Brevet FR2320597A1 — publié le 19770304

L'invention a pour objet un régulateur de tension alternative. les régulateurs de tension alternative utilisés le plus souvent jusqu'ici sont ou bien du type à ferro-résonance, ou bien du type à amplificateur magnétique. Ils sont lourds et encombrants. Leur rendement est relativement faible. On connatt des régulateurs de tension continue fonctionnant par découpage de la tension à réguler sous le contrôle d'un interrupteur électronique commandé à partir de la comparaison de la tension régulée saune tension de référence et après amplification. Mais, jusqu'à présent, une régulation par découpage n'est pas utilisée pour une tension alternative, les moyens de circulation unidirectionnelle utilisés dans des régulateurs de tension continue étant inopératoires lorsque la tension à réguler change de polarité. L'invention est caractérisée par ce fait que l'interrupteur électronique prévu pour la régulation est bidirectionnel, c'est-àdire comprend deux circuits distincts correspondant à la circulation du courant dans un sens et dans l'autre en correspondance des alternances positive et négative. L'invention est en outre caractérisée par ce fait que le courant d'extra-rupture est appliqué à l'utilisation par l'intermédiaire d'un circuit de récupération. Elle prévoit des moyens pour rendre opératoire le circuit de récupération sous la commande du courant apDliaué pour mettre en condition de conduction ou de non-conduction un transistor que comprend ledit circuit Dans la description aui suit, faite à titre d' exemple, on se réfère au dessin annexé, dans lequel - la figure I est un schéma d'un régulateur selon l'invention - la figure 2 est un schéma d'un générateur de créneaux ; la la figure 3 est une vue en blocs-diagra::ses d'une partie du régulateur - la figure 4 est un schéma d'une partie du régulateur ; - la figure 5 est un schéma analogue - la figure 6 est un diagramme - la figure 7 est un diagramme ; - la figure 8 est un schéma pour -wn régulateur triphasé. La tension alternative à réguler, par exemple provenant du reseau, est présente entre les conducteurs li et 12 (figure 1). Le conducteur ji est relié à un sommet 13 d'un pont 14 de diodes dont chacune des branches comprend une diode, respectivement D1, D2, D3, D4. Les branches 15 et 16 du pont 14 comprenant les diodes D1 et D3 aboutissent au sommet 17. la branche 16 comprend une inductance T1. la branche 18 comprend la diode D2 et aboutit au sommet 13. La branche 19, qui comprend la diode D4, comprend une inductance L2 et aboutit au sommet 21 opposé au sommet 13. Un transistor de puissance Q1 est monté dans la diagonale du pont reliant le sommet 17 au sommet opposé 22. Son collecteur 23 est relié au sommet 17 et son émetteur 24 est relié au sommet 22. La base 25 du transistor 21 est reliée par un circuit 26 à la sortie 27 d'un dispositif 28 qui comprend un générateur d'impulsions 29 (figure 2) à fréquence Fg qui peut être de l'ordre de quelques dizaines de kHz, comportant un transistor unijonction 31 monté entre deux conducteurs 32 et 33 entre lesquels est présente une tension continue obtenue à partir du secteur par un transformateur d'alimentation. Toute la partie électronique d'amplification est d'ailleurs alimentée à partir dudit transformateur. La fréquence Fo est déterminée par la valeur de la constante de temps fournie par un condensateur 34 etune résistance 35 associés au transistor unijonction 31. La sortie 37 de ce dernier est reliée à la base 38 d'un transistor 39 faisant partie d'un dispositif d'intégration à résistance 40 et capacité 41. La charge de la capacité 41, qui croit progressivement, est interrompue lorsque, sous l'effet d'une impulsion appliquée à sa base 38, le transistor 39 devient conducteur ; c'est donc une tension en dents de scie qui est présente sur le conducteur 42 reliant le collecteur du transistor 39 à l'entrée 43 d'un comparateur-amplificateur 44. la seconde entrée 45 du