Brevet FR2431216A1 — publié le 19800208

L'invention se rapporte à des convertisseurs "continucontinu" et, en particulier, à un circuit servant à proteger un transistor de commutation du convertisseur contre les surcharges de courant engendrées en cas de court-circuit dans les circuits de charge. Un convertisseur 11continu-continu" comprend habituellement un transformateur et un transistor de commutation relie en série avec l'enroulement primaire du transformateur à une source de tension continue pour engendrer un courant pulsatoire à un enroulement primaire, en réponse à une impulsion d'excitation de base fournie par un générateur d'impulsions de durée variable relié dans un circuit de contre-reaction.Ce circuit de contre-réaction prélève son signal de commande d'entrée de l'enroulement tertiaire du transformateur, pour commander la durée de l'impulsion d'excitation de base en fonction inverse du signal de commande, de sorte que la tension engendrée dans l'enroulement secondaire du transformateur auquel est relie un circuit de charge sera maintenue à un niveau désiré. On a utilisé jusqu'ici un circuit de protection servant à protéger le transistor de commutation des surcharges de courant qui pourraient se produire par suite d'un court-circuit du circuit de charge. Le circuit de protection classique est composé d'un thyristor qW met à la masse la base du transistor de commutation en réponse à une énergie électrique, dans l'enroulement primaire, dépassant le seuil du thyristor, au cas ou la charge est court-circuitée. Du fait de la liaison permanente qui existe entre la base du transistor de commutation et la masse, il est nécessaire de couper manuellement le convertisseur après suppression du court-circuit, pour ramener le thyristor à l'état non conducteur.Cette opération manuelle est fastidieuse et il est souhaitable d'effectuer une reprise automatique de la commande de rédaction. L'invention supprime l'inconvénient mentionné ci-dessus en utilisant un circuit de synchronisation, par exemple un multivibrateur monostable, qui inhibe la génération des impulsions d'excitation de base pour un certain intervalle de temps, en reponse au fait que l'énergie électrique dans l'enroulement primaire du transformateur dépasse une valeur prédéterminée. Immédiatement apres la fin de l'intervalle d'inhibition, la largeur des impulsions d'excitation de base est progressivement accrue à partir de zéro, jusqu'à ce qu'elle atteigne la valeur du fonc tionnement normal de réaction.De préférence, le signal d'inhibition est utilisé pour declencher le signal de commande, jusqu'à un niveau dépassant la gamme normale de la commande de largeur de l'impulsion et la commande de largeur de l'impulsion initiale zero-démarrage est effectuée au moyen d'une tension à decrois- sance exponentielle engendrée immediatement après la fin du signal d'inhibition. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description ci-après Au dessin annexé La figure 1 représente schématiquement un mode d'éxecution de l'invention, dans lequel un thyristor supplémentaire est representé en pointille, afin de décrire le fonctionnement du circuit de protection de l'art antérieur et, Les figures 2a à 2f representent des formes d'ondes qui apparaissent en differents points du circuit de la figure 1 et sont destinees à illustrer le fonctionnement de l'invention. On a représenté à la figure 1 un convertisseur "continu-continu" conforme à l'invention. Avant d'en décrire les détails, on exposera tout d'abord le fonctionnement du convertisseur continu-continu de l'art antérieur, qui fait partie du circuit de la figure 1. Ce convertisseur comprend un redresseur pleine onde 2 qui transforme l'énergie alternative fournie par une source 1 en énergie continue appliquée à un enroulement 10 d'un transformateur 9. L'enroulement primaire 10 est connecté à une extrémité de la borne positive 7 du redresseur. Le courant qui traverse l'enroulement 10 passe par le chemin collecteurémetteur d'un transistor 13 et une résistance 14 pour aboutir à la borne négative 8 du redresseur.Ce courant est produit en réponse à l'application d'une impulsion d'excitation de base au transistor 13 pour engendrer des courants dans l'enroulement secondaire 11 et un enroulement tertiaire 12. La tension alternative qui prend naissance aux bornes d'un enroulement secondaire 11 est redressée par une diode 15 et lissee au moyen d'un condensateur 16, pour donner naissance à une tension