Brevet FR2341229A1 — publié le 19770909

La présente invention a pour objet un filtre actif, plus particulièrement destiné à être utilisé pour compléter le pré-filtrage et effectuer le réglage fin dans les sources d'ali- mentation de puissance à tension et à courant variables. Ces fonctions sont le plus souvent remplies, dans l'art antérieur, par des montages appelés ballasts à transistors, qui procurent une bonne stabilité de courant et fonctionnent parfaitement en régime impulsionnel, mais ne peuvent supporter des tensions ou des puissances très importantes et présentent l'inconvé- nient, pour des puissances relativement importantes, d'exiger I t emploi d 'un grand nombre de transistors, la totalité du courant qui circule dans la charge devant traverser le ballast. Il ré- sulte en particulier qu'un refroidissement par eau doit être prévu. On peut utiliser par ailleurs des ponts de thyristors qui effectuent uen régulation par variation du temps de conduction des thyristors.Ce dernier type de montage procure une stabilité du courant de l'ordre de lu 3, insuffisante dans certaines applications, une réponse aux régimes transitoires peu satisfaisante et laisse une tension résiduelle importante. Lorsqu'on veut obtenir des performances élevées et des tensions importantes, on est donc conduit à combiner un étage principal de régulation et de pré-filtrage généralement du type à pont de thyristors, un étage de filtrage complémentaire du type ballast à transistors, lequel affine les performances sans toutefois conduire à des pertes de puissance aussi grandes que stil était utilisé seul. Dans un tel montage, pour effectuer la régulation du courant débité dans la charge, -on utilise une boucle d'asservis~ sement qui commande les temps de conduction des thyristors et celle-ci est pilotée au moyen d'une tension directement prélevée aux bornes du ballast. Cette solution présente l'inconvénient d'utiliser un nombre élevé de composants et de dissiper une puissance importante. L'invention propose de supprimer ces inconvénients en remplaçant, dans une telle combinaison, le ballast à transistors par un filtre actif de conception originale. L'invention se propose de réaliser un montage de filtrage et de régulation fine qui procure, en utilisant un plus petit nombre de composants et avec une faible dissipation de puis de reponse sance, une stabilité du courant et des temps/comparables à ceux qui seraient obtenus au moyen d'un ballast à transistors, tout en ayant une excellente réponse aux régimes transitoires et en transmettant un large spectre comprenant les très basses fréquences et le courant continu. Le filtre actif utilisé dans le montage de l'invention est du type connu comportant un circuit de réinjection d'un cou- rant de correction aux bornes d'une impédance en série avec la charge. Dans les filtres actifs connus de ce type, la reinjection se fait au moyen d'un transformateur, donc ne comporte pas la composante continue et est très limitée dans les spectres haute et basse fréquences. Ces filtres actifs ne seraient donc pas ap propriés à l'application envisagée, du fait qu'ils ne filtreraient pas l'ensemble des tensions résiduelles qui peuvent- exils~ ter et les transitoires correspondant à des perturbations à très basse fréquence du réseau. Suivant l'invention, le filtre actif utilisé comporte un étage amplificateur symétrique à liaison directe (ctest-à- dire sans transformateur ni capacité, donc apte à transmettre la composante continue). Suivant un autre aspect de l'invention, la boucle d'ase servissement de l'étage principal de régulation est pilotée par une tension prélevée par un shunt de mesure traversé par le cou- rant de correction réinfecté par l'amplificateur du filtre actif. On bénéficie ainsi du gain de cet amplificateur dans la régulation, ce qui augmente la précision de celle-ci. D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'invention, apparaîtront clairement à l'aide de la description ci-après. La figure unique du dessin annexé représente sohematique ment une source d'alimentation conforme. à un mode d'exécution prés féré de l'invention. Le montage représente comporte un étage principal de régulation et de filtrage comprenant un redresseur composé de façon connue en soi d'un pont de douze thyristors (i à 12) ali menté par le secteur triphasé de 380 volts à travers un transfor- mateur approprié 13. Comme cela est connu, une inductance dite d'interphases 14 doit être prévue. Cet étage comporte en outre un filtre comprenant deux inductances 15 et 16, deux condensateurs 17 et 18 et deux