connecté à la porte et à la cathode du redresseur commandé principal 10 par des lignes de signaux 36, 38 respectives et à la porte et la cathode du redresseur commandé principal 12 par l'intermédiaire de ligues de signaux 40, 42 respectives. Afin d'expliquer les principes de la présente invention, sup posons que le redresseur commandé principal 10 a été mis en circuit en réponse à une impulsion de synchronisation fournie par le générateur de cadence sur les conducteurs 36, 38. En plus, le redresseur commandé principal 12 est bloqué et un condensateur 44 est chargé de sorte que la plaque 46 est positive par rapport à l'au- tre plaque 48. La plaque 46 est connectée par une bobine de commutation 50 au point de jonction de la cathode et de l'anode des redresseurs commandés principaux 10, 12. Un redresseur commandé auxiliaire 52 est connecté avec son anode à la borne positive 16 par l'intermédiaire d'un conducteur 18 et avec sa cathode à la plaque 48 du condensateur 44. La porte et la cathode du redresseur commandé auxiliaire 52 sont connectées au générateur de cadence 34 par des lignes de signaux 54, 56, respectives. L'anode et la cathode d'une diode 58 sont respectivement connectées G la cathode et l'anode d'un redresseur commandé principal 10. En réponse à une impulsion de synchronisation (nommée impulsion de synchronisation de commutation) fournie par le générateur de cadence sur les lignes 54, 56 , le redresseur commandé auxiliaire 52 est mis en circuit, de sorte que l'énergie emmagasinée dans le condensateur 44 ( ro-. est fournie portionelle au carré de la tension au condensateur 44)/à la bobine 50, ce qui cause un courant de commutation à circuler par les bobines 26, 50, la charge 24 et le transformateur 27 réduisant ainsi à la valeur zéro le courant de charge circulant à travers le redresseur principal commandé 10. La partie du courant de commutation dépassant le courant de charge circule à travers la diode 58, ce qui provoque une petite tension positive entre l'anode et la cathode de de celle,ci, qui met hors circuit le redresseur commandé principal 10. Quand le courant de commutation est substantiellement égal à zéro, le redresseur commandé auxiliaire 52 est-automatiquement éteint. Ainsi le redresseur commandé auxiliaire 52, en combinaison avec le redresseur 44, la bobine 50 et la diode 58, commute le redresseur commandé principal 10.Le condensateur de commutation 44 est maintenant chargé dans le sens opposé, la plaque 48 portant la charge positive. Après que le courant de commutation a mis hors circuit le redresseur commandé principal 10, une impulsion de synchronisation fournie par le générateur de cadence 34 sur les conducteurs 40, 42 enclenche le redresseur commandé principal 12. La commutation du redresseur commandé principal 12 est similaire à la commutation du redresseur commandé principal 10 décrite plus haute. Un redresseur commandé auxiliaire 60 est connecté avec son anode à la borne 20 par l'intermédiaire d'un conducteur 22 et avec son anode à la plaque 48 du condensateur 44. La porte et la cathode du redresseur commandé auxiliaire 60 sont connectées au générateur de cadence 34 respectivement par une ligne de signaux62 et le conducteur 22. L'anode et la cathode d'une diode 64 sont respectivement connectées à la cathode et 3 l'anode du redresseur commandé principal 12. En réponse à une impulsion de synchronisation de commutation fournie par le générateur de cadence, le redresseur commandé auxiliaire 60 devient conducteur, ce qui provoque un courant de commutation à circuler par les bobines 50, 26, la charge 24 et le transformateur 27, ce qui réduit à zéro le courant de charge passant travers le redresseur commandé principal 12. La portion du courant de commutation dépassant le courant de charge circule à travers la diode 64 et provoque une petite tension positive entre l'anode à la cathode de celle-ci qui éteint le redresseur commandé principal 12. Quand le courant de commutation est substantiellement égal à zéro, le redresseur commandé auxiliaire 60 est automatiquement