Brevet FR2360208A1 — publié le 19780224

L'invention est relative à un appareil d'alimentation commandé par impulsicns, qui comprend un transformateur dont le primaire est connecté, à l'aide d'au moins un transistor attaqué pdrlodlquement, à une source de tension continue et dont le secondaire est relié, par ltentremise d'une valve convertisseuse statique et d'un filtre de lissage,à des bornes de sortie, la disposition étant le cas échéant telle que d'une part chaque transistor, ensemble avec le primaire, et d'autre part le filtre de lissage, ensemble avec les bornes de sortie, sont shuntés chacun par une diode de roue libre. De tels appareils d'alimentation commandés par impulsions sont connus par la revue "IBM Technical Disclosure Bulle tin",-volume 17, No 17, pages 1996 et 1997 ou par la revue "Valvo Bertoht" Volume XIM, fascicule 1/?, pages 145 à 154.De tels appareils d'alimentation, qui fonctionnent suivant le principe du transformateur de débit, possèdent, comparativement aux appareils d'alimentation classiques -qui sont constitués par un trangformateur d'alimentation, un circuit redresseur et un élément de réglage ajustable- l'avantage de la,suppression du transfoir:tur d'alimen tation lourd et encombrant, ainsi que du système de -e-oidissement pour l'organe de réglage, qui est généralement un régulateur série, de mEme que l'avantage d'un rendement amélioré.Les passages des publications cités plus haut font également connattre des appareils d'allmentation qui fonctionnent suivant le principe du transformateur de blocage, appareils qui, comparativement aux appareils d'alimentation classiques, possèdent également les avantages énumérés. D'une part, l'appareil d'alimentation fonctionnant comme transformateur de blocage possède de meilleures caractéristiques dynamiques en ce qui concerne le réglage ; il est toutefois affecté à une région de puissance relativement peu étendue, alors que d'autre part, dans le cas de l'appareil d'alimentation à transformateur de débit, la dispersion du transformateur et l'impédance des condensateurs dans le filtre de lissage ne sont pas tenues à satisfaire à des exigences particulières, cet appareil d'alimentation convenant également aux puissantes de sortie plus élevées.Toutefois, aussi bien dans le cas de l'appareil d'alimentation à transformateur de débit que dans celui à transformateur de blocage, les colts étant comparables, la stabilisation de la tension est moins favorable que dans le cas d'appareils d'alimentation classiques, ce qui a des répercussions en particulier lorsque la tension est à régulation continue, éventuellement en conjonction avec une puissance de sortie constante. Le problème à résoudre consiste à établir, avec des moyens simples, un appareil d'alimentation du type précité, de telle manière qu'une tension de sortie de grande stabilité soit continuellement réglable. Suivant l'invention, ce résultat est atteint par le fait que la valve convertisseuse statique branchée derrière le secondaire du transformateur est commandée, cette valve étant attaquée en fonction de la tension de sortie et, éventuellement, du courant de sortie. Dans appareil d'alimentation suivant l'invention a lieu un découpage de phase de la tension secondaire du transformateur en fonction de la comparaison de la tension de sortie, et éventuellement, du courant de sortie d'une part et de valeurs de consigne affichées d'autre part. La valve convertisseuse statique commandée est avantageusement constituée par un thyristor, étant donné qu'à la suite de la mise hors circuit des transistors présents dans le circuit primaire du transformateur le thyristor se bloque immédiatement en raison de la désaimantation du circuit primaire à l'intervention des diodes de roue libre.En adoptant ce mode de réglage de phase, on peut régler la tension de sortie d'une façon continue et avec une stabilité élevée, cela aussi avec une puissance de sortie constante, et l'on peut obtenir des tensions de sortie tant positives que négatives, un réglage de la tension de sortie à des valeurs aillant jusque zéro étant également possible. Les avantages, cités plus haut, de l'appareil d'alimentation à transformateur de débit sont maintenus dans l'appareil d'alimentation suivant l'inven- tion. Etant donné le réglage simple, rapide et stable, les avantages de l'appareil d'alimentation à transformateur de débit et de celui à transformateur de blocage se trouvent ainsi réunis.A cette de ces avantages, il convient encore de souligner la faible dépense en composants de puissance et le rendement élevé de l'appareil d'alimentation suivant l'invention, rendement qui atteint 60 à 70%, ainsi qu'il est démontré par les essais. I1 est avantageux de shunter les bornes de sortie par un thyristor. Ce thyristor peut s'amorcer en cas de surtensiong de sorte que l'on réalise ainsi d'une manière simple un dispositif de protection à maximum de tension pour la charge alimentée par l'appareil d'alimentation. L'appareil d'alimentation suivant l'invention est décrit ci-après, à titre d'exemple, d'une manière plus détaillée, en se reportant aux figures 1 et 2 du dessin annexé. La figure 1 représente le schéma de montage d'un appareil d'alimentation suivant l'invention. Un redresseur 