résistances 17a et lova. La conduction des thy- ristors est déclenchée au moyen d'un circuit connu en soi 19, qui produit des impulsions convenablement décalées dans le temps. L'intensité du courant redressé et filtré IN obtenu au moyen de cet étage est fonction de ce décalage, que les entrées de pilotage 19a et 19b permettent de modifier par application d'une tension d'écart, pour obtenir une-régulation du courant. Entre les bornes de sortie de cet étage principal (fils 36 et 37) sont connectés en série une impédance composée d'une résistance 20 et d'une inductance 21 en parallèle sur une résisw tance 22, un shunt de mesure 23 et la charge 24. Un amplificateur "push-pull" réinJeCte un courant de correction Ic à travers l'impédance 20, 21, 22, et un shunt de mesure 25. Cet amplificateur est constitué de plusieurs couples de transistors montés en parallèle, dont deux seulement (26 et 27) ont été figurés et est alimenté par deux sources continues 28 et 29. On a figuré deux diodes Zener 30 et 31, montées dans les circuits collecteur-base des transistors pour assurer leur protection contre les tensions excessives. Le shunt 23 attaque, par l'intermédiaire d'un réseau symbolisé par un rectangle 32 avec lequel il forme un pont, une première borne dtun amplificateur 33 dont l'autre borne reçoit une tension de référence Vr. Cette première borne est reliée à la sortie de l'amplificateur par un réseau 34. Cette sortie est elle-meame reliée à une borne d'un amplificateur 35, dont l'autre borne est reliée aux fils respectifs 36 et 37 du montage par des réseaux 38 et 39. Les réseaux 32, 34, 38 et 39, jouent le rôle d'organes correcteurs de phase et sont réalisés, de manière clash de sique, au moyen / réristances, de capacités et éventuellement de diodes destinées à éviter la saturation des amplificateurs pendant les régimes transitoires. L'ensemble constitué par l'amplificateur de réinjection (26-27) et l'impédance (20, 21, 22) joue le rôle d'un filtre actif à réinjection série, avec cette particularité que la liaison entre l'amplificateur et l'impédance est directe, si bien que ce filtre agit dans un spectre de fréquence étendu, allant de la composante continue aux hautes fréquences ; la limite, en ce qui concerne les hautes fréquences, dépend uniquement des composants utilisés. Dans le montage qui vient d'être décrit une première boucle d'asservissement est constituée par le shunt 23, le réseau 32, les amplificateurs 33 et 35, l'amplificateur de réinjection et 1'impédance (20 - 21 - 22). Cette première boucle assure principal lement le complément de régulation du courant continu IN (celui- ci est évidemment déjà régulé par l'étage principal). En effet, tout écart par rapport à la valeur nominale se traduit par une tension à la sortie de l'amplificateur 33, donc par la commande de la conduction de l'un ou l'autre des transistors 26 et 27 (suivant le signe de le-cart) Le courant résultant Ic circule dans l'impédance (20,-21, 22), dans le sens approprié à l'annulation de ltécart. La première boucle contribue par ailleurs à parfaire le filtrage des tensions résiduelles. En effet, celles-ci se traduiront également par une tension à la sortie de l'amplificateur 33, donc par une conduction alternée des transistors 26 et 27 et, en définitive, par une tension alternative aux bornes de l'impédance (20 - 21 - 22), cette tension étant en opposition avec la tension résiduelle qui lui a donné naissance. Toutefois, le filtrage complémentaire apporté par le filtre actif provient principalement du fait que, la tension réS siduelle étant appliquée aux bornes du pont 38, 39, l'amplifica teur 35 reçoit ainsi un signal d'erreur d'amplitude plus importante que celle du signal d'erreur appliqué sur son autre borne et contribuant, à titre principal, à la génération de la tension de correction. La régulation principale en courant continu est obtenue par application aux bornes 19a-19b de la chute de tension aux bornes du shunt de mesure 25. Autrement dit, la boucle de régulas tion de l'étage principal passe par l'amplificateur 26-27 et bée néficie du gain de celuici. Cette boucle a une bande passante faible et ntintervient pratiquement pas au-delà de 50 à 100 50 à 100-Hz par exemple. I1 en est de même pour la première boucle mentionnée ci-dessus, qui complète la régulation en courant continu. On dimensionne l'potage principal pour que le courant IN soit régulé à 1/1000 près par la boucle principale ; la tension continue de correction complémentaire qui devra être injectée par le filtre actif dans l'impédance (20 - 21 - 22) sera donc de