éteint. Ainsi le redresseur commandé auxiliaire 60 commute, en combinaison avec le condensa~ teur 44, la bobine 50 et la diode 64, le redresseur commandé principal 12. Après la commutation du redresseur commandé principal 12, le condensateur 44 est de nouveau chargé; la plaque 48 est néga tive par rapport à la plaque 46 et le condensateur 44 est ainsi préparé pour commuter le redresseur commandé principal 10. Tel qu'il est bien connu dans l'art, le convertisseur fonctionne le plus efficacement et fonctionne donc dans le mode à efficacité élevée, quand l'intervalle de temps entre deux paires d'impulsions de synchronisation fournit respectivement à un redresseur commandé auxiliaire et un redresseur commandé principal blo- qué est donné par la formule ot L est l'inductivité de la bobine 50, C est la capacité du condensateur 44, et t est égal à la moitié de la période caractéristique du ré- o seau composé de la bobine 50 et du condensateur 44. Si les circuits de commutation consistaient seulement d'un redresseur commandé auxiliaire, un condensateur et une bobine, un courant de commutation circulerait pendant un intervalle de temps t et deviendrait alors zéro. Pendant l'intervalle de commutation o cependant, quand les deux redresseurs commandés principaux sont bloqués, la charge 24 et la bobine 26 augmentent la période caractéristique du circuit qui conduit le courant de commutation.Ainsi, à cause de l'augmentation de la période caractéristique, le courant de commutation est conduit par des redresseurs commandés auxili aires 52, 60 pendant une période de temps plus grande que t o Pour des raisons expliquées plus bas, le convertisseur fonctionne dans le mode à efficacité élevée sous toutes les conditions, à l'exception des augmentations rapides de la charge Ordinairement, quand le convertisseur fonctionne dans le mode à efficacité élevez, la vitesse d'une augmentation de la charge 24 doit etre limitée, parce que la tension au condensateur 44 est augmentée d'une valeur fournie par le courant de charge pendant une partie de la commutation après que le redresseur commandé principal a été bloqué.Ainsi, bien que le convertisseur puisse fonctionner sous charge maximum, une augmentation rapide de la charge zéro à la charge maximum, par exemple, peut causer une panne de la commutation, parce qu'une charge insuffisante du condensateur 44 provoque un courant de commutation insuffisant immédiatement après l'augmentation du courant de la charge. Dans la présente invention, une augmentation rapide de la charge 24 provoque un intervalle de temps t entre c une impulsion de synchronisation de commutation et une impulsion de commutation fournie pour mettre en circuit le redresseur commandé principal bloqué.L'intervalle t est donné par la formule: c Les hommes de l'art savent que si l'intervalle de temps e-n- tre les impulsions de synchronisation est inférieur à l'intervalle de temps t (tel que l'intervalle de temps tc), le condensateur o 44 se charge à une tension plus élevée (la charge augmentée du condensateur 44 est proportionnelle au courant de commutation quand le redresseur commandé principal devient conducteur) ce qui fournit un courant de commutation plus élevé quand le condensateur 44 est déchargé. I1 est bien connu dans l'art que, bien que l'effi cacité du convertisseur soit plus petite, quand l'intervalle de temps t est utilisé, le convertisseur fonctionne avec uneefficaci- c té optimale sous les conditiQns d'une augmentation rapide de la charge. Dans la présente invention, des changements rapides de la charge 24, tel que des changements à pas, sont partiellement isolés du convertisseur parla bobine 26, parce que des changements instantanés du courant de charge ne peuvent pas passer par la bobine. Un courant de mesure proportionnel au courant de charge est fourni par la bobine secondaire du transformateur 27 à l'unité de variation de temps 60 sur des lignes de signaux 68, 70. En réponse à une augmentation rapide prédéterminée dans la charge 25, l'unité de variation de temps 70 fournit