Brevet FR2297509A1 — publié le 19760806

La présente invention concerne de façon générale des alimentations de puissance et plus particulièrement un dispositif de distribution de puissance électrique pour appareil modulaire. La puissance électrique nécessaire au fonctionnement d'un équipement électrique tel qu'un réseau téléphonique est norma- lement fournie par un appareil d'alimentation de puissance situé à une source centrale telle qu'un réseau de distribution d'énergie. Dans les dernières années, des dispositifs de commutation utilisant des circuits électroniques ont été choisis pour remplacer ou augmenter les capacités des dispositifs électromécaniques existants et, pour des raisons d'économie et de facilité de maintien, de nombreux de ces dispositifs tendent à être prévus sous forme modulaire. Par exemple, un panneau d'équipement peut comprendre plusieurs cartes ou modules de circuits imprimés identiques, chacun étant capable de fournir une fonction de commutation indépendante. Chaque fois qu'un nouveau dispositif de commutation est installé, le panneau peut avoir seulement quelques modules et, quand il est souhaité accroc tre la capacité du dis-positif, il est seulement nécessaire d'ajouter d'autres modules. L'une des premières considérations dans le choix d'un dispositif électronique est sa sécurité, et le point faible sous ce rapport est souvent la distribution d'alimentation d'énergie au dispositif. Des essais pour résoudre ce problème ont entraîné le développement de nombreux procédés. Par exemple, certains des dispositifs de commutation élec -tronique développés récemment utilisent un dispositif prévu complètement en double dans lequel chaque partie est munie de sa propre alimentation en énergie. Si une partie du dispositif tombe en panne, la partie en double est mise en ligne. Ce type de dispositif tend à autre très sflr; toutefois le coût pour atteindre ce niveau de sécurité est également très élevé. D'autres dispositifs prévoient un dispositif d'alimentation d'énergie en double dans lequel une paire d'alimentations en énergie est reliée au dispositif électronique par l'intermédiaire d'un commutateur de puissance. L'une des alimentations est active, tandis que l'autre est au repos. Dans le cas où l'alimentation active tombe en panne, l'alimentation au repos peut être mise en ligne par 1' intermédiaire du commutateur de puissance. Toutefois, ce type de dispositif souffre d'inconvénients importants. Etant donné que le commutateur de puissance pourra commuter une grande quantité de courant, son temps de commutation est relativement lent en comparaison du circuit électronique auquel il fournit de l'énergie. En outre, la complexité d'un tel commutateur de-puissance le rend égale ment plutot coûteux.Ce dispositif présente un autre inconvénient lorsque la sécurité du dispositif complet est basée en partie sur un commutateur de puissance unique. En fait, la sécurité d'une alimentation de puissance unique est échangée contre la sécurité d'un commutateur de puissance unique. Pour ces raisons, ce type de distribution d'énergie n'est pas adopté dans de nombreux dispositifs. La présente invention prévoit un dispositif de distribution d'énergie qui présente l'avantage d'un dispositif complètement en double sans prévoir en fait un tel dispositif et sans présenter les inconvénients d'un dispositif non en double avec des alimentations de puissance en double. Selon la présente invention, il est prévu un dispositif de distribution d'énergie dans lequel la puissance en provenance d'alimentations en double est fournie aux parties d'un dispositif modulaire par l'intermédiaire d'un commutateur de puissance distribué. C'est-à-dire que chacune des pluralités de charges est connectée par l'intermédiaire d'un commutateur respectif à l'une des alimentations de puissance d'une première façon, et à l'autre des alimentations de puissance d'une seconde façon. Dans le cas d'une panne de la première source d'alimentation vers l'une quelconque des charges, le commutateur associé à cette charge agit pour la connecter automatiquement à la deuxième source d'alimentation. De façon générale, chaque charge du circuit est connectée à l'une des alimentations de puissance par l'intermédiaire d'un premier élément d'impédance respectif ayant une première valeur prédéterminée et à l'autre alimentation de puissance par l'intermédiaire d'un second élément d'impédance respectif ayant une seconde valeur prédéterminée