Brevet FR2298223A1 — publié le 19760813

L'invention concerne un convertisseur statique de ten sion continue , plus particulièrement pour les faibles et moyennes puissances Dans les convertisseurs de ce genre , la tension conti nue d'entrée est de l'ordre de quelques dizaines de volts , et la tension continue de sortie est en général supérieure lEDO v. Ces convertisseurs utilisent un transformateur élévateur de tension chargé au secondaire par l'impédance d'utilisation .Les problèmes qui se posent sont alors celui de la puissance consommée et celui de la régulation de la tension secondaire Ayant pour but d'apporter une solution a' ces problèmes la présente invention a pour objet un convertisseur statique de ten sion continue , du type i transformateur élévateur de tension , ca ractérisé en ce qu'il comporte au primaire du transformateur , un générateur de signaux en dents de scie , un comparateur comparant les signaux en dents de scie à un signal image de la tension de sor tie et délivrant des impulsions rectangulaires , et un amplifica teur , et au secondaire du transformateur un circuit e diodes et une capacité-réservoir assurant l'intégration des impulsions issues du transformateur , et une prise de tension reliée à l'entrée du com parateur pour lui transmettre le signal image de la tension de sortie D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui suit faite en référence au dessin annexé sur lequel on peut voir Figure t , un schéma symbolique simplifié du circuit électrique du convertisseur selon l'invention Figure 2 , un schéma électrique d'un exemple de réali sation du circuit électrique de la Figure 1 En se reportant au dessin on voit que la tension continue d'alimentation est appliquée entre les bornes 1 et 2 . Un géné rateur 3 de dents de scie délivre des signaux de fréquence déter minée F qui sont appliqués à l'une des entrées d'un comparateur 4. Sur l'autre entrée du comparateur est appliqué ur signal image de la tension de sortie en provenance du point 5 . Le comparateur dé livre des signaux rectangulaires appliqués à un amplificateur 6 d'impulsions . Les impulsions amplifiées sont transmises au primai re d'un transformateur élévateur de tension J dont le secondaire , paT l'intermédiaire d'un circuit à'diodes symbolisé en F3 , charge une capacité-réservoir 9 . Un pont de résistances lG-11 permet d'é- laborer le s (:ral nage de la tension de sortie . La résistance 12 sjneolise l'impédance d'utilisation. Le principe de fonctionnement du convertisseur est de four voir au p r irra ire du transformateur 7 l'énergie nécessaire au maintien d la carte de la capacité-réservoir 9 pour la tension moyenne d'u tii sa tien . Cet appcrt d'énergie sous forme impulsinnnelle compense la perte d'énergie dan s la charge d'utilisation de valeur finie branchée à la sortie du convertisseur Dans la pratique, le comparateur 4 compare le signal triangulaire de fréquence F fourni par le générateur 3 au signal image de la tension de sortie qui est sensiblement continu . Le résultat de la comparaison ainsi effectuée est tan train d'impulsions , de fréquence F .La largeur des impulsions est directement fonction de l'amplitude de ia tension de sortie . En effet , plus cette amplitude augmente , plus la largeur des impulsions de sortie du comparateur est faible , jusqu'à devenir nulle lorsque le signal image de la tension de sortie atteint la valeur de crête du signal en dents de scie Après amplification et transformation , les impulsions sont intégrées par la capacité-réservoir 9 . La tension de sortie en résultant est disponible pour l'impédance d'utilisation 12 . La prise 5 sur le pont diviseur 10-11 assure , par bouclage sur l'autre entrée du comparateur 4 , le fonctionnement du convertisseur La tension nominale de sortie est pré-déterminée , et la prise 5 est réglée pour assurer le maintien de cette tension .La régulation du convertisseur est donc assurée par modulation de la largeur des impulsions sortant du comparateur Dans l'exemple de réalisation pratique de la Figure 2 les mêmes références désignent les mêmes organes Le transistor 13 assure l'alimentation du générateur de dents de scie 3 sous une tension prédéterminée . Ce transistor est en effet contrôlé par une diode de Zener 14 qui maintient sa ten s-iJ-i de hase à une valeur bieri déterminée . Le générateur de dents de scie est constitué essentiellement par les deux transistors 15 et lé , le transistor unijonction 17 et le condensateur tB .Le transistor 15 fonctionne en générateur de courant constant pour charger le condensateur 1 e avec une bonne linéarité . Le transistor unijonc- tion 18 assure la décharge brusque du condersateur à la tension de seuil . Le transistor 16 assure pour sa part l'adaptation dtimpé- dance à l'entrée inversée du comparateur 41 Le circuit à résistance 19 et capacité 20 en parallèle assure la mise en forme des impulsions sortant du comparateur de façon à leur donner un front raide Les transistors 2t, 22 et 23 constituent essentielle ment l'amplificateur d'impulsions 6 , qui alimente le primaire du transformateur 