1 qui, dans cet exemple de réalisation est représenté schématiquement sous la forure d'une diode, est relié aux bornes 2 d'un réseau électrique alternatif ou triphasé. Le redresseur 1 est suivi d'un condensateur de lissage 3. Le redresseur 1 est relié, en tant que source de courant continu, au moyen de bornes d'entrée 4, aux transistors 5 et 6, eux-mEmes suivis de l'enroulement primaire 7a d'un transformateur 7, qui sert à l'isolement électrique. Pour fournir le coefficient de réglage des transistors 5 et 6, on a recours à une horloge 8, dont le signal de sortie haute fréquence est appliqué aux bases respec tires des transistors 5 et 6 au moyen des lignes électriques représentées par des tirets.La fréquence du signal de sortie de l'horloge peut Etre de 20 kHz environ. Pour assurer la désaimantation du transformateur 7, on prévoit des diodes de roue libre 10 et 11, dont chacune shunte le primaire 75 du transformateur 7 et un des transistors 5 et 6. Le secondaire 7b du transformateur 7 est relié à une valve convertisseuse statique commandée 12 qui, dans cet exemple de réalisation, est un thyristor. Cette valve convertisseuse statique commandée 12 est suivie d'un filtre de lissage 13 qui, dans cet exemple de réalisation, est constitué par un filtre passe-bas sous la forme d'un filtre LC comprenant une inductance et un condensateur 15. Le filtre de lissage 13 est shunté par une valve de roue libre 16. Entre le filtre de lissage 13 et les bornes de sortie 17 de l'appareil d'alimentation, auxquelles est raccordée une charge, est intercalé un transformateur d'intensité 18, ainsi qu'une résis tance 19 servant de capteur de mesure pourla la tension de sortie. Le transformateur d'intensité 18 et le capteur de mesure 19 servent de transmetteur de valeur effective pour le courant et la tension de sortie. Dans cet exemple d'exécution, le courant de sortie lissé sert de valeur effective. En variante, le courant de sortie non lissé peut aussi servir de valeur effective. Dans ce cas, le transformateur d'intensité 18 doit être intercalé dans le circuit LC, immédiatement derrière l'inductance 14. Ils sont branchés par les lignes 20 ét 21 aux entrées d'un régulateur 22, dans lequel une valeur de conslgne est affichée au moyen de la borne 23. Une ligne de sortie 24 du régulateur 22 est connectée à l'électrode dè commande de la valve convertisseuse statique commandée 12. En outre, dans cet exemple, les bornes de sortie 17 sont shuntées par un thyristor 25, dont l'électrode de commande est également reliée, par une ligne 26, à une sortie du régulateur 22. Le mode de fonctionnement de l'appareil d'alimentation suivant l'invention est décrit à titre d'exemple, d'une manière plus détaillée, en-se référant aux graphiques de la figure 2, où la tension U1 au secondaire b du transformateur 7, la tension U2 à l'entrée du filtre de lissage 13 et la tension de sortie UA aux, bornes 17 ont été tracées en fonction du temps t. Dans l'appareil d'alimentation suivant l'invention, la tension du réseau est redressée par le redresseur 1 et hachée par les transistors 5 et 6. Pendant la durée d'établissement des transistors 5 et 6, la tension d'entrée redressée est présente au primaire 7a du transformateur 7. Après la mise hors circuit des transistors 5 et 6, la polarité de la tension présente au primaire 7a s'inverse et le transformateur se désaimante à travers les diodes de roue libre 10 et 11. L'énergie de désaimantation est alors réin Jectée dans le condensateur de lissage 3. Les diodes de roue libre 10 et 11 empochent que la tension d'arrêt présente aux transistors 5 et 6 ne dépasse la tension du secteur redressée. Les transistors 5 et 6 sont attaqués par l'horloge 8, laquelle peut être suivie d'un étage de commutation pour la limitation du courant, étage qui limite la valeur effective du courant d'entrée, ainsi que la valeur de crypte du courant impulsionnel. L'appareil d'alimentation est ainsi protégé contre les courtscircuits. Pour l'horloge, on adopte un taux d'impulsions fixe, de préférence un taux d'impulsions d'environ 1 : 1. Dans l'appareil d'alimentation suivant l'inyention, la tension de sortie UA est réglée au moyen de la valve c-onvertis- seuse statique commandée 12. Pendant la durée d'établissement des transistors 5 et 6, la tension U1, présente au secondaire 7b, appa ravît à l'anode de la valve convertisseuse statique commandée 12. En amorçant cette valve 12 on obtient un déphasage ou retard de cette tension et la tension U2 n'est présente à l'entrée du filtre de lissage 13 que pendant la durée d'établissementnt. A la suite de la mise hors circuit des transistors 5,et 6, la tension U1 change immédiatement de polarité en raison de la désaimantation du transformateur 7, ce qui aboutit à un blocage immédiat du thyristor cons tituant la valve convertisseuse commandée 12. I1 ntest donc pas nécessaire de prévoir des dispositifs de désamorçage particuliers pour un thyristor agissant comme valve convertisseuse statique commandée 12.Le courant de sortie peut continuer à circuler pendant la durée de coupure de la valve convertisseuse statique 12 en passant par l'inductance 14 -qui peut par exemple être une inductance d'accumùlation non linéaire- le condensateur 15 et la