qui est supérieure à la première valeur. Dans un mode de réalisation de la présente invention, chaque commutateur peut être constitué d'une paire de diodes ayant des caractéristiques distinctes. Ce dispositif présente des avantages notables par rapport aux dispositifs de l'art antérieur. Par exemple, puisque chaque commutateur est associé à un seul circuit de charge, le courant à commu ter est relativement bas et la vitesse de commutation est très rapide. En outre, la simplicité du commutateur distribué (ou réparti) le rend très attractif économiquement et augmente la sécurité du dispositif complet. Par exemple, si l'une des sources d'alimentation tombe en panne, aucun des circuits de charge n'est affecté et, si l'un des divers circuits de charge amène l'une des alimentations à tomber en panne, seul ce circuit de charge est affecté. Le mode de réalisation de la présente invention sera décrit maintenant en détail à titre d'exemple en relation avec le dessin joint qui est un diagramme schématique de dispositif de distribution de puissance selon la présente invention. Ce diagramme représente un dispositif électronique modulaire typique mettant en oeuvre un commutateur de puissance distribué (ou réparti) selon la présente invention. Plusieurs modules de circuits ou cartes de circuits imprimés 10-1, 10-2, 10-3, 10-4 à 10-n peuvent chacun comprendre un sous-système complet. Par exemple, chaque module peut comprendre un circuit d' interface pour une position d'opérateur correspondante dans un dispositif téléphonique. Chaque module comprend un circuit de charge auquel l'alimentation est fournie à partir d'un convertisseur Il qui comprend normalement un régulateur de courant et de tension. Chaque convertisseur 11 est connecté à une paire d'alimentations de puissance A et B par l'intermédiaire de fusibles 12 et de commutateurs 13 respectivement.Les alimentations de puissance A et B fournissent normalement du courant non régulé par l'intermédiaire de fusibles respectifs PDFA et PDFB. -Ces alimentations de puissance sont, de façon classique, situées dans une armoire de distribution de puissance 14. Chaque commutateur 13 comprend un premier élément dont l'impédance a une valeur prédéterminée, tel qu'unie diode 15, connecté entre le fusible 12 et l'une des bornes de sortie d'alimentation électrique. Chaque commutateur 13 comprend également un second élément d' impédance ayant une valeur supérieure à celle du premier élément, tel qu'une paire de diodes 16. En ce cas, toutes les diodes 15 et 16 sont de même type et peuvent entre, de façon comnode, des diodes à jonction p-n. Dans une variante, la diode 15 peut être une diode à barrière de Schottky et la paire de diodes 16 peut être remplacée par une diode à jonction p-n unique. I1 faut noter que dans certaines circonstances,par exemple en cas d'une demande de courant très faible, les éléments du commutateur 13 peuvent être de simples résistances. D'autre part, le procédé consistant à utiliser un commutateur distribué peut etre mis en oeuvre en choisissant des commutateurs 13 utilisant d'autres éléments tels que des transistors. En fonctionnement, on peut observer que chacun des modules 10-1 à 10-n est connecté à l'une des sources d'alimentation A et B d'une façon primaire et à l'autre des alimentations de puissance A et B de façon secondaire. Par exemple, le module 10-1 est connecté d'une façon primaire à l'alimentation de puissance B et d'une façon secondaire à l'alimentation de puissance A. Ceci est dû au fait que la diode 15 a une impédance plus faible que l'élément 16. De même, le module 10-2 est connecté d'une façon primaire à l'alimentation de puissance A et d'une façon secondaire à l'alimentation de puissance B. I1 faut noter qu'une moitié du nombre total de modules est connectée à la première alimentation de puissance d'une façon primaire et à l'autre alimentation de puissance d'une façon secondaire.Ceci a pour effet de diviser la charge entre les deux alimentations de puissance. On peut également noter que les connexions de puissance primaires et secondaires peuvent être modifiées pour des modules alternés, comme cela est représenté dans les dessins. Ceci tend à égaler la perte d'énergie dans les conducteurs de distribution. En d'autres termes, la longueur des conducteurs en provenance des alimentations de puissance vers le module 10-4 n'est pas supérieure à celle des conducteurs en provenance des alimenta tions de puissance vers le