Brevet FR2290081A1 — publié le 19760528

La pressente invention concerne les convertisseurs statiques alimentés par une source de tension continue et fournissant un courant alternatif à une charge qui peut notamment être un tube fluorescent à basse tension. De tels convertisseurs sont fréquemment dénommés ballasts électroniques". On connaît déjà de nombreux convertisseurs de ce type utilisant deux transistors dont l'un est conducteur lorsque l'autre est bloqué. En particulier, on connaît des convertisseurs statiques d'ali- mentation de tubes fluorescents b deux transistors de commutation dont les bases sont reliées par des résistances respectives, servant de générateurs de courant base pour les transistors, à un point milieu porté å la tension continue d'alimentation, et sont reliées l'une à l'autre par voie inductive, et dont les collecteurs sont couplés l'un à l'autre par capacité, sont reliés au point milieu par des bobines couplées à l'inductance de base et sont découplés par des diodes de commutation respectives. La charge est placée en série avec un bobinage secondaire couplé par voie inductive aux bobines de collecteur et constituant primaire. L'invention vise notamment à fournir un convertisseur statique susceptible d'alimenter une charge appelant une puissance pouvant varier dans de larges limites, ou diverses charges pouvant être mises en circuit et hors circuit, et ce tout en conservant dans toutes ses conditions de travail un fonctionnement normal. Dans ce but, l'invention propose un convertisseur du type ci-dessus défini comprenant un circuit de pilotage en fréquence des transistors et, entre les collecteurs des transistors, au moins une bobine primaire d'un transformateur dont la bobine secondaire est en série avec une charge. Pour que les bobines et la capacité soient susceptibles de piloter le convertisseur, celui-ci est avantageusement muni d'une bobine, d'inductance suffisante pour réaliser une adaptation d'impédance avec le convertisseur proprement dit, interposée entre le point milieu et la source d'alimentation, immédiatement en amont du point milieu. Pour réaliser l'adaptation d'impédance, la bobine a une inductance très supérieure à celle des bobines de filtrage qui ont quelquefois été utilisées par le passé. On voit qu'un tel convertisseur peut comporter un boitier central à partir duquel on peut regler simultanément la tension efficace de sortie et la fréquence appliquées à plusieurs charges. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titres d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - les figures 1, 2 et 3, sont des schémas de principe d'un convertisseur et de deux variantes - la figure 4 montre schématiquement un montage possible des bobines du convertisseur de la figure 3. Le convertisseur représenté schématiquement en figure 1 comporte deux transistors 10 et il de type NPN Les émetteurs de ces transistors sont reliés à la masse. Les collecteurs sont reliés à un point milieu C par des bobines respectives 12 et 13 montées sur un noyau magnétique et sont couplés l'un à l'autre par un condensateur 14. Des diodes de commutation respectives 15 et 16 relient également les collecteurs des transistors 10 et 11 à la masse. Les bases des transistors 10 et Il sont reliées par des résistances respectives 17 et 18 au point milieu C. De plus, ce point milieu est relié à la source de courant continu d'ali mentation +UN. Les résistances 17 et 18 jouent le rôle de générateurs de courant de base, tandis que le rôle de générateur de tension de base est joué par deux bobines montées sur le noyau magnétique, donc couplées aux bobines 12 et 13 reliant les bases, et pouvant être fusionnées en une seule 19,20 Les bobines 12,13 et 19,20 constituent un circuit de pilotage en fréquence 26. Elles peuvent avoir la constitution indiquée dans la demande de brevet n EN 74 32 214 du 24 septembre 1974 aux nomsde Jean BENQUEY et Dominique ABADIE. Le mode de réalisation illustré en figure 1 comporte une cellule d'entrée d'adaptation d'impédance constituée par une self 28 (bobine sur ferrite) et un condensateur 29. La self est choisie de valeur suffisante pour assurer un découplage entre l'alimentation d'une part, le convertisseur proprement dit d'autre part. Le condensateur 29 (de quelques rF en général) n'est pas indispensable, mais est très favorable. Enfin, il peut être prévu une cellule de filtraqe 27 (cellule en L par exemple) destinée b protéger la source d'alimentation contre les composantes alternatives générées par le convertisseur. La bobine 28 remplit d'ailleurs, en plus de son rôle principal, un rôle d'antiparasitage qui n'est pas néqligeable et complète celui de la cellule 27. Le dispositif qui vient d'être décrit fournit, en l'absence de toute charge extérieure, une tension de sortie entre les collecteurs des transistors 10 et 11 qui est sensiblement sinusoïdale avec une amplitude qui se rapproche de 3 UN, sans lui être égale du fait des amortissements. La fréquence de cette tension est essentiellement fonction de la capacité du condensateur 14 et du nombre de spires des bobines 12 et 13. Il s'agit là d'une différence essentielle avec les convertisseurs connus dans lesquels l'absence de charge provoque le claquage d'un des transistors en quelques minutes, la tension collecteurémetteur VCE délassant VCEO à chaque alternance. Chacune des charqes à alimenter par le convertisseur est montée en série avec le secondaire d'un transformateur dont le primaire est branché entre les collecteurs des transistors 10 et 11 : la figure 1 montre deux tubes fluorescents 30 et 30a alimentés par des transformateurs respectifs .31 et 31a. On peut ainsi alimenter un nombre quelconque de blocs 32, 32a, 32b,... compatible avec la puissance des transistors 10 et 11. On voit ainsi apparaître divers avantages de l'invention : - le circuit de pilotage 26 peut comporter une,carcasse magnétique de petites dimensions, beaucoup plus faibles que celles de la carcasse des transformateurs. Le convertisseur est ainsi miniaturisé, - chaaue transformateur étant indéendant, on peut ouvrir les