Brevet FR2298898A1 — publié le 19760820

L'invention a trait à un convertisseur destiné à transformer une première tension continue en une seconde tension continue indépendante, notamment pour alimenter des dispositifs d'éclairage de tableaux de bord d'aéronefs. La tension d'alimentation des dispositifs d'éclairage de tableaux de bord d'aéronefs, fixés par des accords internationaux à une valeur nominale de 5 volts continus, est différente de la ten sion générale distribuée dans les aéronefs, nominalement 28 volts. Cette tension générale varie dans de larges limites, par exemple de 18 à 30 volts suivant l'état de charge des batteries d'accumu lateurs de bord et Le régime de fonctionnement des moteurs. La tension d'éclairage de tableau de bord doit étre indépendante des variations de la tension générale et doit, de préférence, pouvoir titre atténuée en fonction de l'éclairement ambiant. I1 est préférable, pour éviter des interactions, que le réseau générale l'aéronef et le réseau d'éclairage des tableaux de bord soient isolés. I1 est avantageux de pouvoir prévenir une perte de perception des indications des tableaux de bord en cas de brusque augmentation de l'éclairement ambiant, due par exemple à des éclairs d'orage, en rétablissant temporairement la pleine tension d'alimentation de l'éclairage des tableaux de bord. Il est souhaitable que le convertisseur de tension utilisé pour fournir la tension d'éclairage de tableau de bord fonctionne avec un bon rendement, en raison de la multiplicité des sources lumineuses d'éclairage des tableaux de bord des aéronefs modernes, et de la puissance d'éclairage qui en résulte. L'invention a pour objet un convertisseur destiné à transformer une première tension continue en une seconde tension continue stabilisée avec un bon rendement de conversion. L'invention a également pour objet un convertisseur délivrant une seconde tension continue isolée par rapport à la première ten sion. Pour répondre aux buts précités l'invention propose un conver tisseur de tension pour transformer une première tension continue en une seconde tension continue stabilisée, caractérisé par la com binaison d'un relaxateur d'impulsion à fréquence ajustable alimenté par ladite première tension, d'un transformateur attaqué au primai re par le relaxateur, et d'un dispositif redresseur branché en secondaire du transformateur et délivrant ladite seconde tension, un moyen de rétroaction sensible à cette seconde tension étant adapte à ajuster la fréquence du relaxateur. La relaxation d'impulsion transmettant de l'énergie par valeurs discrètes est susceptible d'un excellent rendement ; le transformateur entre le relaxateur et le redresseur assure l'isolement entre les première et seconde tensions ; le moyen de rétroaction, stabilisateur de tension de sortie, agissant sur la fréquence de récurrence des impulsions du relaxateur, limite les ap pels d'énergie sur la première tension à l'énergie à fournir par la seconde tension. Selon une disposition préférée de l'invention, le convertisseur comporte un relaxateur comprenant un générateur d'impulsion adapté à être déclenché en réponse à une tension de commande atteignant un niveau de déclenchement et une source de tension de commande avec un condensateur chargé à travers un modulateur de courant et déchargé par l'impulsion dudit générateur, un transformateur d'impulsions recevant les impulsions dudit générateur et débitant dans un dispositif redresseur, et un moyen comparateur agissant sur ledit modulateur à travers un moyen de rétroaction en réponse au sens de la différence entre ladite seconde tension délivrée par le dispositif redresseur et une tension de référence ajustable. De préférence le modulateur de courant est une porte bloquée par un signal de blocage émis par le moyen comparateur détectant un sens positif de différence de tensions. Dans le but de maintenir la séparation des première et seconde tensions, la tension de référence est dérivée de la seconde tension à travers un moyen de stabilisation et le moyen de rétroaction est un moyen de transmission opto-électronique avec un émetteur de lumière commandé par le moyen comparateur et un récepteur photoélectrique commandant le modulateur de courant. Avantageusement la protection contre les surintensités dans le dispositif alimenté par la seconde tension est assurée par un moyen de mesure de courant dans le dispositif redresseur avec un seuil de consigne et agissant pour bloquer le modulateur de courant à travers le moyen de rétroaction lorsque le seuil de consigne de courant est franchi. La protection contre les surtensions est assurée par un organe de court-circuit branché en parallèle sur la seconde tension en aval du moyen de mesure de courant et rendu actif par un dépassement d'un seuil de tension déterminé à ses bornes. De préférence le moyen comparateur comporte un moyen de neutralisation à commande extérieure mis en action par un relais optoélectronique. