Brevet FR2334230A1 — publié le 19770701

L'invention concerne un dispositif de transformateurs pour un circuit adapté a changer les caractéristiques d'un courant (appelé simplement ci-apres convertisseur de courant), dans lequel, au primaire, une source de tension continue peut être mise en circuit ou hors circuit au cours d'intervalles de temps successifs par l'intermédiaire d'un interrupteur, une tension continue étant obtenue par l'intermédiaire de redresseurs, au secondaire. Des convertisseurs de courant de ce type peuvent être montés, soit en tant que transformateurs d'alimentation, soit comme transformateurs de blocage. Ils ont en commun que l'enrou- lement primaire est traversé par un courant continu haché résultant de la mise en circuit ou hors circuit au cours d'-intervalles de temps successifs de l'enroulement primaire par l'intermédiaire de l'interrupteur, de sorte qu'à l'enroulement secondaire apparal~é une tension alternative, qui est redressée et peut être utilisée pour alimenter une résistance de charge ou tout autre appareil consommateur de courant continu.La commande rythmée de l-'interrupteur peut s'effectuer avec une fréquence variable afin de maintenir constante, à l'aide de cette variation, la tension continue fournie par l'enroulement secondaire, même lorsque la résistance de charge varie. En général, les circuits qui fonctionnent selon ce principe, sont également connus sous le nom de convertisseur s continu-continu. Un convertisseur de courant fonctionnant selon le principe du transformateur d'alimentation est câblé de telle sorte que, lorsque l'interrupteur est fermé, la charge est également raccordée à l'enroulement secondaire du transformateur par l'intermédiaire du redresseur. Le courant prélevé a l'enroule- ment primaire a ici une composante inductive et, par suite de la transformation de la résistance de charge a l'enroulement primaire une composante ohmique. Quand l'interrupteur est ouvert, la charge est coupe de l'enroulement secondaire du transformateur par le redresseur. Un convertisseur de courant fonctionnant en transformateur de blocage est câblé de telle sorte que, lorsque l'interrupteur est fermé, la charge est coupée de l'enroulement secondaire du transformateur par le redresseur. Ceci est obtenu par une polarité appropriée de l'enroulement secondaire en liaison avec le redresseur associé. Pendant la période de fermeture de l'inter rupteur, l'enroulement primaire reçoit de la source de courant continu une énergie qui est accumulée dans le transformateur. Ce prélèvement de courant s'effectue grâce à un courant inductif montant quasi linéairement. Avec un transformateur de blocage, il faut éviter que le transformateur arrive à saturation.. Avant la coupure, le courant primaire monterait en effet fortement, sans qu'il en résulte un avantage particulier, et le rendement en serait réduit.La coupure de l'interrupteur doit donc avoir lieu å un instant où la saturation n' est pas encore atteinte. Lors de la coupure de l'interrupteur, l'enroulement primaire est coupé de la source de tension. I1 en résulte une tension opposée a la tension continue antérieure, laquelle rend le redresseur prevu à l'enroulement secondaire conducteur, de sorte que 1 'énergie accumulée dans le transformateur peut être libérée. Les convertisseurs de courant qui fonctionnent selon le principe expliqué ci-dessus du transformateur d'alimentation ou du transformateur de blocage ont respectivement des inconvénients spécifiques. Un inconvénient particulier du transformateur d'alimentation consiste en ce que l'enroulement primaire du transforma-teur relié a l'interrupteur peut être très facilement saturé. La saturation de l'enroulement primaire peut se produire lorsqu'une démagnétisation totale n'a pas été effectuée avant la fermeture de-l'interrupteur, lorsque la période de fermeture de celui-ci est trop longue, t lorsque la tension de la source de tension continue d'alimentation est trop. élevée. Si l'enroulement primaire du transformateur d'alimentation est saturé, le courant de magnétisation augmen-te fortement, ce qui peut endommager ou detruire l'interrupteur.Des effets du type qui viennent d'être décrit peuvent notamment être provoqués par un fonctionnement défectueux d'un transformateur de tension, donc par exemple lorsque la - période de mise hors circuit de l'interrupteur est trop courte, lorsqu'une tension pertubatrice apparaît dans le circuit de commande de l'interrupteur, ou lorsqu'une surtension apparaît dans le circuit primaire d'alimentation. Un inconvénient particulier du transformateur de blocage est