Brevet FR2253306A1 — publié le 19750627

L'invention concerne les alimentations en courant électrique continu dont la tension de sortie est stabilisée gr ce à une régulation par-découpages qui consiste à découper des créneaux de largeur variable dans une tension électrique continue ou redressée et à effectuer leur intégration pour obtenir une tension électrique continue proportionnelle à leur valeur moyenne, toute variation de la tension de sortie étant compensée par une variation de la largeur des créneaux. La plupart des alimentations à régulation par découpages actuellement connues se composent d'un interrupteur commandé par un circuit pilote suivi d'un filtre passe-bas. L'interrupteur commandé est par exemple un thyristor ou un transistor. Le filtre passe-bas a une structure en n et est formé d'une diode de récupération parallèle montée en inverse suivie d'une inductance série et d'une capacité parallele. Ces alimentations à régulation par découpages présentent une ondulation résiduelle due aux découpages qui se propage aussi bien en direction de la source d'énergie que de la charge. Cette ondulation résiduelle est néfaste dans bien des cas et doit être étouffée par des filtres dont ltencombrement est inversement proportionnel à sa fréquence fondamentale. Une solution connue pour diminuer ltencombrement de ces filtres consiste à augmenter la fréquence des découpages. Elle a pour inconvénient une diminution du rendement due à une augmentation des pertes de comsutation. La présente invention a pour but une alimentation à régulation par dé ou pages présentant une ondulation résiduelle tres faible tout en conservant un excellent rendement. Elle a également pour but une alimentation à régulation par découpages d'un faible prix de revient pourvue d'un circuit pilote d'une tres grande simplicité. L'alimentation à régulation par découpage qui fait ltobjet de la-présente invention comporte - un ensemble de p hacheurs élémentaires identiques connectés en parallèle et constitués chacun, de manière connue en soi par un interrupteur commandé suivi d'un filtre passe-bas à structure en Ir comprenant une diode parallèle montée en inverse, une inductance-série et une capacité parallèle. - et un circuit pilote délivrant aux interrupteurs commandés des ordres d'ouverture et de fermeture avec un rapport variable entre les durées d'ouver- ture et de fermeture, les ordres d'ouverture et de fermeture destinés à deux interrupteurs commandés, distincts, étant identiques mais déphasés entre eux d'un angle électrique égal ou multiple de Lorsque cette alimentation reçoit son énergie d un réseau alternatif poly phasé à n phases par l'intermédiaire d'M redresseur, elle comporte avantageusement un nombre p de hacheurs élémentaires égal au nombre n des phases du réseau alternatif. Son circuit pilote émet pour chaque interrupteur commandé des ordres diouverture et de fermeture avec une fréquence égale à celle du réseau alternatif. Il comporte notamment - n détecteurs de passage par zéro connectés en entrée, chacun à l'une des n phases du réseau alternatif et fournissant en sortie un ensemble de n signaux rectangulaires symétriques synchrones avec les n phases du réseau alternatif, n n intégrateurs connectés à la suite desdits détecteurs de passage par zéro et fournissant en sortie un ensemble de n signaux triangulaires synchronisés chacun avec l'une des n phases du réseau alternatif, - une première série de deux comparateurs qui comparent respectivement la tension et le courant de sortie de l'alimentation à des valeurs de référence et dont les sorties sont réunies par des diodes, - lesdites diodes, - et une deuxième série de n comparateurs ayant chacun une entrée connectée à la sortie de l'un des intégrateurs précédents et une autre entrée connectée au point de jonction desdites diodes, et émettant chacun, en sortie, un signal rectangulaire de largeur variable destiné à commander la fermeture et l'ouverture de l'interrupteur commandé de l'un des n hacheurs élémentaires. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel - la figure 1 est un schéma électrique général, - la figure 2 est un schéma électrique du circuit pilote, - et la figure 3 représente un ensemble de courbes explicitant le fonctionnement du circuit pilote. L'alimentation électrique en courant continu à régulation par découpages qui ya être décrite reçoit son énergie d'un réseau alternatif triphasé par l'intermédiaire d'un transformateur T dont le primaire est connecté en triangle et le secondaire en étoile, et d'un pont redresseur de Graetz realise à l'aide des diodes 1, 2, 3, 4, 5 et 6. Elle comporte un circuit pilote 30 et trois hacheurs élémentaires identiques constitués chacun, de manière connue en soi, par un