circuits de charge sans modifier le fonctionnement, - la commande des transistors se faisant à partir du circuit de pilotaqe, il ést possible de laisser fonctionner le convertisseur sans charge, c'est-à-dire soit sans transformateur, soit avec des transformateurs non chargés. L'isolement des fils de la bobine secondaire des transformateurs en circuit ouvert sera le seul facteur limitatif, - il est possible de modifier la fréquence dans les limites admises par les circuits magnétiques sans modifier les transformateurs, on peut régler simultanément la tension efficace de sortie d'un ou plusieurs transformateurs à partir d'un boitier unique. L'un des facteurs qui limitent la puissance que peut fournir le convertisseur illustré en figure 1 est constitué par les résistances 17 et 18 qui servent de générateurs de courant pour les transistors 10 et 11 et dont la valeur est d'autant plus faible, pour des transistors donnés, que la puissance de sortie à fournir est élevée. Dès que celle-ci-dépasse 100 W environ, pour une tension UN = 28 Volts, les résistances doivent dissiper une puissance importante et chauffent les circuits environnants. Cette difficulté peut être écartée en remplaçant chaque transistor de commutation par une cascade de transistors dont le premier pilote les suivants. On peut notamment utiliser le schéma de la figure 2 (où les organés correspondant à ceux de la figure 1 sont désignés par le même numéro de référence), qui utilise des montages genre Darlington au lieu des transistors 10 et 11 de la figure 1. Le transistor 10 est par exemple remplacé par un premier transistor 33 dont l'émetteur est relié à la base par une diode de commutation 34 et à la base du transistor de puissance 35 directement. Le collecteur de ce dernier, muni d'une diode de commutation 36, est relié au collecteur de l'autre transistor par ie condensatèur 14 et les circuits de charge tels que 32.A titre d'exemple, on peut indiquer qu'il suffit alors de résistances 17 et 18 de 22 k Q dissipant 0,5 W au lieu de résis- tances de 1 kn et 4 W. Il est également possible de fournir une puissance de sortie importante en utilisant la variante illustrée en figure 3, où les organes correspondant à ceux des figures 1 et 2 sont désignés par le même numéro de référence. Alors que dans le mode de réalisation illustré en figure 1, le primaire du transformateur 31 est constitué par une bobine unique montée entre les collecteurs des transistors 10 et 11, dans le cas de la figure 3, il est prévu deux demi-bobines 37 et 38 dont le point milieu P est raccordé au point C de façon à permettre d'alimenter directement les demi-bobines 37 et 38. Des diodes 39 et 4Q sont alors interposées entre les demi-bobines et les collecteurs des transistors corresnondants. Dans le mode de réalisation de la figure 3, un rhéostat 41 et un interrupteur 42 sont interposes entre les points P et C. Le rhéostat 41 nermet de modifier la tension efficace apparaissant aux bornes de la bobine secondaire du transformateur 31. Comme dans le cas de la figure 1 le convertisseur de la fiqure 3 peut alimenter en parallèle plusieurs transformateurs associés chacun à une charge. Le transformateur 31 neut être constitué comme indiqué schématiauement en figure 4. Une carcasse en ferrite, pouvant être en "L", porte d'une part le secondaire relié à la charge 30, d'autre part, une bobine primaire à point milieu sorti et raccordé au point C. L'invention est susceptible de nombreuses applications et de nombreuses variantes de réalisation. En particulier, elle permet d'alimenter des tubes fluorescents sous une fréquence d'alimentation qui peut atteindre 200 kHz et qui est réglable en agissant sur le nombre de bobines du circuit pilote, de petites dimensions. Il peut également être utilisé pour alimenter des circuits intégrés. Par ailleurs, il peut être constitué en transistors PNP et non plus NPN, ou en transistors complémentaires dans le cas de la figure 2, les connections devant évidemment être modifiées en conséquence. Il doit être entendu que la portée du présent brevet s'tend à de telles variantes restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Convertisseur statique destiné à être alimenté par une source de tension continue et à fournir un courant alternatif à au moins une charge, comprenant deux transistors de commutation dont les bases sont reliées par des résistances respectives à un point milieu porté à la tension continue d'alimentation et sont reliées l'une à l'autre par voie inductive et dont les collecteurs sont couplés l'un à l'autre par capacité, sont reliés au point milieu par des bobines couplées à l'inductance de base et sont découplés par des diodes de commutation respectives, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de pilotage en fréquence des transistors et, entre les collecteurs des transistors, au moins une bobine d'un primaire d'un transformateur dont la bobine secondaire est en série avec une charge. 2. Convertisseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur comporte une bobine, d'inductance suffisante pour réaliser une adaptation d'impédance avec le convertisseur proprement dit, interposée entre le point milieu et la source d'alimentation, immédiatement en amont du point milieu, lesdites bobines et la capacité jouant le rôle de circuit de pilotage. 3. Convertisseur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits transistors de commutation pilotent des transistors de puissance respectifs. 4. Convertisseur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que chaque transistor de commutation est associé avec le transistor de puissance correspondant dans un montage genre Darlington. 5. Convertisseur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite bobine primaire est scindée en deux demi-bobines reliées au collecteur par des organes à conduction unidirectionnelle et en ce que la jonction entre les deux demibobines est reliée audit point milieu. 6. Convertisseur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la jonction au point milieu comporte une résiStance réglable et/ou un interrupteur.