comparateur 44 est reliée à la sortie d'un amplificateur analogique 46, qui reçoit sur son entrée 47 une tension continue kU, U étant la tension régulée et k un facteur ajustable, et sur sa seconde entrée 48 une tension de référence. la sortie 27 du comparateur-amplificateur a grand gain 44 est reliée au circuit 26 aboutissant à la base 25 du transistor de puissance Q1. la figure 3 est une représentation en blocs-diagrammes du dispositif 2 où on retrouve l'amplificateur d'erreur 46, l'ampli- ficateur à gain élevé 44, lequel est suivi par un amplificateur "driver" 83. C'est à partir de l'amplificateur driver qu'est piloté le transistor Q1 ou transistor ballast, le cas échéant plusieurs tels transistors. l'amplificateur d'erreur 46 est avantageusement réalise en circuit intégré. Il reçoit sur son entrée 48 une tension de référence continue et sur son entrée 47 une tension proportionneIle à la tension de sortie du régulateur (kU) et obtenue par exemple à partir d'un transformateur par redressement et filtrage. L'appareil. ou les appareils d'utilisation, schématisés par la résistance R (figure i), sont montés entre le conducteur 51 relié au sommet 21 du pont 14 et le conducteur 12. Celui-ci est reé au pont 14 par l'intermédiaire d'un premier circuit dit circuit de récupération 53, et d'un second circuit de récupération 54. Le circuit de récupération 57 comprend une diode D5 reliée par un conducteur 56' à l'extrémité 57', opposée au sommet 21, de l'inductance li la diode D est reliée au collecteur 54 d'un 5 transistor de puissance O3 dont l'émetteur 55 est relié au conducteur 12. Avec l'inductance L1 coopère électromagnétiquement un enroulement 56, l'inductance L1 et l'enroulement 56 constituant un transformateur.Une extrémité A' de l'enroulement 56 est reliée par un circuit 57 à l'émetteur 55 du transistor Q3 et l'autre extrémité B' est reliée par l'intermédiaire d'une diode 58 et d'une résistance 59 à la base 61 du transistor 43. De même, l'autre circuit de récupération 54 comprend un transistor de puissance Q2 dont le collecteur 62 est relié au conducteur 12 par l'intermédiaire d'une diode D6 et l'émetteur 63 est relié par un conducteur 64 à l'extrémité 65 de l'inductance L2 opposée à celle raccordée au sommet 21. Un enroulement 66 constitue avec l'inductance 12 un transformateur. L'extrémité A de l1enrou- lement 65 est reliée par un circuit 67 au conducteur 64, tandis que l'autre extrémité B est reliée à la base 68 du transistor Q2 par l'intermédiaire d'une diode 69 et d'une résistance 71. L'entrée 47 du dispositif 28 est reliée au conducteur 51 par l'intermédiaire d'un dispositif 72 propre à introduire le facteur k. Une capacité C1 est disposée entre les conducteurs 51 et 12, en parallèle par rapport à l'utilisation R. le zonctionnement est le suivant la tension sinusoïdale appliquée à l'entrée 11-12 du régulateur est hachée ou découpée par le transistor Q1 qui joue le rôle d'interrupteur bidirectionnel. Le transistor Q1 est commandé par un signal rectangulaire de largeur T présent sur le circuit 26 de sa base 25. la largeur du signal est une fonction de l'amplitude de la tension de sortie appliquée à 11 entrée 47 du dispositif 28 avec interposition du dispositif 72. Pour une alternance positive de la sinusoïde représentative de la tension alternative d'entrée X, la conduction du transistor sous l'effet de ce signal, permet la circulation d'un courant à travers la branche 15 du pont, la diode DI, le transistor Q1, la branche 19 du pont y comprie l'inductance d2 la capacité C1 et la résistance (utilisation) R jusqu' au conducteur 12, comme montré par les lignes en trait plein de la figure 4.La circulation d'un courant dans l'inductance L2 a pour conséquence, par effet de trans formateur, l'application d'une tension négative sur la base du transistor Q2 : le transistor Q2 n'est pas conducteur. Dans cette condition, l1extrémité A de l'enroulement 66 est positive par rapport à l'extrémité B. A la fin