module 10-3. Cette distribution fournit également l'avantage que, dans un système modulaire dont les dimensions peuvent gtre augmentées, les charges respectives sur les alimentations de puissance sont toujours sensiblement équilibrées. Si par exemple, l'alimentation de puissance A tombe en panne, les modules 10-1 et 10-3 continuent à être alimentés en puissance d'une façon primaire à partir de l'alimentation de puissance B. Mais, les commutateurs 13 des modules 10-2, 10-4 et 10-n qui étaient alimentés d'une façon primaire par l'alimentation de puissance A réagissent en extrayant du courant de l'alimentation de puissance B par l'intermédiaire de leurs paires de diodes respectives 16. L'alimentation de puissance B fournit alors de la puissance à tous les modules. Les modules 10-1 et 10-3 sont alimentés en courant par l'intermédiaire d'une diode unique respective 15 et les modules 10-2, 10-4 et 10-n sont alimentés en courant par l'intermédiaire d'une paire de diodes respectives 16.Inversement, si l'alimentation de puissance B tombe en panne, toute la charge est automatiquement supportée par l'alimentation de puissance A. 51 faut également noter que l'augmentation de chute de tension aux bornes du commutateur à diodes qui survient par suite d'une panne d'un fusible PDF, par exemple d'une chute de diode à deux chutes de diodes, n'est pas perçue dans le circuit de charge car la régulation de ligne normale du convertisseur élimine effectivement cette charge de tension à sa sortie. Comme cela est clair à partir de la description précédente, la présente invention prévoit un dispositif de distribution de puissance présentant des avantages fondamentaux sur les dispositifs existants. La commutation d'une alimentation de puissance en panne à une autre est effectuée pour chacune de plusieurs charges; en conséquence, la quantité de courant à commuter est très faible. Ceci permet aux commutateurs d'être simples et en conséquence très économiques. En outre, chacune des alimentations de puissance est seulement chargée à capacité moitié dans des conditions normales. Ceci augmente leur sécurité en accroissant leurs caractéristiques de temps moyen de panne probable. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. AZVENDICATIONS 1 - Dispositif de distribution d'énergie ayant une paire de bornes d'entrée pour être connectées à des sources d'énergie respectives, et plusieurs bornes de sortie pour être connectées à chacun de plusieurs circuits de charge, caractérisé en ce qu'il comprend un commutateur de puissance distribué (ou réparti) pour connecter les bornes d'entrée aux bornes de sortie, comportant plusieurs moyens de commutation respectivement associés à l'une respective des bornes de sortie pour la connecter à l'une des bornes d'entrée d'une façon primaire et à l'autre des bornes d'entrée d'une fa çon secondaire, chacun des moyens de commutation agissant, à la suite d'une panne de la source primaire d'alimentation, pour connecter automatiquement sa borne de sortie associée à sa source d'alimentation secondaire, chacun des moyens de commutation comprenant - un premier élément d'impédance ayant une première valeur prédéterminée connecté entre l'une des bornes d'entrée et la borne de sortie associée au moyen de commutateur, et -- un second élément d'impédance ayant une seconde valeur prédéterminée supérieure à la première, ce second élément étant connecté entre l'autre des bornes d'entrée et la borne de sortie associée au moyen de commutation. 2 - Commutateur de puissance distribué selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des éléments d'impédance comprend au moins un dispositif unidirectionnel en courant. 3 - Commutateur de puissance distribué selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des éléments d'impédance ayant une première valeur prédéterminée est une diode à barrière de Schottky et en ce que chacun des éléments d'impédance ayant une seconde valeur prédéterminée est une diode à Jonction p-n. 4 - Commutateur de-puissance distribué selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des éléments d'impédance ayant une première valeur prédéterminée comprend une diode d'un certain type et en ce que chacun des éléments d'impédance ayant une seconde valeur prédéterminée comprend une paire de diodes en série du même type. 5 - Commutateur de puissance distribué selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacune des diodes est une diode à jonc- tion p-n.