que l'arrivée dans le circuit secondaire de l'énergie accumulée dans le transformateur pendant la phase de coupure de l'interrupteur, provoque à la résistance de charge une très forte ondulation du courant, qui exige de prévoir un condensateur de filtrage de forte valeur, mais charge toutefois très fortement celui-ci. Le but de l'invention est donc de fournir un dispositif de transformateurs pour un circuit convertisseur de courant, qui permet d'éviter d'une part le risque de saturation du transformateur d'alimentation, et d'autre part, une trop grande ondulation du courant du transformateur de blocage. Un dispositif de transformateurs du type précité pour résoudre ce problème est réalisé conformément à l'invention de telle sorte qu'on prévoit deux transformateurs ayant chacun un redresseur monté en aval et comportant des enroulements primaires montés en série, dont l'un est câblé en tant que transformateur de blocage et l'autre en tant que transformateur d'alimentation, et que les deux redresseurs sont reliés à une charge commune. Un tel dispositif de transformateurs permet d'éviter totalement les inconvénients mentionnés. ci-dessus du transformateur de blocage et du transformateur d'alimentation, en ce qui concerne leur rapport à la charge à alimenter. I1 s'établit à la résistance de charge et au condensateur de charge qui lui est associé une très faible ondulation de courant, qui correspond simplement au changement de courant de magnétisation des deux transformateurs. En outre, on obtient grâce au montage en série des deux enroulements primaires que le courant dans les enroulements primaires, qui, en cas de saturation de ltenroulement primaire du transformateur d'alimentation, risquerait d'augmenter fortement, soit limité par l'inductance de l'enroulement primaire du transformateur de blocage monté en série avec le précédent, Le dispositif de transformateurs peut etre structuré de façon appropriée de telle sorte que les deux transformateurs comportent un enroulement primaire commun pour deux circuits magnétiques séparés. Il est possible de cette façon de réaliser un montage peu encombrant, dont les frais de fabrication sont particulièrement réduits. En outre, les pertes en cuivre sont plus faibles. Comme interrupteur, on prévoit, dans un développement de l'idée de l'invention, un semi-conducteur de commutation, de préférence un transistor de commutation, ou un redresseur au silicium commandé. De tels semi-conducteurs de commutation sont, généralement, utilisés dans des convertisseurs continu-continu en tant qu'interrupteurs pouvant être commandes ; la commande de leur fréquence de commutation et/ou de leur angle de flux de courant s'opère alors par comparaison de la tension continue produite à l'enroulement secondaire avec une tension de référence prédéterminée, de sorte que la tension continue produite a l'enroulement secondaire peut- être maintenue constante indépendamment d'influences extérieures. De façon appropriée, les deux enroulements primaires sont reliés directement ensemble, bien que l'interrupteur puisse également être placé entre eux dans le montage en série. Avec la liaison directe, il est en effet possible de cabler les enroulements primaires ensemble, par exemple avec des interrupteurs limitant la tension, ce qui évite des frais élevés de câblage. Etant donné que les deux transformateurs avec leurs redresseurs associés travaillent sur une charge commune, les deux transformateurs ont, de façon appropriée, des rapports de transformation qui coincident. On évite ainsi une dissymétrie de courant dans les deux circuits secondaires et l'ondulation de courant qui lui est liée. L'invention sera bien comprise a la lecture de la description détaillez, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, de formes de réalisation représentées schématiquement sur le dessin, sur lequel la figure 1 montre un schéma de principe d'un dispositif de transformateurs selon l'invention ; les figures 2a a 2e montrent des courbes de principe de tensions et de courants dans le dispositif de transformateurs représenté sur la figure 1 ; et la figure 3 est un exemple de réalisation d'un convertisseur continu-continu comportant un dispositif de transformateurs selon l'invention. La figure 1 représente un dispositif de transformateurs selon l'invention qui est constitué, pour l'essentiel par un interrupteur 1 réalisé sous forme de transistor, un transformateur 2 câblé en tant que transformateur de blocage et un transformateur 3 câblé en tant que transformateur d'alimentation. Les enroulements primaires 21 et 31 des transformateurs 