Brevet FR2335087A1 — publié le 19770708

La présente invention concerne dea converttsseurs continue continu comportant des circuits basse tension, Elle concerne plus particulièrement dans ce cadre, l'alimentation de ces circuits basse tension, alors que le convertisseur lui-même est généralement ali mente en haute ou très haute tension Un convertisseur classique continu-continu se compose généralement de trois étages principaux qui sont1 un étage pilote, un étage de commande et un étage de puissance dont on va résumer les fonctions. L'étage pilote comporte soit un oscillateur indépendcfnt, soit un montage bouclé avec les autres circuits Il fournit une tension carrée qui est appliquée sur l'étage de commande du convertisseur L'étage de commande a pour but d'effectuer une adaptation de tension et d'impédance entre l'étage pilote et L'étage de puissance. L'étage de puissance luit a pour but de transformer l'énergie continue qui lut est appliquée en une énergie alternative, permettant Itutilisation en sortie d'un transformateur dont le secondaire peut présenter plusieurs enroulements permettant de disposer de plusieurs tensions isolées, soit supérieures, soit inférieures, sont identiques à la tension initiale de d6part. Des redresseurs sont connectes à ces enroulements qui délivrent des tensions continues isolées électriquement de la tension de départ. Les convertisseurs continu-continu répondant au scitema' qui a été donné, qui lui-même avait pour but de remédier à certains inconvé- lents existant dans les convertisseurs utilisant un certain nombre de circuits magnétiques et un circuit bouclé, comportent avantageu- sement, principalement dans l'étage pilote et dans l'étage de commande, des circuits intégrés logiques.Ceux-ci en effet sont d'un fonctionnement sûr et rapide améliorant le rendement du convertisseur qui les utilise. Toutefois ces circuits réclament une alimentation basse tension qutil est peu judicieux de fabriquer à partir de la tension appliquée au convertisseur De fait, la tension de départ ou tension primaire qui est appliquée au convertisseur est généralement de valeur élevée, et notamment beaucoup plus élevée que celle nécessaire à l'alimentation des circuits logiques qui par exemple, pour une logique dite "TTL" abréviation de l'anglais "transistor-transistor lagic" est de l'ordre de 5 volts alors que la tension primaire du convertisseur peut Qtre de l'ordre de 60T ou plus.Il est donc exclu, et il doit être exclu de fabriquer la basse tension d'alimentation des circuits logiques à partir de la tension primaire élevée du convertisseur, par chute osmique de la tension élevée. te rendement est désastreux. Le but de l'invention est de définir un procédé et les moyens d'application de ce procédé pour alimenter les circuits basse tension d1un convertisseur continu-continu qui soit exempt des inconvénients qui ont été évoqués Suivant l'invention, la basse tension d'alimentation des circuits logiques d'un convertisseur continu-continu est produite à partir de deux sources différentes de tension, la première dépendant pendant une période dite de démarrage de la tension primaire appliquée au convertisseur et la deuxième étant fournie par l'étage de sertie du convertisseur lui-meme, cette dernière se substituant à la première après ladite période de démarrage. Suivant un autre aspect de l'invention, l'étage de puissance du convertisseur continu-continu comporte un enroulement secondaire supplémentaire au transformateur de sortiez délivrant une tension de valeur égale à la tension d'alimentation basse tension et un camml- tateur commandé par cette tension et la substituant à celle obtenue directement à partir de la source de tension primaire appliquée au convertisseur. L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui suit donnée à l'aide des figures qui représentent - la figure 1, un schéma de principe du dispositif de commutatif - la figure 2, un schéma d'une réalisation pratique du dispositif de commutation Ainsi-que cela ressort de la partie introductive de la présente description, l'invention a pour but de faire fabriquer par le convertisseur lui-même et donc avec un bon rendement, la basse tension nécessaire à l'alimentation des circuits logiques qu'il comporte Cependant pour se faire, il est nécessaire de mettre en marche le convertisseur et dans ces conditions, la basse tension d'alimentation est produite à partir de la source de tension primaire et donc avec un mauvais rendement. On limite alors l'utilisation de cette source de tension au temps strictement nécessaire à la production de la tension désirée par le convertisseur lui-même, temps appelé temps de démarrage. Dès que cette tension apparat à la sortie du transf or- mateur de l'étage de puissance, un