Brevet FR2290078A1 — publié le 19760528

La présente invention concerne un dispositif d'aligen- tation à très haute tension continue, susceptible de fournir à sa sortie au moins deux niveaux fixes de tensions différentes entre lesquels ledit dispositif peut être commuté rapidement, par exemple selon un programme. I1 est particulièrement important pour de nombreuses applications que le temps de commutation d'un niveau de tension à un autre soit le plus faible possible avec une fréquence de commutation la plus grande possible, tandis que le taux d'onduiation doit être très faible. Un tel dispositif est particulièrement, quoique non es- clusivement, approprié à l'alimentation de tubes cathodiques à pénétration, par exemple des tubes nichromes. De tels, tubes servent à l'affichage de données provenant d'une calculatrice électronique contr8lant un système. Pour obtenir les différentes cou- leurs, -il faut appliquer auxdits tubes des tensions de post-accélération comprises entre 6 et 15 kV, afin d'obtenir le rouge, ltorange, le jaune et le vert. On conçoit aisément que lors du tracé de diagrammes, par balayage, le temps nécessaire aux changements de couleurs à l'intérieur d'un même diagramme correspond à une perte de temps pour l'exploitation de l'ensemble. De plus, le nombre de changements de couleurs d'un même diagramme pouvant Autre important, il est indispensable que la fréquence de commutation soit levéeeIl faut noter en outre que la capacité du tube à pénétration ne doit pas modifier les performances du dispositif d'alimentatione Enfin, les dispositifs de visualisation comportant de tels tubes peuvent se trouver embarqués à bord de navires, par exemple de sous-marins ou d'avions. I1 est donc important que la consommation de leur dispositif d'alimentation soit aussi faible que possible. On connais déjà des dispositifs d'alimentation à très haute tension commutables dits à commutation primaire, c'est-àdire dans lesquels le niveau de très haute tension en sortie dépend du niveau commutable de basse tension en entrée. Ces dispositifs connus présentent un certain nombre -dtinconvénients. Tout d'abord ils nécessitent, entre l'entrée de basse tension et la sortie de très haute tension, des transformateurs à très hautes performances, donc coûteux, permettant un taux d'ondulation acceptable et un temps de montée peu influencé par leur capacité parasite. Ensuite, leur fréquence de commutation est forcement limitée (environ 1kHz) par suite de l'échauffement desdits transformateurs De plus, s'ils alimentent un tube cathodique à pénétration, le temps de descente de la très haute tension dépend de la capacité dudit tube. Aussi, les meilleurs de ces dispositifs d'alimentation connus possèdent un temps de montée et de descente de la très haute tension de 11ordre de 50 microsecondes. La présente invention remédie à ces inconvénients Elle concerne un dispositif d'alimentation à très haute tension commutable dont les temps de montée et de descente sont de l'ordre de quelques microsecondes, avec une fréquence de commutation pouvant être au moins égale à 5 kHz, et uneconsommation réduite (par exemple quelques dizaines de watts), les caractéristiques dudit dispositif n'étant pas affectées par la capacité éventuellement présentée par la charge alimentée (par exemple un tube à pénetration) Le taux d'ondulation de ce dispositif est au plus égale à un pour mille. A cet effet, selon l'invention, le dispositif d'alimentation à très haute tension continue est remarquable en ce qu'il comporte plusieurs étages dont chacun est alimenté par une basse tension continue et comprend des moyens permettant de multiplier cette basse tension pour fournir à la sortie de l'étage correspondant une tension continue intermédiaire, les sorties desdits étages étant interconnectées par des systèmes de commutation à transistors à haute tension commandés, permettant d'additionner à volonté les tensions intermédiaires de sortie d'au moins certains desdits étages0 De préférence, les sytèmes de commutation comportent des diodes de calage (clamping) des transistors commandés.Chaque système de commutation peut comporter deux transistors commandés dont les trajets émetteur -collecteur sont montés en série pour former une branche de