Brevet FR2389268A1 — publié le 19781124

La présente invention porte sur les générateurs de tension continue. Elle porte notamment sur les générateurs de très haute tension continue pouvant prendre rapidement différentes valeurs en réponse à des signaux de commande correspondants. En particulier, l'invention a pour objet un générateur de très haute tension continue pour l'alimentation d'un récepteur capacitif, tel que - l'anode d'un tube cathodique polychrome, pour l'affichage en différentes couleurs de tracés effectués sur-l'ecran du tube cathodique. Dans les tubes cathodiques polychromes, du type à pénétration variable d'électrons, la commande de la couleur d'affichage s'effectue en agissant sur la tension anodique. L'écran du tube cathodique peut être constitué de deux couches luminescentes séparées par une substance formant barrière de potentiel. Par exemple, la première couche luminescente qui subit directement l'impact du faisceau électronique donne un rayonnement lumineux de couleur rouge pour une tension anodique de 10 kilovolts ;ladeuxième couche luminescente donne un rayonnement lumineux de couleur verte pour une tension anodique de 18 kilovolts La deuxième couche séparée de la première par la substance formant barrière de potentiel n'est pratiquement pas excitée pour une tension anodique de 10 kilovolts par contre, pour la tension anodique de 18 kilovolts, la pénétration des électrons augmente de sorte qu'ils franchissent cette barrière de potentiel et excitent fortement la deuxième couche alors que la première se trouve peu excitée. Une déflexion du faisceau d'électrons et une commutation de la tension d'accélération des électrons (tension anodique) entre ces deux valeurs permettent- de faire apparaltre sur l'écran du tube cathodique des tracés rouges ou verts, ou de couleurs intermédiaires pour des valeurs intermédiaires de la tension anodique. II est connu de constituer un générateur de tension continue délivrant une très haute tension de valeur définie à partir d'un circuit convertisseur de tension modifiant la valeur de tension délivrée par une source continue, par exemple, comportant un transformateur élévateur de tension dont le primaire en série avec un commutateur unidirectionnel commandé est alimenté par la source continue. La tension alternative induite est redressée et filtrée pour constituer la très haute tension.Cette très haute tension est maintenue à sa valeur définie par asservissement de la durée de fermeture du commutateur unidirectionnel â la valeur de l'écart entre la valeur de la tension délivrée et sa valeur définie de manière que cet écart soit nul. La présente invention a pour- but de créer une très haute tension continue pouvant prendre rapidement différentes valeurs, alors maintenues stables, en fonction des valeurs respectives d'un signal extérieur de commande. La présente invention a pour objet un générateur de très haute tension régulée comportant n sources de tension continue et un circuit régulateur, pour délivrer entre deux bornes de sortie ladite très haute tension ayant une valeur choisie définie à partir d'un signal, dit signal de référence, appliqué au générateur, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, un premier commutateur à conduction unidirectionnelle associé à chacune des sources et commandant son débit, et n ensembles connectés en série chacun formé par un deuxième commutateur à conduction unidirectionnelle en parallèle sur un circuit à conduction unidirectionnelle opposée et chacun connecté en parallèle sur chaque source et le premier commutateur associé, les commutateurs ayant même sens de conduction, en ce que le circuit régulateur comporte une source de tension continue supplémentaire associée à une première impédance variable et associée à une deuxième impédance variable reliée en parallèle sur ladite source supplémentaire et ladite première impédance et reliée en série avec lesdits n ensembles entre les bornes de sortie du générateur, et en ce qull comporte des premiers moyens de commande des deux commutateurs associés à chaque source, commandant la fermeture de l'un des commutateurs et l'ouverture de l'autre pour la mise en série de toutes ou d'une partie desdites sources en fonction dudit signal de référence et des seconds moyens de commande desdites impédances recevant ledit signal de référence et un signal, dit-signal de mesure, représentatif de la valeur de très haute tension présente auxdites bornes de sortie et ajustant lesdites impédances pour obtenir et maintenir à la valeur choisie la très haute tension auxdites bornes de sortie. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description dun mode de réalisation choisi à titre d'exemple et illustré dans la figure unique du dessin ci-annexe. L'élaboration de la très haute tension d'alimentation d'un récepteur 1, pouvant par exemple être l'anode d'un tube cathodique polychrome, est effectuée à partir d'une source basse tension 2. Cette source 2 alimente le primaire 3 d'un transformateur 4, cet enroulement primaire 3 est monté en série avec un transistor 5. Au transistor 5 est associé un circuit de commande 6 appliquant sur sa base un signal rectangulaire de rapport cyclique défini pour la commande de conduction de ce transistor. Le transistor 5 découpe en créneaux la tension Vo délivrée par la source 2 en fonction de ce signal de commande. Le transformateur 4 présente plusieurs enroulements secondaires chacun associé à un élément de redressement et à un élément de filtrage de la tension alternative appa raissant aux bornes de l'enroulement secondaire considéré. Ainsi que schématisé, le transformateur 4 présente au moins deux premiers enroulements secondaires 7 et 8. Une diode de redressement 10 est montée en série avec l'enroulement secondaire 7 tandis qu'un condensateur de filtrage Il est connecté en parallèle sur l'enroulement 7 et la diode série 10. De manière analogue, une diode 12 est montée en série sur l'enroulement secondaire 8 et un condensateur 13 est monté en parallèle sur l'enroulement 8 et la diode série 12. On définit ainsi des sources de tension continue distinctes désignées par S1 à Sn pour l'alimentation du récepteur 1, la valeur de la tension délivrée par chacune de ces sources étant, de préférence, prévue inférieure à la valeur de la tension d'alimentation du récepteur 1. A titre d'exemple, ces sources de tension S1 à Sn seront sensiblement de 1000 V pour une basse tension Vo de 100 V. I1 est possible d'obtenir une régulation de ces sources en ajustant le rapport cyclique des impulsions de commande délivrées par le circuit 6 au transistor 5. Deux transistors de puissance, 14 et 15 ou 16 et 17 commandés de manière inverse sont associés à chacune de ces sources S1 à Sn. Le transistor 14 de même sens de conduction que celui de la diode 10 est connecté en série avec l'enroulement secondaire 7 et la diode 10. Le transistor 15 est monté en parallèle sur les extrémités du montage série comprenant l'enroulement 7, la diode 10 et le transistor 14, son sens de conduction est celui défini par la diode 10 et le transistor 14. De manière analogue, le transistor 16 est monté en série avec l'enroulement secondaire 8 et la diode 12, et le transistor 17 est connecté en parallèle sur le montage série comprenant l'enroulement 8, la diode 12 et le transistor 16, le sens de conduction de chacun de ces deux transistors est celui donné par la diode 12. Aux deux transistors 15 et 17 sont associés respectivement deux diodes 18 et 19, chacune des diodes est montée en parallèle sur le transistor associée présentant un sens de conduction inverse. Les ensembles transistor et diode en parallèle 15,18 et 17, 19 sont connectés en série: ils assurent la mise en série des sources de tension continue S1 à Sn. Les transistors 14 et 16 rendent chacune de ces sources continues commandables: Quand le transistor 14 (respectivement 16) est saturé, il permet le débit de la source (respectivement Sn), le transistor 15 (respectivement 17) est alors bloqué. Lorsque l'on bloque le transistor 14 (respectivement 16), la source S1 (respectivement Sn) ne débite plus, le transistor 15 (respectivement 17) est alors saturé ce qui permet l'élimination rapide de l'excédent de charge stocké dans le récepteur capacitif lorsque le débit de la