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est un schéma fonctionnel de convertisseur ; la figure 2 est un schéma détaillé de ce convertisseur. Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, le convertisseur comprend, alimenté par une tension continue appliquée entre les bornes d'entrée 1 et 2, un générateur dtimpul- sion 20 composé d'un commutateur 21 et d'un transformateur 22, déclenchable par application d'une tension positive sur l'entrée de commande à diode 200. Le condensateur 15 est chargé à cette tension positive à travers le modulateur de courant 10. Le secondaire du transformateur attaque un amplificateur 25 débitant dans un transformateur 30. Le secondaire du transformateur 30 alimente, d'ùne part, un redresseur principal 35 relié à la borne de sortie positive 3, et à la borne de sortie négative 4 à travers la résistance ampèremétrique 37, et d'autre part, un redresseur auxiliaire 40 à tension de sortie stabilisée.Ce redresseur stabilisé 40 alimente le dispositif à seuil de courant 45 branché aux bornes de la résistance 37, ainsi que le comparateur 50, qui reçoit sur une première entrée la tension redressée par le redresseur 35, et sur une seconde entrée une tension de référence ajustable par le potentiomètre 52. La sortie du dispositif à seuil de courant 45 et la sortie du comparateur 50 sont toutes deux reliées à deux entrées d'une porte "OU" 60. La sortie de la porte "OU" 60 est envoyée en rétroaction à travers la liaison opto-électronique 65 à l'entrée du modulateur de courant 10. Par ailleurs une commande extérieure 57 agissant à travers une liaison opto-électronique 55, permet de bloquer le comparateur 50. Enfin entre les bornes de sortie 3 et 4 est branché un organe de court-circuit 70, composé essentiellement d'un thyristor 72 dont la g chette est polarisée par le courant traversant la diode Zener 71. Avant de décrire de façon détaillée les éléments du convertisseur représenté figure 2, on va analyser le fonctionnement d'ensemble du convertisseur schématisé figure 1. La tension d'alimentation du convertisseur, ou première tension continue, étant appliquée entre les bornes d'entrée 1 et 2, le condensateur 15 est chargé progressivement à travers le modulateur de courant lo, monté en générateur à courant constant. La tension de charge du condensateur 15 à l'entrée de commande à diode 200 du commutateur 21 atteignant le niveau de déclenchement, le commutateur 21 se ferme et un courant traverse les primaires du transformateur 22. Après un certain délai le commutateur 21 se rouvre, son ouverture provoquant la décharge du condensateur 15.L'impulsion de courant qui a traversé les primaires du transformateur 22 pendant la fermeture du commutateur 21, est transmise par le secondaire du transformateur 22 à l'amplificateur 25. Le condensateur 15, déchargé en fin d'impulsion de courant se recharge à travers le modulateur 10, et les impulsions de courant dans le transformateur 22 se succèdent à une fréquence de récurrence déterminée par le condensateur 15 et le courant débité par le modulateur 10, tant que ce dernier n'est pas bloqué par un signal venant de la porte "OU" 60. Les impulsions amplifiées par l'amplificateur 25 sont transmises au redresseur 35 par le transformateur 30, qui sépare la première tension appliquée aux bornes 1 et 2 de la seconde tension délivrée par le redresseur 35 entre les bornes de sortie 3 et 4.Les impulsions au secondaire du transformateur 35 sont également dirigées sur le redresseur 40 pour donner naissance à une tension auxiliaire stabilisée alimentant le comparateur 50, ainsi que le dispositif à seuil de courant 45. Le comparateur 50, recevant la seconde tension sur une première entrée, et une tension de référence dérivée de la tension stabilisée issue de 40 par le