2 et 3 -sont montés en série avec le transistor de commutation 1 f ce circuit série peut être raccordé à une tension continue +U. Les enroulements secondaires 22 et 32 des deux transformateurs 2 et 3 ont un sens d'enroulement opposé, comme indiqué par les points ; un redresseur 4,5 est associé à chacun d'eux. Les deux redresseurs 4,5 travaillent sur une résistance de charge 7 ; l'ondulation de la tension est réduite par un condensateur de filtrage 6 qui fonctionne comme condensateur de charge. Dans le circuit représenté sur la figure 1, la résistance 7 est alimentée avec un courant continu lorsque le transistor de commutation 1, du côté de l'enroulement primaire, est fèrmé et est coupé périodiquement, ou a un rythme non constant ; un courant pulsatoire de même sens circule ainsi dans le circuit primaire. Lorsque le transistor de commutation 1 est conducteur, la totalité de la tension continue +U se trouve appliquée en série aux deux enroulements primaires 21 et 31.Dans cet état,. le transformateur d'alimentation travaille de telle sorte que son redresseur 5 devient conducteur, tandis qu'au transformateur de blocage, le redresseur 4 est non conducteur.- Simultanément, un courant passe par les enroulements primaires 21 et 31 montés en série, dont la montée est déterminée par l'inductance de l'enroulement primaire 21, et par la chute de tension a cet enroulement primaire 21. Ce courant produit un courant secondaire correspondant qui dépend du rapport de transformation du transformateur 3. Lorsque le transistor de commutation 1 est non conducteur, il s'opère un changement de polarité des tensions aux enroulements primaires 21 et 31, de sorte qu'un courant de démagnétisation peut s'établir. Dans cet état, le redresseur 4 associé au transformateur de blocage 2 devient conducteur. L'énergie magnétique' accumulée dans l'inductance de l'enroulement primaire 21 du transformateur 2 pendant la phase de conduction du transistor de commutation 1, est envoyée dans le circuit secondaire, ainsi qu'il a déjà été décrit lors de l'exposé du principe de fonctionnement du transformateur de blocage. Le mode de fonctionnement du circuit représenté sur la figure 1 est donc tel que dans la période de conduction et dans la période de non conduction du transistor de commutation 1, le courant de magnétisation de l'enroulement primaire 21 du transformateur 2 est toujours transformé à 11 enroulement secondaire avec le rapport de transformation correspondant, si on néglige le faible courant de magnétisation du transformateur 3. On voit donc qu'il convient de faire coincider les rapports de transformation des deux transformateurs 2 et 3. Sur la figure 2 sont représentés les états décrits précédemment a l'aide des courbes représentatives de l'évolution des tensions et des courants. La figure 2a montre la courbe représentative de la tension aux deux enroulements primaires 21 et 31 montés en série pour les périodes de conduction et de non conduction du transistor de commutation 1 ; ces périodes sont référencées tî et t2. On voit que, pendant la période de conduction, la tension U est appliquée au circuit en série et que cette tension apparaît pendant la période de coupure avec un signe opposé. La figure 2b montre--le courant passant par les enroulements primaires, lequel, pendant la période de conduction du transistor de commutation 1, monte de façon linéaire en partant d'une valeur initiale de courant déterminée par l'inductance de l'enroulement primaire 21 et sa tension.Pendant la période de non conduction du transistor de commutation 1, il 'y a pas de courant primaire. Les figures 2c et 2d montrent les- courbes représentatives des tensions aux deux enroulements secondaires 32 et 22. On voit que ces deux tensions ont des signes opposés et que, pendant la période de conduction tl et la période de non conduction t2, une tension de polarité déterminée est chaque fois disponible du côté secondaire. La figure 2e montre enfin. la -valeur du courant secondaire provoqué par ces deux tensions et constitué par des courants partiels provoqués aux deux enroulements 32 et 22 par les tensions secondaires. La partie montante est déterminée par la tension à l'enroulément secondaire 32, la partie descendante par la tension a l'enroulement secondaire 22. On voit qu'il résulte de ces courants partiels assemblés un courant global dont l'ondulation est très faible, a savoir notablement plus faible que l'ondulation d'un seul courant partiel, qui serait produit uniquement par le transformateur d'alimentation 3. Sur la figure 3 est représentée l'utilisation de l'invention