du temps , le transistor 6al est brusquement bloqué, c' est-à-dire rendu non-conducteur. L'interruption brutale du courant circulant dans l'inductance L2 provoque un changement de pola rité entre les extrémités A et 3, de sorte que la base 68 du transistor Q2 devient positive : le transistor Q2 devient conducteur. C'est précisément l'interruption du courant dans l'inductance T2 et l'inversion de polarité de la tension apparaissant aux bornes de l'inductance, qui en résulte, qui provoquent cette conduction, de sorte qu'un courant d'extra-rupture s1 établit dans l'utilisation par un circuit qui comprend l'inductance L2, le conducteur 51, l'utilisation R, le conducteur 52, la diode h , le transistor Q2 et le conducteur 64. L'énergie emmagasinée dans l'inductance T2 est ainsi utilisable dans la charge R et le condensateur Ci. la diode t6 a protégé le transistor Q2 dans la phase antérieure. Lorsqu'un signal est à nouveau appliqué par le circuit 26 à la base 25 du transistor Q1 celui-ci devient à nouveau conducteur et le processus recommence. Pour une alternance négative de la tension d'entrée, lorsque le transistor w1 est débloqué par le signal qui est appliqué sur sa base 25, le courant circule dans le pont 14 comme montré par la ligne en trait pointillé sur les figures 4 et 5, à savoir à travers la branche 16 comprenant ltinductance 11, le transistor Q1, la branche 18.Pour cette alternance, aucun courant ne traverse l'inductance L2, La circulation dans l'inductance Li fait intervenir le circuit de récupération 53, d'une manière analogue à ce qui a été explicité dans la phase précédente pour le circuit de récupération 54. Auprès avoir été alimentée directement à partir du courant circulant dans l'inductance Ii, lorsque le transistor Q1 est conducteur, l'utilisation R est alimentée, dans la phase qui suit, lorsque le transistor Qi n'est plus conducteur, à partir de lténer gie accumulée dans ladite inductance et cela par l'intermédiaire du circuit de récupération 53 rendu conducteur par l'inversion des polarités relatives entre les extrémités i' et B' de l'enroulement 56. Sur la figure 1 on a montré par des points les extrémités des inductances et enroulements qui sont à une même polarité au cours d'une phase de fonctionnement. La figure 6 est un schéma représentatif de la tension alternative apparaissant aux bornes d'un système de récupération. La figure 7 est un diagramme représentatif de la tension apparaissant au secondaire d'une inductance, par exemple entre les extrémités A et B de l'enroulement 56. la tension-négative est utilisée pour rendre conducteur le transistor de récupération correspondant. L'appareil comprend avantageusement un dispositif 92 de protection à l'égard des surintensités (figure 1). Un transformateur d t intensité est branché en série dans le circuit d'utilisation R et son secondaire délivre une tension proportionnelle au courant circulant dans la charge. Cette tension est appliquée par un circuit 87 figure 3) à l'entrée 48 en vue de transformer, en cas de surintensité ou de court-circuit, le générateur de tension en générateur de courant. s.u-de'a d'une certaine intensité, le courant reste donc constant dans le ré-llatellr. Un filtre anti-parasItes 91 (figure 1), comprenant une inductance - et une capacité C3, élimine les parasites de conduction. La figure 8 est relative à un régulateur triphasé. Les utilisations ou charges R', R", R"' sont alimentées soit directement à partir du courant du secteur circulant dans les inductances L'1, '2 t2, L"2, etc., sous le contrôle d'un unique transistor Qj (ou groupe de transistors), commandé à partir de l'amplificateur 28, et, lors des découpages, par l'intermédiaire des circuits de récupération comprenant les transistors Q' '2 Q"32 Q"2, etc. On a montré pour l'une des phases, les enroulements 56' et 6E' contrôlant les transistors Q'3 et Q'2 des circuits de récupération. On a montré également les fils de phase 92', 92" et 92"'. L'invention