source S1 (respectivement Sn) est interrompu. La commande des transistors 14 à 17 est assurée, à partir d'un circuit de commande 20 par l'intermédiaire de transformateurs d'isolement 21, 22, 23 et 24. Chacun de ces transformateurs a son enroulement secondaire relié à un circuit de redressement et de filtrage constitué par une diode 39 (respectivement 40, 41, 42) et un condensateur 43 frespectivement 44, 45, 46). tune des bornes du condensateur 43 (respectivement 44, 45, 46) est reliée à la base du transistor 14 (respectivement 15, 16, 17), l'autre borne du condensateur 43 (respectivement 44, 45, 46) est reliée à l'émetteur du transistor 14 (respectivement I5, 16, 17), le sens de conduction des diodes 39 à 42 est identique à celui des jonctions base-émetteur des transistors correspondants 14 à 17. Les enroulements primaires des transformateurs 21, 22, 23, 24 sont connectés par une de leurs extrémités à une borne 25 mise à une tension fixe, ici borne positive. Les autres extrémités des enroulements primaires de chacun des transformateurs 21 et 22 (respectivement 23, 24) associés aux transistors 14 et 15 (respectivement 16, 17) sont reliés à deux bornes de sortie d'un circuit générateur commutateur 26 (respectivement 27) actionné par le circuit de commande 20.Le circuit générateur commutateur 26 (respectivement 27)génère en permanence une onde alternative qui est. aiguillée vers l'une ou l'autre de ses deux bornes de sortie, c'est-à-dire vers l'un ou l'autre des transformateurs 21 ou 22 (respectivement 23 ou 24) en fonction du signal de commande reçu du circuit de commande 20.Lorsque cette onde est appliquée par exemple au transformateur 21 (respectivement 23), le courant continu obtenu après redressement par la diode 39 (respectivement 41) et filtrage par le condensateur 43 (respectivement 42 sature le transistor 14 (respectivement 16) tandis que le transistor 15 (respectivement 1t associé au transformateur 22 ( respectivement 24) qui ne reçoit pas l'onde alternative du circuit générateur commutateur 26 ( respectivement 27) est à l'état bloqué. Lorsque l'onde générée dans le circuit générateur commutateur 26 (respectivement 27) est appliquée au transformateur 22 (respectivement 24), le transistor 15 (respectivement 17) est saturé tandis que le transistor 14 (respectivement 16) est bloqué.Ainsi quand l'un des transistors, par exemple 14 (respectivement 16) sera conducteur, l'autre transitor 15 (respectivement 17) sera bloqué et inversement. Les commandes des paires de transistors, 14-15 et 16-!7 sont cependant indépendantes. A cet effet le circuit de commande 20 comporte autant de sorties C1 à Cn qu'il y a de sources continues commandables ; en réponse au signal d'entrée appliqué au circuit 20 ces sorties soient C1 à C transmettent respectivement les signaux de commande respectivement aux générateurs commutateurs associés aux sources continues Sl à Sn .Dans l'exemple choisi, le circuit de commande présente deux entrées 28 et 29 sur lesquelles peuvent être appliqués respectivement un premier et un deuxième signal de référence définissant, parmi deux valeurs possibles, la valeur de la tension à appliquer aux bornes du récepteur 1, la valeur de la tension aux bornes du récepteur peut être modifiée lors du changement du signal de référence appliqué au circuit 20. Le circuit de commande 20 peut être constitué par un comparateur à seuils commandant le débit de toutes ou dune partie des sources continues en vue d'obtenir aux bornes de l'ensemble série une tension proue, par valeur inférieure, de celle souhaitée aux bornes du récepteur. L'alimentation régulée est complétée par un circuit de régulation constitué par une source supplémentaire de tension continue réglable, montée en série avec les sources continues S1 à S Cette source supplémentaire est constitué par un autre enroulement seconds daire 9 du transformateur 4 associé à une diode de redressement 30 montée en série avec l'enroulement 9 et à un condensateur de filtrage 31 monté en parallèle sur l'enroulement 9 et la diode série 30.A cette source supplémentaire sont associés un premier transistor 32, de même sens de conduction