circuit en parallèle sur la sortie d'un étage, l'un desdits transistors étant shunté par une diode insérée dans une ligne reliant tous les systèmes de commutation, l'un desdits transistors étant conducteur tandis que l'autre est bloqué. Avantageusement≈chaque étage comporte des moyens de découpage de la basse tension, des moyens multiplicateurs de la tension ainsi découpée et des moyens de redressement de la tension multipliée. Les systèmes de commutation à transistors peuvent être commandés, à partir d'une logique de commande, par l'intermédiai- re de moyens de découpage d'une autre basse tension continue, de moyens d'isolement électrique et des moyens de redressement. De préférence, les commandes des deux transistors d'un système de commutation sont indépendantes l'une de l'autre. Tous les moyens de découpage peuvent être du type montage push-pull, tandis que les moyens multiplicateurs ou d'isole- ment peuvent être des transformateurs. En particulier, ils peuvent tre constitués par des tores "Rectimphy" à bobinage secondaire divisé. Dans le cas où l'un des étages doit fournir une tension élevée, il peut comporter un multiplicateur à diodes et condensateurs, éventuellement associé aux moyens multiplicateurs et combiné aux moyens de redressement. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. - la figure 1 montre le schéma synoptique d'un mode de réalisation du dispositif d'alimentation selon l'invention. - la figure 2 illustre schématiquement la liaison entre les sor- ties de deux étages du dispositif de la figure 1. - la figure 3 est un schéma synoptique plus détaillé du dispositif de la figure 1. - la figure 4 montre le schéma électrique d'un étage du dispositif de la figure 1. - la figure 5 donne le schéma électrique d'un autre étage du dispositif des figures 1 et 2. Le dispositif d'alimentation à très haute tension continue, montré par ces figures et décrit ci-après, est destiné à coi,- mander l'affichage de la couleur sur un tube à pénétration dichrome. I1 va de soi que ce dispositif n'est donné qu'à titre illustratif et que la présente invention ne peut être considérée comme limitée à cet exemple. Sur un tube à pénétration, on visualise des schémas gérés par un processeur, lui-meme en relation avec un ordinateur plus important. Le fonctionnement d'un tel tube à pénétration est tel que la valeur de la très haute tension(tension de postaccéleration) fixe la couleur affichée sur le tube; les couleurs peuvent correspondre aux tensions suivantes: - 65o0 v pour le rouge - 8000 V pour l'orange - 9500 V pour le jaune ~lu500 V pour le vert I1 est donc nécessaire de programmer l'affichage de ces différentes tensions0 Par ailleurs, la visualisation de schémas sur l'écran cathodique d'un tube à pénétration nécessite un système de rafraichissement de l'image visualisée, c'est-à-dire qu'il faut régénérer celle-ci à une fréquence fixe (50 Hz pour des raisons physiologiques). Un tel rafratchissement entratne, afin de disposer d'un temps maximal pour tracer le schéma, l'obtention de performances optimales, quant au temps et à la fréquence de commutation. Le dispositif selon l'invention, montré schématiquement par la figure 1, comporte cinq générateurs 1 à 5 qui à partir d'une basse tension continue d'entrée (par exemple 100 V) présente entre les deux bornes 6 et 7, fournissent à leur sortie une tension intermédiaire. Par exemple, le générateur 1 fournit à sa sortie une tension de 6500 v, tandis que chacun des générateurs 2 à 5 délivre une tension de 1500 V. Les sorties des générateurs 1 à 5 sont reliées par quatre dispositifs de commutation 8 à 11 permettant d'appliquer entre la masse et une borne 12 une tension de sortie résultant de la combinaison d'un certain nombre de tensions fournies par les générateurs 1 à 5, cest-à-dire que cette tension de sortie peut par exemple prendre les valeurs 6500 v, 8000 V, 9500 V et 12500 v0 A cet effet, les dispositifs de commutation comportent des transistors à haute tension commandés à partir d'une logique de commande 13, par l'intermédiaire de commandes 14, 15, 16 et 17. La figure 2, sur laquelle lesdits transistors sont re présentés sous la forme d'interrupteurs, permet de comprendre la les façon dont fonctionnent / dispositifs de commutation. Sur