potentiomètre 52, est agencé de telle sorte qu'il donne un signal en sortie lorsque la seconde tension est supérieure à'la tension de référence. Ce signal, transmis par la porte "OU" 60 et la liaison opto-électronique 65, bloque le modulateur de courant 10, interrompant tant qu'il est présent la relaxation du générateur d'impulsion 20.La seconde tension décroît jusqu'à avenir inférieure à la tension de référence, et le cycle de fonctionnement reprend, en sorte que la seconde tension oscille de part et d'outre de la tension de référence avec une amplitude faible, et se trouve ainsi stabilisée. Par ailleurs, si la commande extérieure 57 envoie un signal à travers la liaison opto-électronique 55 au comparateur 50, celui-ci est bloqué et n'envoie plus de signal en direction du modulateur 10. La seconde tension n' est alors plus limitée par l'action du comparateur. Lorsque la chute de potentiel aux bornes de la résistance 37 parcourue par le courant débité par le redresseur 35, dépasse un certain niveau correspondant à un seuil de surintensité, le dispositif à seuil de courant 45 émet en sortie un signal appliqué à l'entrée de la porte tOUtt 60. Ce signal est transmis via la porte "OU" 60 et la liaison opto-électronique 65 au modulateur 10 qui est alors bloqué et interrompt la relaxation du générateur d'impulsion 20. Par ailleurs si la seconde tension entre les bornes 3 et 4 dépasse temporairement une valeur déterminée, la diode Zener 71 s'amorce, la gâchette du thyristor 72 se trouve positive et le thyristor 72 prend l'état de conduction. La surintensité résultante, traversant la résistance 37 située en amont, provoque le blocage du modulateur 10 et l'interruption de la relaxation. En se reportant à la figure 2, le modulateur de courant 10 comprend un transistor PNP 100 dont l'émetteur est relié à la borne positive 1 d'entrée à travers une résistance 101, et dont la base est polarisée par la diode Zener 102 à travers la diode d'ar rêt 104 vers la base positive, et reliée à la masse à travers la résistance 103. Dans les conditions normales le courant émetteurcollecteur du transistor 100 est tel que la chute de tension soit sensiblement égale à la tension Zener de la diode 102, ce courant étant le courant de charge du condensateur-15. L'organe de liaison opto-électronique 65 comprend un phototransistor 650 branché entre émetteur et base du transistor 100, et une diode électroluminescente 651.Lorsque cette diode est traversée par un courant, la lumière Omise à la jonction éclaire les jonctions du phototransistor 650 qui devient conducteur et élève la tension de base du transistor 100 jusqu'au blocage, la diode 104 isolant alors la base du transistor 100 et la diode Zener 102. Le commutateur 21 du générateur d'impulsion 20 comprend un premier transistor 201 avec son collecteur relié à la borne positive à travers l'enroulement primaire 221 du transformateur 22, son émetteur relié à la base du second transistor 202, et sa base reliée au collecteur du second transistor 202 recevant la tension du condensateur à travers la diode 200 et la résistance 205. LLémetteur du second transistor 202 est relié à la masse à travers l'enroulement de réaction 222 du transformateur 22, et à l'émetteur du premier transistor 201 à travers la résistance 203 avec la capacité 204 en parallèle. Lorsque la tension aux bornes du condensateur 15 est faible les transistors 201 et 202 sont bloqués. Cette tension croissant du fait de la charge progressive du condensateur 15, le transistor 201 commence à débiter. Le courant collecteur provoque une tension dans l'enroulement primaire 221, chute qui se répercute partiellement dans l'enroulement de réaction 222, connecté de façon convenable pour abaisser la tension émetteur du transistor 201 qui passe de ce fait en saturation. Le condensateur 204 se charge progressivement sous l'effet du courant collecteurémetteur du transistor 201, ce qui débloque le transistor 202.Le courant collecteur-émetteur du transistor 202 abaisse la tension de base du transistor 201, et décharge la capacité 15. Le blocage du transistor 201 induit dans l'enroulement 222 une pointe de tension positive qui accentue le blocage de ce transistor ; cette pointe est toutefois écrétée par le jeu de l'enroulement de récupération 223 et la diode 229 débitant sur la ligne de récupération 232. L'enroulement de prémagnétisation 