que la diode 30 avec laquelle il est en série, et un deuxième transistor 34 monté en parallèle sur l'ensemble série comprenant l'enroulement 9, la diode 30 et le transistor 32, le transistor 3 ayant le même sens de conduction que celui de la diode 30 et du transistor 32. Le transistor 34 assure la mise en série de cette source de régulation avec les sources précédentes ; l'ensemble de ces sources est connecté aux bomes du récepteur 1. Les deux transistors 32 et 34 de la source de régulation sont commandés par un circuit de commande de régulation 36 recevant d'une part le signal de référence présent sur l'une ou l'autre des entrées 28 et 29 du circuit 20 et d'autre part un signal de mesure v. Ce signal de mesure v est prélevé sur une prise d'un potentiomètre 37 monté en parallèle sur le récepteur 1. Ce signal de mesure et la tension présente aux bornes du récepteur sont dans le même rapport que celui qui existe entre la tension du signal de référence appliqué aux entrées 28 ou 29 et la tension souhaitée aux bornes du récepteur 1. Le circuit 36 élabore un signal de commande fonction de l'écart entre le signal de référence appliqué et le signal de mesure. Ce signal de commande est appliqué sur la base du transistor 32, il est aussi appliqué à travers un inverseur 38 sur la base du transistor 34. La valeur de ce signal modifie la conduction des transistors 32 et 34 qui agissent comme des impédances variables, l'inverseur 38 assurant une variation des impédances en sens opposés. Le fonctionnement de ce montage est donné ci-après. Lors de l'application, par exemple sur l'entrée 28, d'un signal de référence définissant pour la tension à appliquer au récepteur une valeur supérieure à celle délivrée par chacune des sources continues S1 a' Sn mais inférieure à celle de l'ensemble de ces sources en série S1 à Sn, le circuit de commande 20 doit commander la mise en série d'une partie des sources S1 à Sn pour obtenir aux bornes du récepteur une tension voisine de celle souhaitée.Dans l'exemple choisi, le circuit 20 commande, par la sortie Cn l'application au transformateur 23 de l'onde alternative engendre par le générateur commutateur 27 Le transistor 16 est alors saturé et agit comme un commutateur fermé ; le transformateur 24 ne recevant pas l'onde alternative du générateur commutateur 27, le transistor 17 est bloqué et agit comme un commutateur ouvert.Le circuit 20 commande en outre, par la sortie Cl, l'application au transformateur 22 de l'onde alternative engendrée par le générateur commutateur 26. Le transistor 15 est alors saturé et agit comme un commutateur-fermé; le transformateur 21 ne recevant pas l'onde alternative du générateur commutateur 26, le transistor 14 est bloqué et agit comme un commutateur ouvert. On ne dispose ainsi, parmi les sources S1 et 5n que de la source 5n pour alimenter le récepteur. Cette source Sn est mise en série avec la source de régulation pour l'alimentation du récepteur à traversa diode 18, de manière à disposer aux bornes du récepteur d'une tension égale a' Sn plus une fraction de la tension So. Cette fraction de la tension So est asservie à l'écart qui existe entre v et la tension de référence pour que la tension Sn plus la fraction de la tension So soit égale à la tension VI souhaitée. Selon le signal de référence appliqué, on voit donc que la tension aux bornes du récepteur peut varier entre o et S1 +... + Sn + So. Les deux transistors 32 et 34 permettent de maintenir stable la tension appliquée aux bornes du récepteur, gracie à la variation de leurs impédances respectives en fonction de l'écart entre les signaux de mesure et de référence. ~~Cette alimentation régulée peut avantageusement etre utilisée sur une unité cathodique polychrome, la couleur des éléments tracés sur l'écran du tube cathodique étant définie par la valeur de la tension d'anode V1. A titre d'exemple, avec un tube à pénétration variable d'électrons, la couleur d'affichage sera le rouge pour une tension d'anode de 10 kilovolts, elle sera le vert pour une tension d'anode de 20 kilovolts. Les commandes successives de commutation de couleur sont données par des instructions