une impulsion, typiquement égale à 30 millisecondes pour des convertisseurs fournissant la puissance à la fréquence de 60 Hz à la charge. Il faut noter que les intervalles t et t sont beaucoup plus petits que 30 millisecondes. La sortie de l'unité de variation de temps 66 est connectée au générateur de cadence 34 par une ligne de signal 78. Pendant l'im- pulsion de 30 millisecondes le générateur de cadence 34 fournit des impulsions de synchronisation de commutation et des impulsions pour mettre en service les redresseurs commandés principaux, tel que décrit plus loin, avec un intervalle de temps entre les impur suions égal à l'intervalle de temps t c Dans la figure 2 l'unité de variation du temps 66 est compo sée d'un détecteur pointe-à-pointe, 72 , d'un filtre passe-haut 74 et d'un multivibrateur monostable 76 tous connectés en série. En réponse à une augmentation de la charge 24, une augmentation du courant est fournie par le condensateur 29, Le détecteur pointue à-pointe 72 fournit une tension proportionnelle au courant passant par la charge 24. La sortie du détecteur 72 est connectée au filtre 72 qui fournit une tension de déclenchement en réponse à une augmentation rapide du signal de sortie du détecteur 72, La tension d'attaque fournie par le filtre passe-haut déclenche le multivibra teur monostable 76, qui fournit une impulsion de 30 millisecondes en réponse à cette tension sur la ligne 78. Dans les figures 1, 2 et 3, le générateur de cadence 34 com- prend une source de signaux de cadence 80 qui fournit des impur sions de tension étroites, positives à une fréquence de 120 Hz > Les- impulsions correspondent au o,TF, 3 ,,.. dans le cycle de la tension alternative de 60 Hz fournie à la charge 24. Le diagramme a de la figure 4 montre deux impulsions représentatives fournies par la source 80. La sortie de la source 80 est connectée à une première entrée d'un multivibrateur monostable à période variable 82 par l'intermédiaire d'une ligne de signaux 84. Une seconde entrée du multivibrateur monos table à période variable 82 est connectée 2 la sortie ee l'unité de variation du temps 66 par l'intermédiaire de la ligne 78.Dans l'absence d'une impulsion de 30 millisecondes sur la ligne 78, le multivibrateur monos table à période variable 82 fournit une impulsion de tension (nommée impur sion de commande de cadence) ayant une largeur égale à l'intervalle de temps t . Une impulsion de 30 millisecondes sur la ligne 78 fait que le multivibrateur monos table à période variable 82 fournit une impulsion de commande de cadence ayant une durée égale à l'intervalle de temps tc Le flanc postérieur de l'impulsion de commande de cadence déclenche un multivibrateur monos table à période fixe 86 qui fournit en réponse à cette impulsion une impulsion (appelée impulsion retardée) d'une amplitude et durée substantiellement identique à celle de l'impulsion fournie par la source 80.Ainsi en l'absence d'une augmentation rapide de la charge 24, une impulsion retardée par rapport à celle-là de l'intervalle de temps t est fournie pour chaque impulsion de la source d'im- o pulsions de cadence 80. En réponse à une augmentation rapide de la charge, une impulsion retardée est fournie pour chaque impulsion fournie par la source 80 (pendant 30 millisecondes après l'augmen- tation rapide) et retardée par rapport à celle-là par l'intervalle de temps t .Le diagramme b de la figure 4 montre les impulsions c retardées sur un axe du temps commun avec les impulsions fournies par la source 80 (diagramme à figure 4). I1 faudra noter qu'une augmentation à pas delta charge a lieu au moment indiqué par une fleche 88, causant ainsi un intervalle de temps t entre l'impur c sion successive fournie par la source 80 et l'impulsion retardée successive. Afin de fournir des impulsions de commande au redresseur commandé1 la sortie des circuits ET 90-93 sont respectivement connectés aux enroulements primaires des transformateurs 94-9. Les enroulements secondaires des transformateurs 94-97 sont respectivement connectés chacun à la