commutateur coupe l'alimentation à partir de la source de tension primaire et y substitue celle produite par le convertisseur lui-meme. La figure 1 représente le schéma de principe du dispositif de commutation On a représenté en t l'enroulement primaire du transformateur T de l'étage de puissance du convertisseur continu-continu considéré2 en 2 l'enroulement secondaire supplémentaire connecté à un pont de redressement 3. La tension continue d'alimentation apparaît en 4. la source continue haute tension, dite source de tension primaire du convertisseur est repérée par 5. Une diode Zener 6 est insérée avec une résistance dans le circuit reliant la source primaire au dispositif de régulation 8 délivrant en .9 la basse tension d t alimentation régulée.Un commutateur 10 sous forme d'un microrelais est monté dans le circuit de sortie de l'enroulement secondaire supplémentaire et commande deux contacts C1 et C2, l'un ai de repos dans la liaison source primaire 5 du dispositif de régulation 8 et l'autre de travail dans le circuit de sortie de l'enroulement secondaire supplé- mentaire du transformateur T. Le fonctionnement d'un tel dispositif de commutation est le suivant. A la mise sous tension du convertisseur le microrelais 10 se trouve en position de repos, la liaison entre la source primaire 5 et le dispositif de régulation 8 étant établie à travers la diode Zener 6 la résistance 7 et le contact C1. ta tension régulée de ce fait est fabriquée par chute ohmique à partir de la tension primaire 5. les circuits basse tension sont alimentés à partir du circuit de régulation 8 et le convertisseur peut fonctionner. Dans ces conditions une basse tension apparat aux bornes de l'enroulement secondaire supplémentaire 2 du transformateur T de sortie de l'étage de puissance, et après redressement excite le relais tO.Celui-ci ouvre son contact C1 et ferme son contact C2, coupant ltalimentation du dispositif de régulation 8 par la source primaire 5 et y substituant la tension produite en 4 par le transformateur T. Les circuits logiques sont alors alimentés en 9 à partir de cette tension produite avec un bon rendement. ta diode Zener 6 qui a une valeur proche de la haute tension a pour but de retarder le démarrage du convertisseur si la tension de la source 5 monte progressivement. Son absence risquerait de produire un démarrage avec une tension faible insuffisante pour créer au secondaire une tension capable de commuter le relais. Dans ce cas le dispositif de régulation serait relié en permanence à lahaute tension, ce qui entraînerait sa destruction, La figure 2 représente un schéma d'une réalisation d'un dispositif de commutation des sources d'alimentation pour les circuits basse tension d tun convertisseur continu-continu. Sur ce schéma le convertisseur est plus détaillé et on notera en 12 l'étage pilote, en 13 Itétage de commande, en 14 Itétage de puissance avec le transformateur de sortie T comportant un enroule ment primaire 1 et les enroulements secondaires 2 et i 11, r l'enroule- ment 2 étant l'enroulement secondaire supplémentaire devant délivrer la tension d'alimentation basse tension se substituant à celle créée à partir de la source haute tension primaire 5. L'enrou- lement secondaire 11, connecté à un pont de redresseurs 15 délivre aux bornes 16 une tension continue symbolisant la ou les tensions continues que l'on désire obtenir d'un convertisseur continucontinu.L'enroulement secondaire 2 avec un point milieu à la masse est connecté aux redresseurs 17, 18 et au condensateur 19. Ces éléments font partie de ce que l'on appelle le circuit de démarrage 20 qui comporte par ailleurs le circuit d?alimentation directement relie à la source primaire hante tension 5 et le commutateur 10 constitué par l'élément semiconducteur 25. Les éléments semiconducteurs 21 et 22, constituant un montage connu sous le nom de Darlington soit une partie du dispositif de régulation 8 avec sa sortie 9, l'autre partie comportant les diodes Zener 24 et 25. Le fonctionnement du dispositif de la figure 2 est le suivant A la mise sous tension , l'élément semiconducteur 23 monté en suiveur de tension présente sur son émetteur un potentiel égal à (V24 + V25) V (basse-émetteur). La tension collecteur de l'élément semiconducteur 23 ntest toutefois pas égale à la tension de la source primaire 5 à laquelle celui-ci est connecté. La diode Zener 27 ainsi que la résistance 28 ont pour effet de diminuer la tension de la source primare 5 et de la ramener à une valeur de quelques volts.La résistance ,26 a pour but de polariser les diodes Zener 24 et 25 qui sont identiques et montées en série pour assurer une meilleure compensation des dérives thermiques des jonctions base émetteur des éléments semiconducteurs 21 et 22 dont