interrupteur commandé 7, 8 ou 9 suivi d'un filtre passe-bas. Les interrupteurs commandes 7, 8 ou 9 sont réalisés à-l'aide de transistors. Ils pourraient tout aussi bien autre à l'aide de thyristors.Les filtres passe-bas ont une structure en it ; ils comportent chacun, connectés dans tordre d'énumération, une diode parallèle montée en inverse 15, 16 ou 17, une inductance série 11, 12 ou 13 et une capacité parallèle 14. Les trois hacheurs élémentaires ont leurs entrées 10 connectées en parallèle ainsi que leurs sorties 20. Il en résulte que les capacités de leur filtre passe-bas se retrouvent toutes en parallele sur la sortie 20 et qu'èllels peuvent être réunies en une seule 14. Le circuit pilote 30 fournit sur ses sorties 18 des ordres d'ouverture et de fermeture .destinés aux interrupteurs commandés 7, 8 et 9 des hacheurs élémentaires.Il comporte une première entrée 19 connectée à la sortie dyl 'alimentation sur laquelle il reçoit la tension de sortie de ltalimentation, une deuxième entrée 21 connectée aux bornes d'une résistance 22 disposée en-série avec la sortie de l1alimentation sur laquelle il reçoit une tension proportionnelle au courant d'utilisation et une troisième entrée 23 connectée aux trois phases du réseau alternatif triphasé. Le fonctionnement individuel des hacheurs élémentaires est bien connu. Leur interrupteur commandé 7, 8 ou 9 découpe sous les ordres du circuit pilote 30 des créneaux de largeur variable dans la tension redressée disponible à l'entrée 10. Leur inductance 11, 12 ou 13 filtre ces créneaux et fournit en sortie une tension continue. Leur diode de recouvrement 15, 16 ou 17 fournit un chemin au courant d'utilisation lorsque l'interrupteur connnandé 7, 8 ou 9 correspondant est ouvert. La figure 2 donne un schéma détaillé du circuit pilote 30 Celui-ci comporte - trois détecteurs de passage par zéro AC1, AC2, et AC3 ayant chacun son entrée connectée à l'une des phases du réseau alternatif triphasé. - trois intégrateurs Ail , AI2, et- AI3 connectés à la sortie des détecteurs de passage par zéro ACi, AC2, et AC3. - une première série de deux comparateurs Al, A2 ayant leurs sorties réunies par des diodes D1, D2. - lesdites diodes Dl, D2. - et une deuxième série dA trois comparateurs CP1, CP2, CP3 ayant chacun une entrée connectée à la sortie de l'un des intégrateurs AI1, AI2, AI3, et une autre entrée connectée aux sorties des comparateurs Ai, A2 de la première série par l'intermédiaire desdites diodes Dl, D2. La figure 3 est un ensemble de courbes montrant, en fonction du- temps et par rapport aux trois phases du réseau alternatif triphasé, la forme des signaux disponibles en différents points du circuit pilote 30. Les courbes a, b, c représentent les variations en fonction du temps de la tension sur les trois phases du réseau alternatif triphasé. Les courbes d, e, f représentent les signaux rectangulaires disponibles respectivement sur les sorties des détecteurs de passage par zéro AC1, AC2 et AC3. Ces signaux rectangulaires sont symétriques et synchrones avec les phases a, b, c du réseau triphasé alternatif. Les détecteurs de passage AC1, AC2 et AC3 qui permettent de les obtenir peuvent être réalisés comme représentés sur la figure 2 à l'aide d'amplificateurs opérationnels à grand gain opérant à saturation. Les courbes g, h, j représentent les signaux triangulaires disponibles respectivement sur les sorties des intégrateurs AI1, AI2 et AI3. Ces signaux triangulaires sont symétriques et en retard d'un angle constant égal à 2 sur chacune des phases a, b, c du réseau alternatif triphasé. Les intégrateurs AI1, AI2 et AI3 peuvent être réalisés comme représentés sur la figure 2, à l'aide d'amplificateurs opérationnels montés en intégrateur de Miller. Les droites en pointillés k représentent la tension au point de jonction des diodes D1 et D2. Celle-ci est égale à la plusélevée des tensions de sortie des comparateurs Al, A2 qui réalisent unyrégulation de tension avec une protection contre les surintensités. Tant que l'intensitE du courant consommé par l'utilisation est inférieure à une certaine limite représentée par la tension prise aux bornes du potentiomètre, la tension de sortie du comparateur A2 est très inférieure à celle du comparateur Al, la diode D2 est bloquée et la tension de sortie du comparateur Al est la seule à entre appliquée par la diode D1 aux entrées des comparateurs CP1, CP2, CP3.Dès que le courant consommé dépasse la limite fixée, la tension de sortie du comparateur A2 limite inférieurement les variations de tension qui pourraient être imposées par la sortie du comparateur Ai aux entrées des comparateurs CP1, CP2 et CP3. Le comparateur A1 émet en sortie une tension fonction de la différence entre la tension -de sortie de