diode de roue libre. L'instant d'allumage de la valve convertisseuse statique 12 dans chaque alternance positive de la tension U1 est affiché par le régulateur 22 en fonction de la tension de sortie et, le cas échéant, du courant de sortie. Le rapport établissementcoupure de la tension U2 est ainsi affiché, et la tension de sortie UA, lissée à la valeur moyenne au moyen du filtre de lissage 13, est ainsi réglée avec précision.Pour la tension de sortie UA on obtient la relation où UA désigne la tension de sortie réglée, UE la tension d'entrée du secteur redressée, N le rapport d'enroulement du transformateur 7, la ia durée d'établissement de la valve convertisseuse statique et f la fréquence des impulsions de l'horloge 8. On obtient ainsi à la sortie, à partir de la tension rectangulaire U2, à l'intervention de la valve convertisseuse statique commandée 12 et du lissage à valeur moyenne effectué par le filtre de lissage 13, une tension continue de sortie réglée UA, qui est continuellement ajustable. En outre, le courant de charge peut être limité de telle façon qu'une puissance de sortie maximale constante ne soit dépassée, quelle que soit la tension de sortie ajustée. A cette fin, une valeur effective additionnelle, constituée par la valeur mesurée obtenue à l'aide du transformateur d'intensité 18, est appliquée au régulateur 22, lequel effectue, à l'aide d'un circuit régulateur asservi, une limitation de courant dépendant de la tension. Dans cet exemple de réalisation il est en outre prévu de munir le régulateur 22 d'un dispositif de protection à maximum de tension. Lorsque ce système de protection à maximum de tension intervient, le thyristor 25, agissant en qualité de court-circuiteur, s'amorce, ce qui établit un dispositif simple de protection à maximum de tension pour la charge branchée en aval. D'autre part, le régulateur 22 peut être verrouillé au-moyen d'une ligne de blocage, non représentée. I1 convient encore de remarquer que l'on peut employer dans l'appareil d'alimentation suivant l'invention des transformateurs monophasés et des transformateurs symétriques ; cependant, il y a lieu de prévoir un rapport durée d'établissement-durée de coupure fixe, de préférence un rapport d'impulsions de 1 : 1 environ. En outre, plusieurs unités, comme celle branchée en amont du primaire 7a du transformateur 7, peuvent être montées en parallèle et synchronisées entre elles. L'exemple de rélisation suivant la figure 1 montre d'autre part quten adoptant un deuxième enroulement secondaire 7b?, du transformateur 7, on peut raccorder une deuxième unité de sortie comme celle décrite plus haut. On peut ainsi établir des tensions de sortie positives et négatives indépendantes entre elles. On peut en outre raccorder une troisième unité de sortie où un troisième enroulement secondaire 7b" est suivi d'une valve convertisseuse statique non commandée 27", d'un filtre de lissage 13" et d'une diode de roue libre 16". Un tel groupe de sortie est connu par les passages susmentionnés des publications citées plus haut.On peut recueillir à ses bornes de sortie 17?? une tension de sortie non stabilisée. En résumé on peut constater que l'appreil d'alimentation suivant l'invention permet d'établir des entrées et des sorties séparées électriquement, où la tension de sortie est ajustable à volonté, même pour une puissance de sortie constante, et que l'on peut obtenir plusieurs tensions de sortie positives et négatives stabilisées, indépendantes les unes des autres. L'appareil d'alimentation suivant l'invention possède un circuit de réglage simple, rapide et très stable et un rendement très élevé et peut être réalisé aveo une faible dépense en composants de puissance. I1 convient encore de souligner que cet appareil d'alimentation ne comporte ni un système d'alimentation auxiliaire ni un transformateur d'alimentation secteur. Finalement, il y a encore lieu de mentionner qu'en plus des tensions de sortie stabilisées, indépendantes les unes des autres, on peut obtenir des tensions de sortie non stabilisées, indépendantes les unes des autres. REVENDICATIONS 1. Appareil d'alimentation commandé par impulsions, colportant un transformateur dont l'enroulement primaire est relié b une source de tension continue à travers au moins un transistor attaqué périodiquement, et dont l'enroulement secondaire est relié à des bornes de sortie à travers une valve convertisseuse statique et un filtre de lissage, la disposition étant telle que chaque transistor, le cas échéant, ensemble avec l'enroulement primaire, d'une part, et le filtre de lissage ensemble avec les bornes de sortie d'autre part, sont shuntés respectiyement par des diodes de roue libre, caractérisé 'en ce que la valve convertisseuse statique 12 faisant suite à l'enroulement secondaire 7b est commandée, cette valve-con- vertisseuse étant attaquée en fonction du courant et de la tension de sbrtie U A 2. Appareil d'alimentation commandé par impulsions suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la valve convertisseuse statique commandée 12 est un thyristor. 3. Appareil d'alimentation commandé par impulsions suivant la revendication 1 ou 2, carautérisé en ce que les bornes de sortie 17 sont shuntées par un thyristor 25.