de programme qui, après décodage, définissent chacune un signal de référence c'est-à-dire la tension anodique souhaitée. Pour cette application, on disposera par exemple de vingt sources continues S1 à Sn chacune de 1000 V. On obtiendra sensiblement une tension de 10 kV par mise en série de dix sources parmi les vingt sources possibles et on assurera la régulation de cette tension à partir de la source So et des transistors 32 et 34. On obtiendra sensiblement une tension de 20 kV par mise en série des vingt sources S1 à Sn et on assurera toujours la régulation de cette tension à partir de la source So et des transistors 32 et 34. Bien entendu on pourra obtenir une tension régulée ayant au moins toute valeur comprise entre 0 et 20 kilovolts. La présente invention a été décrite en regard d'un mode particulier choisi à titre d'exemple, il est évident que l'on peut y apporter des modifications de détail et/ou remplacer certains moyens par d'autre moyens équivalents. 1l est possible en particulier de remplacer les transistors par d'autres dispositifs pouvant jouer le rôle d'interrupteur ou d'impédance variable, de même les transformateurs 21, 22, 23, 24 peuvent être remplacés par d'autres dispositifs d'isolement, par exemple des coupleurs opto-électroniques. REVENDICATIONS 1/ Générateur de très haute tension régulée comportant n sources de tension continue et un circuit régulateur, pour délivrer entre deux bornes de sortie ladite très haute tension ayant une valeur choisie définie à partir d'un signal, dit signal de référence, appliqué au générateur, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un premier commutateur à conduction unidirectionnelle associé à chacune des sources et commandant son débit, et n ensembles connectés en série chacun formé par un deuxième commutateur à conduction unidirectionnelle en parallèle sur un circuit à conduction unidirectionnelle opposée et chacun connecté en parallèle sur chaque source et le premier commutateur associé, les commutateurs ayant même sens de conduction, en ce que le circuit régulateur comporte une source de tension continue supplémentaire associée à une première impédance variable et associée à une deuxième impédance variable reliée en parallèle sur ladite source supplémentaire et ladite première impédance et reliée en série avec lesdits n ensembles entre les bornes de sortie du générateur, et en ce qu'il comporte des premiers moyens de commande des deux commutateurs associés à chaque source, commandant la fermeture de l'un des commutateurs et l'ouverture de l'autre pour la mise en série de toutes ou dune partie desdites sources en fonction dudit signal de référence, et des seconds moyens de commande desdites impédances recevant ledit signal de référence et un signal, dit signal de mesure, représentatif de la valeur de la très haute tension présente auxdites bornes de sortie et ajustant lesdites impédances pour obtenir et maintenir à la valeur choisie la très haute tension auxdites bornes de sortie. Y Genérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites impédances variables sont constituées respectivement par deux premiers transistors associés à ladite source supplémentaire en présentant un même sens de conduction et dont les bases respectives sont reliées directement et à travers un inverseur auxdits seconds moyens de commande élaborant l'écart entre les deux signaux de référence et de mesure. 3/ Générateur selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième commutateurs sont constitués respectivement par deux seconds transistors associés à la source correspondante en présentant un même sens de conduction et commandés à partir desdits premiers moyens de commande respectivement par deux transformateurs dont les enroulements primaires respectifs sont reliés à un générateur commutateur engendrant une onde alternative et commandé par lesdits premiers moyens de commande pour appliquer cette onde à l'un ou Faute desdits enroulements primaires et dont l'enroulement secondaire de chacun est connecté entre base et émetteur du transistor associé par l'inter- médiaire d'un circuit de redressement et de filtrage.