l'alimentation et une tension de référence fournie par une diode Zener. Si la tension de sortie de l'alimentation a tendance à dépasser la tension de référence, la tension de sortie du comparateur Al augmente et inversement. Les courbes l,m et n représentent des signaux rectangulaires de largeur variableadisponibles respectivement aux sorties des comparateurs CP1, CP2 et CP3. Ils résultent de la comparaison effectuée par les comparateurs entre les signaux triangulaires f, h, j produits par les intégrateurs AI1, AI2, AI3 et la tension représentée par les droites k en pointillés. Ils sont de même forme car obtenus à partir de la comparaison de signaux triangulaires de même forme et d'un même niveau de tension. Ils sont déphasés les uns par rapport aux 2ir de - autres de 3 ou car ils sont synchronisés sur les phases du réseau alter- natif. Leur fréquence est celle du réseau alternatif.Ils sont destinés à la commande des interrupteurs commandés 7, 8 ét 9. Leur mode de transmission aux interrupteurs commandés 7, 8 et 9 n'est pas représente car il fait partie de la technique connue. Au cours d'un cycle de fonctionnement de cette alimentation les interrupteurs commandés 7, 8 et 9 des hacheurs élémentaires sont tous fermés pendant la meme durée mais à des instants uniformément répartis. il en résulte, sans qu'il y ait une augmentation de la fréquence des découpages, une diminution de l'ont dulation résiduelle et un triplement de sa fréquence fondamentale ce qui facilite grandement son élimination et permet l'utilisation de selfs de filtrage 24, 25 de faible encombrement du côté de la source d'énergie. il est bien évident que l'exemple décrit peut etre étendu à un nombre de phases supérieures et qu T une alimentation peut comprendre un nombre n quelconque de hacheurs élémentaires identiques connectés en parallèle Les interrupteurs commandés des hacheurs élémentaires recoivent alors les memes ordres d'ouverture er de fermeture déphases entre eux d'un angle électrique égal ou multiple 2# de - . n L'alimentation que l'on vient de décrire s'emploie avantageusement lorsqu'il s'agit d'obtenir une tension électrique continue régulée avec un bon rendement et due faible ondulation résiduelle. REVENDICATIONS 1/ Alimentation en courant électrique continu à régulation par découpage caractérisée par le fait qu'elle comporte - un ensemble de p hacheurs élémentaires identiques connectés en parallèle et constitués chacun, de manière connue en soi, par un interrupteur commande (7, 8 ou 9) suivi deux filtre passe-bas à structure en s comprenant, une diode parallèle (15, 16 ou 17) suivie d'une inductance série (11, 12 ou 13) et d'une capacité parallèle (16), - et un circuit pilote délivrant aux interrupteurs commandés (-7, 8 et 9) des ordres d'ouverture et de fermeture avec un rapport variable entre les durées d'ouverture et de fermeture, les ordres d'ouverture et de fermeture appliqués à deux interrupteurs commandés distincts étant identiques mais déphasés entre eux d'un angle électrique égal ou multiple de 2/ Alimentation selon la revendication 1 recevant son énergie d'un réseau alternatif polyphasé à n phases par l'intermédiaire d'un redresseur, caractérisée par le fait qu'elle comporte un nombre p de hacheurs élémentaires égal à celui des n phases do réseau alternatif et que son circuit pilote émet les ordres d'ouverture et de fermeture destinés à chaque interrupteur commandé avec une fréquence de répétition égale à celle du réseau. 3/ Alimentation électrique selon la revendication 2, caractérisée par le fait que son circuit pilote comporte - n détecteurs de passage par zéro (AC1, AC2, AC3) connectés en entrée, chacun à l'une des n phases du réseau alternatif et fournissant en sortie un ensemble de n signaux rectangulaires synchrones avec des n phases du réseau alternatif. - n intégrateurs (AI1, AI2, AI3) connectés à-la suite desdits détecteurs de passage par zéro (AC1, AC2, AC3) et fournissant en sortie un ensemble de n signaux triangulaires synchronisés sur les n phases du réseau alternatif polyphasé. - une première série de deux comparateurs (Al, A2) qui comparent respectivement la tension et le courant de sortie de 11 alimentation à des références et dont les sorties sont réunies par des diodes (D1, D2). - lesdites diodes (D1, D2). - et une deuxième série de n comparateurs (CP1, CP2, CP3) ayant chacun une entrée connectée à la sortie de l'un desdits intégrateurs (AI1, AI2, AI3) et une autre entrée connectée aux sorties de deux comparateurs (Al, A2) de la première série par l'intermédiaire desdites diodes (D1, D2) et émettant chacun en sortie un signal rectangulaire de largeur variable destiné à la commande de l'interrupteur commandé (7, 8 ou 9) de l'un des hacheurs élementaires.