pour un convertisseur continu-continu, avec lequel peuvent être produites trois tensions de sortie, dont l'une sert de paramètre de-réglage pour la maintien d'une tension constante, et dont les deux autres varient en fonction du réglage. Comme source de tension continue, on utilise un redresseur de réseau 31 qui redresse une tension alternative de réseau amenée par les bornes d'entrée 30, et la conduit à un condensateur de charge 32. Le montage série des deux transformateurs 34 et 35, ainsi que d'un transistor de commutation 33, est alimenté avec cette tension continue. Les enroulements primaires 36 et 38 des deux transformateurs 34 et 35 sont montés en série ; les enroulements secondaires fournissent d'une façon qui sera décrite ultérieurement des tensions continues différentes. La base du transistor de commutation 33 est reliée à un transformateur 54 par lequel est amenée au transistor de commutation 33 une valeur de commande avec laquelle le transistor de commutation 33 peut être rendu conducteur ou non conducteur successivement. La fréquence de cette valeur de commande est déterminée par un comparateur 53 auquel est amenée une tension de référence Ur et l'une des tensions continues U1, U2 ou U3 comme valeur de comparaison.Dans l'exemple de réalisation représenté, une liaison en tirets avec la tension +U1 est représentée dans ce but ; toutefois, d'autres tensions peuvent être amenées au comparateur 53, séparément ou ensemble. Les enroulements secondaires 37 et 39 des deux transformateurs 34 et 35 sont munis respectivement de deux prises, de sorte qu'ils peuvent fournir trois tensions différentes. Comme dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, les deux enroulements secondaires 37 et 39 travaillent sur des redresseurs séparés ; en outre, ils ont des sens d'enroulement inverses. Le principe de la liaison avec chaque redresseur est représenté pour les deux prises de chaque enroulement secondaire ainsi que pour l'une des extrémités d'enroulement.Les prises, ou les extrémités d'enroulement sont connectées de telle sorte qu'apparaissent des tensions de polarités différentes, c'est-à-dire que l'une des prises de chacun des enroulements secondaires 37 et 39 sert pour dériver le potentiel de référence pour les deux tensions positives +U1 et +U2 et la tension négative -U3 qui alimentent les charges 52, 51 et 50. Les points de liaison de deux redresseurs respectivement sont reliés chaque fois à un condensateur de charge 46, 47 et 48 à la suite duquel est chaque fois montée une charge 50,51 ou 52. Le circuit représenté sur la figure 3 permet donc de produire plusieurs tensions continues, dont l'une, ou plusieurs serez vent de valeurs caractérisant la tension réellement obtenue pour maintenir la tension constante. Les tensions qui ne sont pas amenée au comparateur 53 sont des tensions d'accompagnement, c'est-à-dire qu'elles sont réglées par l'intermédiaire du transistor de commu tation 33 et que leur réglage correspond à la caractéristique de réglage provoquée par la tension dérivée choisie pour caractériser la tension réellement obtenue. REVENDICATION S 1.- Dispositif de transformateurs pour un circuit convertisseur de courant, dans lequel, au primaire, une source de tension continue peut être mise en circuit ou hors circuit au cours d'intervalles de temps succesifs par l'intermédiaire d'un interrupteur, une tension continue étant obtenue au secondaire par l'intermédiaire de redresseurs, caractérisé en ce qu'on prévoit deux transformateurs (2,3) suivis respectivement par un redresseur (4,5), les enroulements primaires des transformateurs étant montés en série (21,31), l'un de ces transformateurs (2) étant câblé en tant que transformateur de blocage et l'autre (3) comme transformateur d'alimentation, et en ce que les deux redresseurs (4,5) sont reliés à une charge. commune (7). 2.- Dispositif de transformateurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux transformateurs -comportent un enroulement primaire commun pour deux circuits magnétiques séparés. 3.- Dispositif de transformateurs selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les enroulements primaires (21,31) sont reliés ensemble directement. 4.- Dispositif de transformateurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on prévoit comme interrupteur (1) un semi-conducteur de commutation, de préférence un transistor de commutation ou un redresseur au silicium commandé. 5.- Dispositif de transformateurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les deux transformateurs (2,3) ont des rapports de transformation qui coïncident.