7 .Le transistor 24 assure une protection contre les surintensités au primaire du transformateur par blocage des transistors 22 et 23 Le circuit monodirectif El à diodes 25, 26 , assure le doublement de la tension secondaire appliquée à la capacité-réser voir 9 La prise 5 sur le pont 10-11 est ramenée à l'entrée du comparateur 4 Pour un bon fonctionnement du convertisseur , le géné rateur 3 de signaux en dents de scie doit avoir une excellente li néarité , une bonne stabilisation de l'amplitude et de la fréquen ce des signaux en fonction de la tension d'alimentation et de la température , et une faible consommation afin de ne pas influer sur le rendement .Ceci est réalisé par exemple en utilisant des cir cuits intégrés ou des transistors unijonction ou à effet de champ Le comparateur doit posséder un gain élevé assurant une bonne stabilité , une bande passante compatible avec les fronts de commutation à transmettre et une faible consommation . C'est pourqui. il est réalisé de préférence sous forme de circuit intégré. L'amplificateur doit fournir la puissance nécessaire au primaire . Il fonctionne en commutation et ses caractéristiques t essentielle8 sont relatives au rendement et à la bande passante Le transformateur est un transformateur d'impulsions à large bande suscèptible de transmettre avec peu de pertes les fronts de commutation Au secondaire , la capacité-réservoir doit être calcu lée an fonction de l'ondulation acceptée et la prise de tension doit prélever le moins d'énergie possible L'ondulation de sortie est fonction de la fréquence F des impulsions et de la constante de temps du circuit constitué par la capacité-réservoir 9 et l'impédance d'utilisation 12 . Cette impédance étant imposée , on peut choisir la valeur-de la capacité et la fréquence pour obtenir une ondulation très faible Un des problèMes posés par les convertisseurs classi Flués est leur démarrage . Dans le circuit selon l'invention , la tension de sortie étant nulle à la mise sous tension du convertisseur , la tension ramenée à l'entrée du comparateur est nulle Pour que le démarrage du convertisseur soit satisfaisant , il suf- fit que le signal en dents de scie ait une valeur minimale nulle La première impulsion sera alors très large et elle permettra le démarrage et l'accrochage de la boucle du convertisseur Le convertisseur assure une régulation de la tension de sortie : en fonction des variations de la tension d'entrée , dans une gamme beaucoup plus large que les systèmes classiques ( si la tension d'entrée augmente , la largeur des impulsions diminue ) en fonction des variations de l'impédance d'utilisation ( la prise 5 assurant la transmission des variations correspondantes de la tension de sortie à l'entrée du comparateur ) ; et en fonction de la température , à partir du moment où le générateur de signaux en dents de scie est stable notamment en amplitude . En effet,toute variation d'un composant en fonction de la température entraine une variation de la tension de sortie et par là-même une réaction au niveau du comparateur Enfin , le principe du convertisseur étant de ne fournir que lténergie nécessaire au maintien de la tension de sortie le rendement en est particulièrement élevé A titre d'exemple , avec une tension d'alimentation entre les bornes t et 2 pouvant varier entre 20 et 30 volts , la tension d'alimentation du générateur de dents de scie étant stabilisée à 12 volts à la sortie du transistor 13 , la tension de sortie du convertisseur est de 1.650 + 5. t0-3 volts . L'impédance de cierge peut alors être un photomultiplicateur par exemple REVENDTCATIES t - Convertisseur statique de tension continue , du tpe transformateur élévateur de tension , caractérisé en ce qu'il comporte au primaire du transformateur , un générateur de signaux en dents de scie , un comparateur comparant les signaux en dents de scie i un signal image de la tension de sortie et délivrant des impulsions rectangulaires , et un amplifisater , et au secondaire du transformateur un circuit a diodes et une capacité-réservoir assurant l'intégration des impulsions issues du transformateur , et une prise de tension reliée a l'entrée du comparateur pour lui transmettre le signal image de la tension de sortie 2 - Convertisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le générateur comprend un condensateur et un transistor unijonction et applique les signaux en dents de scie , par l'intermédiaire d'un transistor d'adaptation d'impédance , (i l'entrée inversée du comparateur 3 - Convertisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la valeur minimale du signal en dents de scie est nulle de façon à assurer le démarrage du convertisseur 4 - Convertisseur selon la revendication t caractérisé en ce qu il assure le maintien de la tension au secondaire par le maintien de la charge de la capacité , réservoir 5 - Convertisseur selon la revendication 4 caractérisé en ce que . pour le maintien dE la tension secondaire , la régulation dL convertisseur est assurée Far modulation de la largeur des impulsions de sortie du comnarateur