permet l'obtention de régulateurs biphasés, quadriphasés, etc. Un régulateur selon l'invention est remarquable par son poids et son volume réduits. Il a un rendement très supérieur aux régulateurs à ferro-résonance ou à amplificateur magnétique. Le contrôle des circuits de récupération à partir de l'inversion de la polarité des tensions appliquées aux transistors des circuits de récupération permet de s'affranchir des difficultés attachées aux irrégularités inévitables de caractéristiques de fonctionnement des transistors. Le régulateur trouve application pour des réseaux de fréquences diverses : 50 Hz, 400 Hz, etc. les puissances délivrées peuvent atteindre plusieurs kVA sur secteurs monophasés ou triphasés. RK1NDICATIONS 1. Dispositif pour l'alimentation d'un circuit de sortie à partir d'une tension alternative d'entrde, caractérisé en ce ou'il comprend un premier circuit opératoire pour l'alimentation de la sortie pour un sens de circulation du courant, un second circuit, lié électromagnétiquement au premier circuit inopératoire lorsque le premier circuit est opératoire et qui, au contraire, devient opératoire pour alimenter la sortie lorsque le premier circuit devient inopératoire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier circuit comprend une inductance et le second circui un enroulement couplé électromagnéticiuement à l'inductance ainsi qu'un transistor dont la conduction est commandée à partir de 1' enroulement. 3. Dispositif selon la revendication i ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux premiers circuits et deux seconds circuits opératoires en alternance pour l'alimentation de la sortie. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'opérabilité d'un ou de l'autre des circuits est sous la commande d'un transistor. 5. Régulateur de tension à interrupteur électronique commandé à partir de la comparaison entre la tension régulée et une tension de référence, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon la revendication 4. 6. Régulateur de tension selon la revendication 5, caracté- risé en ce que l'interrupteur est du type bidirectionnel. 7. Régulateur de tension selon la revendication 6, caracté- risé en ce oue l'interrupteur bidirectionnel est du type à pont de diodes et transistor. 8. Régulateur de tension selon la revendication 7, caracté- risé en ce que le pont comprend deux branches à inductances affectées respectivement à l1une et à l'autre alternances. 9. Régulateur de tension selon la revendication 8, caracté- risé en ce qu'il comprend des moyens poeJr, à l'interruption de l'alimentation d'une inductance, relier celle-ci à l'utilisation par l'intermédiaire d'un circuit de récupération. fO. Régulateur de tension selon ia revendication 9, caracté rise en ce qu'un circuit de récupération reste bloqué aussi longtemps que le courant dans l'inductance qui ul correspond n'est pas interrompu. 11. Régulateur de tension selon la revendication 10, caractérisé en ce que le déblocage du circuit de récupération est sous le contrôle d'un enroulement relié électromagnétiquement à l'inductance. 12. Dispositif pour l'alimentation d'une charge à partir d'un circuit à inductance alimente d'une manière discontinue, notamment pour entrer dans la constitution d'un régulateur selon lune quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend un second circuit comprenant la charge et l'inductance qui reste bloqué aussi longtemps que l'alimentation de l:inductance est assurée mais qui devient conducteur lorsque l'alimentation de l'induc- tance cesse, permettant à l'énergie accumulée dans celle-ci, au moment de l'interruption, de s'écouler dans ladite charge. 13. Dispositif de récupération selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens consistent en un transistor faisant partie dudit second circuit et rendu conducteur par sa liaison à un enroulement couplé magnétiquement à l'inductance lorsque l'alimentation de l'inductance est interrompue.