porte et la cathode des redresseurs commandés 52, 12, 60, 10 par des paires de lignes 54, 56; 40, 42; 62, 22; et 38, 36. Tel que expliqué plus loin, les impulsions de commande sont transmises par les portes ET 90-93 aux redresseurs commandés 10, 12, 52, 60. Un multivibrateur bis table 98 est connecté avec son entrée de déclenchement à la sortie du multivibrateur monos table 86 par une ligne de signaux 100. Le multivibrateur bistable 98 fournit alternativement (à S et R) un potentiel positif et un potentiel de la masse sur une paire de lignes de signaux 101, 102. Chaque alternation se fait en réponse au flanc postérieur de 1' impulsion retardée. Les circuits ET 90, 91 sont connectés avec leur première entrée à la sortie S du multivibrateur bis table 98 par des conduc teurs 101. Les circuits ET 92, 93 sont connectés avec leur pre mière entrée à la sortie R du multivibrateur bistable 98 par l'in~ termédiaire d'un conducteur 102. La seconde entrée des circuits ET 90, 93 est connectée à la source de signaux de cadence 80 par l'intermédiaire des lignes 84, et la seconde entrée des circuits ET 91, 92 est connectée à la sortie du multivibrateur monostable 86 par les lignes 100.En réponse à une tension positive sur les lignes 100, une impulsion fournie par la source 80 est transmise par le circuit ET 90 comme impulsion de commande de commutation au redresseur commandé auxiliaire 52; une impulsion retardée est transmise après comme impulsion de commande par le circuit ET 91 pour mettre en circuit le redresseur commandé principal 12. Le flanc arrière de l'impulsion retardée déclenche le redresseur bis table 98 causant ainsi la production d'un potential positif sur les lignes 102 et du potentiel de la masse sur les lignes 101, tel que décrit plus haut. L'impulsion suivante fournie par la source 80 est transmise par le circuit ET 93 comme impulsion de commande de commutation au redresseur commandé 60, une impulsion retardée est transmise après comme impulsion de commande au circuit ET 92 pour mettre en service le redresseur commandé principal 10. Le flanc postérieur de I'impulsion retardée déclenche le multivibra teur bis table 98 faisant ainsi que le potentiel positif et le po tentiel de la masse appararssent respectivement sur les conducteurs 101, 102 , de sorte que les circuits ET 90, 91 sont conditionnés pour fournir respectivement les impulsions de commande au redresseur commandé auxiliaire 52 et au redresseur commandé principal 12. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au mode de réalisation qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S. REVENDICATIONS. 1. Circuit convertisseur commuté par impulsions du type dans lequel le courant de charge est fourni alternativement par une paire de redresseurs commandés principaux à une charge raccordée, un interrupteur commutateur est enclenché pour causer le transfert de l'énergie accumulée dans un condensateur de commutation à une bobine de commutation qui fournit un courant de commutation pour mettre hors circuit le redresseur commandé principal conducteur, et le temps entre la mise en circuit de l'interrupteur de commutation et de la mise en circuit du redresseur commandé principal bloqué est égal à un intervalle de temps choisi, caractérisé par un dispositif de mesure pour mesurer le courant passant par la charge et produire un signal de mesure en réponse à ce courant, un moyen répondant à une augmentation rapide du signal de mesure au-dessus d'une amplitude prédéterminée pour-produire un signal de commande, et des moyens répondant audit signal de commande pour diminuer l'intervalle de temps choisi à un intervalle de temps réduit. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intervalle de temps choisi est donné par la formule où C est la capacité du condensateur de commutation, L est l'inductivité de la bobine de commutation, et t est l'intervalle de temps choisi et que ledit intervalle de temps choisi est diminué à un intervalle de temps réduit donné par la formule où t est l'intervalle de temps c réduit choisi.