les collecteurs sont connectés à l'émetteur de L'élément 23. Une fraction de la tension aux bornes des diodes Zener 24 et 25 est prélevée par le pont diviseur constitué par les résistances 29 et 30 pour être appliquée à la base de l'élément semiconducteur 22. Celui-ci constituant avec l'élément 2t, comme cela a été déjà dit, une partie du dispositif de régulation repéré 8 dans la figure 1, délivre aux bornes du condensateur 32, en 9 la tension d'alimentation des circuits logiques Le convertisseur étant ainsi mis en marche, une tension apparaît aux bornes de l'enroulement secondaire supplémentaire 2 qui est transformée en une tension continue par les éléments redresseurs 17 et 18 et le condensateur 19. Gette tension est appliquée à l'émetteur de I1 élément semiconducteur 27 avec une valeur légèrement supérieure à celle de la tension aux bornes des diodes Zener 24 et 25. Gette valeur est obtenue par le choix du nombre de spires de l'entoulement secondaire 2 2.L' élément semiconducteur 27i est ainsi bloqué et agit comme un interrupteur coupant l'alimentation à partir de la source haute tension 5. Cette tension issue de ltenroulement 2 est également appliquée aux collecteurs des éléments semiconducteurs 21 et 22 qui fournissent en 9 une basse tension régulée. La tension produite aux bornes de l'enroulement secondaire supplémentaire 2 du convertisseur a pris ainsi le relais de la haute tension délivrée par la source 5 On pourra noter que la résistance 71 disposée dans le circuit de la base de ltélément semiconducteur 22 est destinée à éviter, au moment du démarrage l'écrêtage des diodes Zener 24 et 25 par les éléments semiconducteurs 21 et 22 qui, à la mise sous tensions se comportent comme des diodes. On a ainsi décrit comment alimenter les circuits basse tension dans un convertisseur contion-continu alimenté en haute tension. R E V E N D I C A T I O N S I Convertisseur continu-continu connecté à une source haute tension primaire et comportant des circuits basse tension en particulier dans son étage pilote et dans son étage de puissance, eelui-ci. comprenant un transformateur de sortie avec plusieurs enroulements secondaires débitant sur des redresseurs et délivrant à partir de ladite source primaire, des tensions continues pouvant être supé- rieures ou inférieures à celle-ci au simplement isolées, et un dispo sitif de régulation délivrant une basse tension régalée destinée à l'alimentation des circuits basse tension, caractérisé par le fait que ledit transformateur (T) comporte un enroulement secondaire (2) supplémentaire délivrant une tension suffisamment basse pour servir à alimenter lesdits circuits basse tension dudit convertisseur et un commutateur (tO) excité par ladite tension et Irappliquant au dispositif de régulation (8), préalablement alimente à partir de la source haute tension primaire (5) pendant la phase de démarrage du convertisseur 2.Convertisseur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le commutateur (10) est un microrelais ayant un contact repos (o1) dans le circuit reliant la source haute tension (5) au dispositif de régulation (8) et un contact travail (C2) dans le circuit recueil lant la basse tension non régalée par ltenroulement secondaire supplémentaire (2) du transformateur (T) 3. Convertisseur suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le commutateur (1Q) est un élément semiconducteur (25) connecté d'une part à la source haute tension primaire (5) à travers des circuits résistifs (26-28) et de protection (27) et d'autre part au dispositif de régulation (8), ledit élément semiconducteur (23) étant de plus connecté aux sorties des éléments redresseurs (17-18) aux bornes de l'enroulement secondaire supplémentaire (2) du transformateur (T) de sortie de l'étage de puissance (14) du convertisseur. 4. Convertisseur suivant la revendication i caractérisé par le fait que le dispositif de régulation (8) comporte deux éléments semicon- docteurs (21-22) connectés suivant le montage dit de Darlingon. 5. Convertisseur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'à la mise sous tensions, l'alimentation des circuits basse tension est réalisée à partir de la source haute tension primaire (5), le commutateur (10) assurant la liaison entre laite source (5) et le dispositif de régulation (8) et permettant la mise en marche du convertisseur. 6. Convertisseur suivant la revendication 5, caractérisé par le fait qu'à sa mise en marche, l'enroulement secondaire supplémentaire (2) délivre une tension, de faible valeur, qui est redressée (17-18) et appliquée au commutateur (25), qui se trouve déconnecté de la source haute tension primaire (5), l'entrée du dispositif de régulation (8) étant connectée aux sorties des éléments redresseurs (17-18).