l'or- dre du 1/1000 de la-tension maximale de sortie. Dans un exemple concret d'application où ltétage princi- pal peut fournir 1000 A sous 50v, cette tension de correction sera donc de 50 mV. Si la résistance 20 est de 2/1000=, l'amplificab teur 2627 devra donc etre dimensionné pour fournir un courant continu de 25 A.L'étage principal sera, par ailleurs, dimensionné pour que la tension résiduelle subsistant après le premier filtrage (par 15 - 16 - 17 " 18) soit de tordre de quelques volts crête à crête au maximum, aux fréquences comprises entre 50 et 1200 Hz, principalement 300 ou 600 Hz. C'est dans ce spectre de fréquence que les tensions résiduelles dues au redressement se présentent par exemple, sur 300 Hz, pour un redressement à 6 phases, et 600 Hz, pour un redressement a 12 phases. On prendra l'exemple d'une tension résiduelle, après premier filtrage, de - 2v à 300 Hz.Si l'inductance 21 est égale à 1 mH, le courant de correction Ic sera, à cette fréquence, de l'ordre de - 1 A. Pour les perturba tions transitoires du réseau intervenant aux très basses fréquen- ces (O,l Hz par exemple), c'est la partie résistive 20 de l'im pédante correctrice qui intervient principalement, et un courant transitoire de correction également de l'ordre de 25 A devra être fourni.En définitive, le courant total que devra fournir le filtre actif est donc de l'ordre de 6o A crête à crête au maximum dans l'exemple considéré. Un simple refroidissement par air des transistors de l'amplificateur de reinjection peut etre envisagé et ltéconomie d'énergie, par rapport aux montages comportant un ballast à transistors, est importante. La résistance 22, de valeur par exemple égale à 50 fois celle de la résistance 20, a pour effet de limiter le gain du filtre actif pour les fréquences supérieures à 50 Hz, ce qui permet, avec les réseaux complémentaires, d'obtenir une fréquence de coupure de 100 KHz. Cette résistance limite aussi la montée de tension aux bornes de l'inductance en cas de variation rapide du courant, et protège ainsi l'amplificateur de réinjection. Le montage décrit est particulièrement intéressant pour la réalisation d'alimentations pulsées. En effet, les régimes transitoires correspondant à des impulsions sont correctement transmis par le filtre actif, du fait que la liaison de réinjec- tion ne comporte ni capacité, ni transformateur, qui provoque~ raient la saturation et seraient la cause de temps de recouvrement trop longs des amplificateurs. On fera observer que la présence d'un amplificateur symétrique dans le filtre actif facilite la correction de tensions résiduelles oscillant autour dtune composante continue qui peut ellebmême avoir une valeur faible. I1 va de soi que diverses modifications pourront être apportées au montage décrit et représenté, sans s'écarteur de l'est prit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Filtre actif composé d'un réseau passif comportant une impédance série comprenant une résistance et une inductance, et un amplificateur de réinjection débitant à travers ladite impe-- dance, caractérisé par une liaison directe, apte à transmettre le courant continu, entre ledit amplificateur et ladite impédance. 2. Source d'alimentation comportant un étage principal composé d'un circuit redresseur muni d'une boucle de régulation du courant et un filtre passif, caractérisée en ce que le filtre passif est suivi d'un filtre actif selon la revendication 1, dont ladite impédance est en série avec la charge et avec un organe de prélèvement d'une tension continue représentative du courant qui circule dans la charge, par des moyens de comparer ladite tension à une tension de référence et d'appliquer à l'entre de l'amplificateur du filtre actif le signal d'écart ainsi engendrés et par un organe de prélèvement d'une tension alternative repre-- sentative des tensions résiduelles aux bornes de la charge, ladite tension alternative étant également appliquée à l'entrée de l'amplificateur du filtre. 3. Source d'alimentation selon la revendication 2, caractéri~ sée en ce que lesdits moyens de comparaison comportent deux amplificateurs en série, organe de prélèvement de la tension alternative étant un réseau parallèle relié à une borne du second amplificateur. 4. Source d'alimentation selon la revendication p ou 3, caractérisé par une résistance insérée dans ladite liaison directe et aux bornes de laquelle est prélevé le signal d'écart de ladite boucle de régulation. 5. Source d'alimentation selon la revendication 2, caractéri~ sée en ce que l'amplificateur du filtre actif est du type monté en pushpull.