227 du transformateur 22, alimenté à partir de cette ligne de récupération 232 à travers l'inductance 228, permet, de façon connue, d'éviter des saturations excessives du noyau magnétique du transformateur 22. L'amplificateur 25 comprend deux transistors 250 et 251 couplés en montage dit "Darlington" et attaqués sur leurs bases par le secondaire triple 224, 225, 226 du transformateur 22. Les transistors 250 et 251 sont débloqués par les flancs avant des impulsions de courant via la diode 253, et sont rebloqués très rapidement par les flancs arrière via les diodes 254. Le transformateur 30 comporte un enroulement primaire 301, attaqué par les collecteurs des transistors 250 et 251 et protégé par la diode Zener 252, un enroulement de récupération alimentant la ligne de récupération 232 à travers la diode 233 aux transitions arrière des impulsions, et un secondaire 303 qui alimente les redresseurs 35 et 40. Le redresseur 35 est classique avec une diode 351 redressant les impulsions proprement dites, tandis que la diode 352 limite les tensions inverses sur l'inductance 353 suivant les impulsions. Le redresseur 40 comprend un transistor 400, recevant les impulsions au collecteur, ayant sa base polarisée par la diode Zener 401, et l'émetteur chargeant la capacité 403 de filtrage. Le dispositif à seuil de courant comporte un amplificateur à deux transistors 450 et 451. Le transistor 450 est attaqué sur sa base par la somme d'une tension de seuil définie par les diodes 452, et de la tension négative développée sur la résistance 37 par le courant débité par le redresseur 35 et prélevée sur le pont 371, 372. Tant que le transistor 450 est saturé par la tension de seuil le transistor 451 est bloqué. Une surintensité dans la résistance 37 bloque le transistor 450 et met le transistor 451 en saturation. Le comparateur 50 comprend un montage à deux transistors 500 et 501 formant l'élément sensible du comparateur, branché entre le curseur du potentiomètre 52 par la base du transistor 500 et la connexion 510 vers la seconde tension par l'émetteur du transistor 501. Le transistor 500 est monté en émetteur suiveur pilotant le transistor 501, en sorte que l'impédance d'entrée du curseur du potentiomètre 52 soit élevée et les deux transistors 500 et 501 soient bloqués ou saturés simultanément. Le blocage a lieu lorsque la tension sur 510 est supérieure à la tension sur le curseur du potentiomètre 52.Le montage de la liaison opto-électronique 55, comprenant un phototransistor 550 et une diode électroluminescente 551 est tel que l'allumage de la diode 551 provoqué par la fermeture de la commande 57 rend conducteur le phototransistor 550, ce qui provoque la saturation du transistor 501, quelle que soit la tension sur l'entrée 510. Les résistances 571, 572 et la diode Zener 570 sont prévues pour que l'éclairement de la diode 551 soit convenable et indépendant de la tension de commande extérieure. L'ensemble des transistors 501 et 502 est suivi d'un étage amplificateur inverseur à transistor PNP 502. Le circuit "OU" 60 comprend un transistor PNP 600 bloqué lorsque simultanément le transistor 451 du circuit à seuil 45 est bloqué et le transistor 502 du comparateur 50 est saturé, c'est-àdire que les diodes 601 de liaison au circuit à seuil 45 et 602 de liaison au comparateur 50 ne sont ni l'une ni l'autre traversées par du courant. Le passage de courant dans l'une des diodes 601 ou 602, provoqué respectivement par la conduction du transistor 451 en cas de surintensité dans la résistance 37, et le blocage du transistor 502 par action du comparateur 50, abaisse la tension de base du transistor 600 qui conduit et allume la diode électroluminescente 651 de la liaison opto-électronique 65, ce qui bloque le modulateur 10. Le limiteur de surtension 70 comprend, entre les bornes 3 et 4 de sortie de la seconde tension, un thyristor 72 et une diode Zener 71 reliée par sa cathode au ptle positif 3 à travers une résistance 710, et par son anode à la gâchette du thyristor 72 et à travers la résistance 711 au p81e négatif 4. Des condensateurs 712 et 713 découplent au pOle négatif les deux extrémités de la diode Zener. Celle-ci est choisie avec une tension Zener supérieure à la tension nominale redressée entre 3 et 4. Ainsi, pour des tensions redressées normales, la diode Zener 71 ne conduit pas et la gaochette du thyristor 72 est