Brevet FR2343358A1 — publié le 19770930

La présente invention se rapporte à un convertisseur de tension Continue à découpage à fréquence commandée, fournissant une tension régulée. On connaît divers types de tels convertisseurs qui comportent tous une cellule de puissance comprenant un interrupteur rendu conducteur pendant une portion plus ou moins grande de la période de découpage, un ensemble inductance-capacité et une diode destinée à permettre le passage du courant dans l'inductance quand l'interrupteur est ouvert. La charge est connectée en parallèle sur la capacité. Le rapport cyclique des signaux de découpage agit directement sur le rapport de la tension de sortie à la tension d'entrée du convertisseur.De manière classique, ces convertisseurs comportent, pour commander le rapport cyclique des signaux de découpage, une bouclede régulation qui permet de régler ce rapport cyclique à partir d'un signal d'erreur, obtenu par comparaison de la tension de sortie à une valeur de référence et intégré par un filtre correcteur appelé filtre de boucle. Ainsi, la boucle de régulation exploite la valeur moyenne de la tension de sortie. Cependant, cette boucle est optimisée pour des conditions de fonctionnement prédéterminées et est relativement compliquée. La présente invention a pour objet un convertisseur à boucle de régulation extrêmement simple mais fournissant une régulation excellente dans des gammes de puissances fournies très larges, par exemple variant dans un rapport de I à 10, ceci avec un très bon rendement. Un-autre objet de l'invention est un convertisseur dont la boucle de régulation utilise non pas la valeur moyenne mais la valeur instantanée de la tension de sortie. Selon l'invention, il est prévu un convertisseur de tension continue à découpage à fréquence commandée comprenant une cellule de puissance qui comporte un interrupteur pour commander l'application de la tension d'entrée à un ensemble inductance-capacité-diode, caractérisé en ce qu'une résistance est connectée en série avec la capacité, la charge alimentée par ledit convertisseur étant connectée en parallèle sur l'ensemble résistance-capacité en série, et en ce qu'il est prévu des moyens de commande de l'interrupteur à partir de la valeur instantanée de la tension de sortie du convertisseur. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparattront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où - la figure 1 représente le schéma d'un convertisseur selon l'invention - la figure 2 montre des diagrammes de signaux en divers points du convertisseur de la figure 1. Sur la figure 1 est représenté le schéma d'un convertisseur de tension continue selon l'invention. Il s'agit d'un convertisseur du type "abaisseur" (buck dans la littérature anglo-saxonne). Il comprend de manière classique un interrupteur S, l'inductance L, la capacité C et la diode D qui est bloquée lorsque l'interrupteur S est conducteur et applique la tension d'entrée Vi et qui est conductrice pendant que l'interrupteur S est ouvert pour permettre au courant dans l'inductance de continuer à circuler. Selon une caractéristique de-l'invention, une résistance p est connectée en série avec la capacité C. La tension de ortie Vo est appliquée à une charge schématisée par R. La tension Vo est appliquée également à l'entrée d'un comparateurl dont l'autre entrée reçoit une tension de consigne Vr. La sortie de ce comparateur est connectée à l'entrée "Reset" r de remise à zéro d'une bascule 2 de type D. L'entrée D de cette bascule est à une tension fixe représentant le niveau logique 1. L'entrée horloge CL reçoit des impulsions d'horloge H à fréquence fixe (par exemple 50 kHz) et l'entrée "Set" sest au niveau logique o. La sortie Q de la bascule 2 fournit le signal de commande de l'interrupteur S. Pour fonctionner correctement, il faut se placer dans le cas du mode à décharge partielle de l'inductance ("non unloading mode") c'est-à-dire que la valeur de l'inductance L doit entre suffisante pour quten régime établi, le courant qui la traverse ne s'annule jamais. D'autre part, le condensateur C doit avoir une capacité suffisamment élevée pour que les variations de tension à ses bornes soient très faibles. Le fonctionnement de l'ensemble va etre décrit en se référant également aux diagrammes en fonction du temps de la figure 2. En supposant, comme cela se vérifiera ensuite, que lors de l'application des impulsions d'horloge H le signal sur l'entrée r de la bascule 2 soit au niveau o, l'impulsion d'horloge fait passer la sortie Q à l'état 1, ce qui commande la fermeture de l'interrupteur S et le début du temps de conduction ton de cet interrupteur. La tension Vi est appliquée à l'inductance L en série avec le condensateur C et la résistance p, la charge R étant en parallèle sur C et p. Le courant IL dans l'inductance croit pendant que celle-ci emmagasine de l'énergie.Le courant Ic dans la capacité C, qui au début du temps ton contribuait à l'alimentation de la charge, va s'annuler puis s'inverser en même temps que la capacité C se charge. Si la capacité C était utilisée seule sans la résistance p, avec les conditions précisées précédemment, la variation de tension aux bornes de C serait donc déphasée par rapport à la variation du courant IL et de plus,sa valeur serait tres faible, de l'ordre de quelques microvoîts, par exemple > pour une tension de sortie Vo de douze volts. Il serait impossible de commander directement un comparateur avec une aussi faible variation et de plus, le déphasage ne permettrait pas une commande correcte de l'interrupteur S.La résistance p traversée par le courant Zc permet d'appliquer sur Vo une variation de tension qui reproduit pratiquement les variations du courant IL. La résistance p est choisie suffisamment faible pour que ces variations de tension soient petites, par exemple, quelques millivolts pour une tension Vr de douze volts. Ces varia- - tions de tension et de courant peuvent etre considérées comme sensiblement linéaires compte tenu des valeurs choisies pour les différents composants. Cela étant, on voit que pendant le temps ton, la tension Vo croit jusqu'a ce qu'elle atteigne la valeur Vr de consigne. Le comparateur fournit alors un signal logique de niveau 1 sur l'entrée r de la bascule 2, ce qui a pour effet de la positionner dans ltétat o. L'interrupteur S est alors ouvert jusqu'à la prochaine impulsion horloge H. I1 est ainsi clair que c'est la valeur instantanée de la tension de sortie qui commande la fin du temps ton. Dans le convertisseur ainsi réalisé, la composante alternative résiduelle superposée à la tension de sortie Vo qui reproduit sensiblement la variation du courant dans l'inductance est donc fonction de la valeur de l'inductance et des tensions d'entrée et de sortie, mais est indépendante du courant débité dans la charge. On obtient ainsi une régulation excellente sur une gamme très étendue de puissances de sortie. Bien entendu, l'exemple de réalisation décrit n'est nullement limitatif de l'invention, REVENDICATIONS 1. Convertisseur de tension continue à découpage à fréquence commandée comprenant une cellule de puissance qui comporte un interrupteur pour commander l'application de la tension d'entrée à un ensemble inductance-capacité-diode, caractérisé en ce qu'une résistance est connectée en série avec la capacité, la charge alimentée par ledit convertisseur étant connectée en parallèle sur l'ensemble résistance-capacité en série, et en ce qutil est prévu des moyens de commande de l'interrupteur à partir de la valeur instantanée de la tension de sortie du convertisseur. 2. Convertisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comprennent une bascule dont la sortie commande la conduction et le blocage de l'interrupteur, laditebascule étant placée en un premier état logique colranandant la conduction de l'interrupteur par les impulsions d'un signal d'horloge à fréquence fixe, et un comparateur de tension reçevant la tension de sortie du convertisseur et une tension de consigne et fournissant a la bascule, lorsque ladite tension de sortie atteint la valeur de consigne, un signal de passage å un deuxième état logique commandant le blocage dudit interrupteur.