la figure 2, on a reprsenté schématiquement deux de ces dispositifs, par exemple ceux portant les références 9 et 10. Chaque dispositif de commutation comporte deux transistors à haute tension 18 et 19 dont les trajets émetteur -collecteur sont montés en série, aux bornes de a sortie du générateur 2 à 5 correspondant. Une ligne de sortie 20, reliant la borne non à la masse du géné- rateur 1 à la borne 12, comporte des diodes 21 en série, dont chacune d'elles est montée en parallèle sur un transistor 18. Ainsi, comme csest le cas pour le dispositif 9, lorsque le transistor 19 est conducteur, alors que le transistor 18 est bloqué, la tension du générateur 3 correspondant sgajoute 8 la tension éventuelle du générateur 1 et/ou 2 disposé en amont. En revanche, si comme pour le dispositif 10, le transistor t9 est bloqué et le transistor 18 est conducteur, la tension du générateur 4 correspondant n'est pas ajoutée à la tension de la ligne 20, résultant des générateurs disposés en amont. La figure 3 explicite plus en détail la structure des générateurs 1 à 5 et des commandes 14 à 17. Le générateur 1 comporte un dispositif de découpage 22 de la tension continue (par exemple 100 V continu) appliquée entre les bornes 6 et 7, un dispositif d'amplification 23 de la tension découpée par le dispositif 22 et un redresseur-multipli cateur 24 de la tension provenant du dispositif 23. La tension a' la sortie du générateur 1 peut être de l'ordre de 6500 V. Comme le montre la figure 4, le dispositif de découpage 22 comporte deux montages push-pull à transistors, de type connu, avec diodes de calage et de récupération, et entrées de commande Q et Q. Ces montages permettent de découper la tension continue, appliquée entre les bornes 6 et 7, en créneaux de fréquence égale par exemple å 20 kHzo Chaque montage alimente le primaire d'un transformateur 25 ou 26, ces transformateurs formant le dispositif d'amplification 23. Les entrées Q et 4 proviennent d'une bascule J-K. Les secondaires des transformateurs 25 et 26 sont montés en série et sont reliés à un multiplicateur à diodes et condensateurs, formant le redresseur-multiplicateur 24. Les transformateurs 25 et 26 sont identiques et peuvent être réalisés sous la forme de tores en "Rectimphy". Afin de limiter la capacité parasite et d'augmenter la bande passante (par exemple supérieure à 200 kHz), le secondaire de ces transformateurs est réalisé sous forme divisée. Ces transformateurs doivent permettre un isolement entre primaire et secondaire supérieur à 15 000 V afin d'éviter l'utilisation de transformateurs d'isolement. Leur rapport de transformation peut être égal à 15, ce qui permet d'obtenir une tension de 1 500 V aux bornes de chaque secondaire et, par suite, 3 000 V aux bornes des deux secondaires en série.Le redresseur-multiplicateur 24 étant un tripleur, on obtient 6 500 V à sa sortie grâce à un diviseur de tension à ré distances Les générateurs 2, 3, 4, 5 sont identiques et ils comportent chacun un dispositif de découpage 27 de la tension continue apparaissant entre les bornes 6 et 7, un dispositif d'amplification 28 de la tension découpée par le dispositif 27 et un redresseur 29 (voir figure 3). Chaque génerateur fournit 1 500 V à sa sortie.Comme le montre la figure 5, chaque dispositif de découpage 27 est semblable à l'un des montages push-pull du dispositif de découpage 22, tandis que le dispositif d'amplification 28 comporte un transformateur semblable à l'un des transformateurs 25 ou 26 et un dispositif de redressement 29, formé par un pont à diodes Chaque dispositif de commutation 8 à il est formé, comme il a été mentionné ci-dessus de deux transistors à haute tension 30 et 31 dont les trajets émetteur -collecteur sont montés en série, une diode 21 étant montée en parallèle sur le transistor 31. Des diodes de calage (clamping) 32, 33, 34 et 35 sont disposées entre base et collecteur et dans le circuit de base de chacun de ces transistors.Chaque électrode des diodes 21 est reliée à une borne 36 ou 37, la réunissant à la ligne 20o Les transistors 30 et 31 sont disposés, pour chaque étage, après le redressement et le filtrage de la haute tensions Ainsi, la commutation se fait "au secondaire" par l'intermédiaire desdits transistors qui permettent