au potentiel de la cathode. Une surtension supérieure à la tension Zener de la diode 71 provoque un passage de courant dans la diode 71 et les résistances en série 710 et 711.Le potentiel de g chette du thyristor 72 monte et ce thyristor amorce. Les surtensions très brèves sont amorties par les condensateurs 712 et 713. L'amorçage du thyristor met en courtcircuit les bornes de sortie 3 et 4, et la surintensité qui en résulte bloque la relaxation du générateur d'impulsion 20 par le processus déjà décrit. Il est à remarquer que le circuit de la seconde tension est entièrement isolé, tant des circuits de la première tension par le transformateur 30 et la liaison opto-électronique de rétroaction 65, que des circuits de commande extérieure 57 par la liaison opto-électronique 55. Par ailleurs la conversion de la première tension, variant de 18 à 30 volts en la seconde tension ajustée à moins de 5 volts se fait avec un excellent rendement car, dans le générateur d'impulsion 20 et l'amplificateur 25 les transistors travaillent saturés au bloqués, et les transformateurs 22 et 30 sont équipés d'enroulements de récupération atténuant les pointes de tension inverse, et récupérant l'énergie contenue dans ces pointes. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et peut comporter de nombreuses variantes sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDI CAT IONS 1. Convertisseur de tension destiné à transformer une première tension continue en une seconde tension continue stabilisée, caractérisé par la combinaison d'un relaxateur d'impulsion à fréquence ajustable alimenté par ladite première tension, d'un transformateur attaqué au primaire par le relaxateur, et d'un dispositif redresseur branché au secondaire du transformateur et déli- vrant ladite seconde tension, un moyen de rétroaction sensible à cette seconde tension étant adapté à ajuster la fréquence du relaxateur. 2. Convertisseur de tension selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un relaxateur comprenant un générateur d'impulsion adapté à entre déclenché en réponse à une tension de commande atteignant un niveau de déclenchement et une source de tension de commande avec un condensateur chargé à travers un modulateur de courant et déchargé par l'impulsion dudit générateur, un transformateur d'impulsion recevant les impulsions dudit générateur et débitant dans un dispositif redresseur, et un moyen comparateur agissant sur ledit modulateur à travers un moyen de rétroaction en réponse au sens de la différence entre ladite seconde tension délivrée par le dispositif redresseur et une tension de référence ajustable. 3. Convertisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit modulateur de courant est une porte bloquée en réponse à un signal de blocage émis par le moyen comparateur détectant un sens positif de ladite différence. 4. Convertisseur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite tension de référence étant dérivée de ladite seconde tension à travers un moyen de stabilisation, ledit moyen de rétroaction est un moyen de transmission opto-électronique, avec un émetteur de lumière commandé par ledit moyen comparateur, et un récepteur photoélectrique commandant ledit modulateur en réponse à la lumière venant dudit émetteur. 5. Convertisseur selon une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit dispositif redresseur comporte un moyen de mesure de courant redressé avec un seuil de consigne et émettant un signal de blocage en direction dudit modulateur à travers ledit moyen de rétroaction en réponse au franchissement du seuil de consigne par ledit courant redressé. 6. Convertisseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit dispositif redresseur comporte en outre un organe de court-circuit branché en parallèle sur ladite seconde tension en aval dudit moyen de mesure de courant et adapté à être actif en réponse au dépassement d'un seuil de tension déterminé à ses bornes. 7. Convertisseur selon une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que ledit moyen comparateur comporte en outre un moyen de neutralisation à commande extérieure adapté à rendre inopérant ledit comparateur en réponse à un signal appliqué à ladite commande extérieure. 8. Convertisseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit moyen de neutralisation est mis en action par un relais opto-électronique.