ou non l'affichage de la tension de sortie de l'étage correspondant0 L'affichage des tensions des étages 2 à 5 est commandé par la logique 13 par l'intermédiaire des commandes 14 à 170 Chacune de ces commandes comporte, de la logique 13 vers les dispositifs de commutation 8 à 11, un dispositif de découpage 38 d'une basse tension apparaissant entre une borne 41 et la masse, un dispositif d'isolement 39 39 et un redresseur 40. Sous la comman- de de la logique 13, la basse tension de la borne 41 (par exemple 15 V) est découpée par exemple à 25 kHzO Comme le montre la figure 5, chaque dispositif de découpage 38, comporte deux montages push-pull identiques à ceux mentionnés ci-dessus, tandis que chaque dispositif d'isolement 39 comporte deux transformateurs et qiie chaque redresseur 40 comporte deux ponts de diodes. Ainsi, chaque transistor 30 ou 31 d'un étage peut être commandé indépendamment de l'autre: le fonctionnement de l'un n'altère donc pas le fonctionnement de l'autre. De plus, les commandes des deux transistors de co uta- tion à haute tension dsun étage sont inverses l'une de l'autre: quand le transistor 30 est bloqués le transistor 31 est saturé, et inversement. On peut ainsi éliminer les inconvénients liés aux temps de commutation et à l'influence de la capacité du tube dichrome. Le temps de commutation obtenu ne dépend plus que des caractéristiques des transistors, chacun d'eux étant bloqué ou sa turbé. On consort aisément que le dispositif d'alimentation peut facilement être construit sous forme modulaire puisque les générateurs 2 à 5 sont identiques, ainsi que les dispositifs de commutation 8 à 11 et les commandes 14 à 17. On remarquera que les transformateurs d'isolement du dispositif 39 protègent la logique 13, contre toutes les réinjec- tions parasites. REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'alimentation à très haute tension continue, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs étages dont chacun est alimenté par une basse tension continue et comprend des moyens permettant de multiplier cette basse tension pour fournir à la sortie de l'étage correspondant une tension continue intermédiaire, les sorties desdits étages étant interconnectées par des systèmes de commutation à transistors à haute tension commandés, permettant d'additionner à volonté les tensions intermédiaires de sortie d'au moins certains desdits étages. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque système de commutation comporte des diodes de calage des transistors commandés. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque système de commutation comporte deux transistors cÔm- mandés dont les trajets émetteur-collecteur sont montés en série pour former une branche de circuit en parallèle sur la sortie d'un étage, l'un desdits transistors étant shunté par une diode insérée dans une ligne reliant tous les systèmes de commutation, l'un desdits transistors étant conducteur tandis que l'autre est bloqué. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque étage comporte des moyens de découpage de la basse tension continue, des moyens multiplicateurs de la tension ainsi découpée et des moyens de redressement de la tension multipliée, 5.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les systèmes de commutation sont commandés, à partir d'une logique de commande, par l'intermédiaire de moyens de découpage d'une autre basse tension continue, de moyens d'isolement électrique et de moyens de redressement0 6.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les commandes des deux transistors d'un système de commutation sont indépendantes l'une de l'autre. 7.- Dispositif selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les moyens de découpage sont des montages du type pushpull, 8.- Dispositif selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les moyens multiplicateurs et les moyens d'isolement sont des transformateurs. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits transformateurs sont des tores "Rectimphy" à bobinage secondaire divisé. 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qutil comporte un multiplicateur à diodes et condensateurs eventuellement associé aux moyens multiplicateurs et combiné aux moyens de redressement0