continue de niveau approprié qui est appliquee à un circuit de charge 19, tandis que la tension aux bornes de l'enroulement tertiaire 12 est redresse par une diode 30, lissee par un condensateur 31 et appliquée à un diviseur de tension formé des resistances 32, 33 et 34.Un amplificateur différentiel 23 sert à detecter l'écart de la tension tirée de la résistance 33, par rapport à une tension de référence qui est définie au moyen d'une diode de Zener 22 et fournit une sortie différentielle à une entrée d'un comparateur 24. Ce comparateur reçoit, sur son autre entrée, une tension en forme de rampe produite par le générateur de rampe 25, pour établir une comparaison entre les deux tensions d'entrée, de telle sorte que la sortie du comparateur soit amenee à un niveau de tension éleve lorsque la valeur instantanee de la tension de rampe est supérieure au signal différentiel.Par conséquent, la sortie du comparateur 24 est constituée d'un train d'impulsions dont la largeur varie en fonction inverse de llecart entre la tension de l'enroulement tertiaire 12 et la valeur de réference, la sortie du comparateur etant amplifiée par un amplificateur 26 et appliquée à la base d'un transistor 13 pour commander la période de conduction du transistor 13.Du fait que les sorties continues prélevées aux enroulements secondaire et tertiaire sont proportionnelles à la période de conduction du transistor 13 et que la sortie de l'enroulement tertiaire est envoyée en contre-réaction au transistor 13, ce dernier est commande en raison inverse de la sortie de l'enroulement tertiaire et la sortie continue déli virée au circuit de charge 19 est commandée à une valeur prede- terminee établie par la diode de Zener 22. Dans ces circonstances, si la charge 19 est court circuitée, la tension sur la résistance 33 est réduite à un niveau anormalement bas. Ceci provoque la production d'une impulsion de durée suffisamment longue à la sortie du comparateur 24 pour que le transistor 13 puisse être détruit par le courant résultant dans l'enroulement primaire du transformateur 9. Un procédé classique de résolution de ce problème implique l'emploi d'un dispositif de commutation, tel qu'un thyristor 21, dont la gâchette est reliée, par un fil indiqué en pointillé 21a, à llemetteur du transistor 13, pour établir une voie de court-circuit à travers son anode et sa cathode, entre la base du transistor 13 et la masse, comme l'indiquent les lignes en pointillé 21b et 21c. Ce thyristor est allume en réponse à l'arrivée d'une surtension aux bornes de la résistance 14, lorsqu'un état de court-circuit existe dans le circuit de charge 19 et relie instantanément la base du transistor 13 à la masse pour le protéger des surcharges de courant. Le thyristor reste conducteur tant que son courant d'anode existe.Toutefois ce courant d'anode existe tant que l'appareil reste excite, si bien qu'il est necessaire de désexciter manuellement l'appareil chaque fois que cet etat de court-circuit sur la charge se produit. L'invention évite cette coupure manuelle en prévoyant un circuit de synchronisation comprenant un multivibrateur monostable 60 et une source de courant de polarisation 70. Le monostable 60 preleve son entrée sur l'metteur du transistor 13, pour être commuté de l'état stable à un état quasi-stable en reponse à une tension aux bornes de la résistance 14 qui depasse un niveau prédéterminé. La source de courant de polarisation 70 est reliée à la sortie du monostable 60 pour fournir un courant de polarisation à la sortie de l'amplificateur différentiel 23, à travers une résistance 35connectée dans la voie comprise entre la sortie de l'amplificateur differentiel 23 et l'entrée inverseuse du comparateur 24.Ce courant de polarisation donne naissance à une tension aux bornes de la résistance 35, qui se superpose au signal différentiel de telle sorte que la tension combinee soit supérieure à la tension maximum du générateur de rampe 25. Plus précisément, le multivibrateur monostable 60 comprend un couple de transistors de commutation 45 et 46 ayant leurs emetteurs reliés entre eux à la masse à travers une source de courant constant 47, le collecteur du transistor 46 étant relié, à travers une résistance 44 > à une borne d'alimentation de tension cc et le collecteur du transistor 45 étant relié directement à la borne d'alimentation cc de façon que, lorsque le transistor 45 est conducteur, le transistor 46 soit rendu non conducteur. La base du transistor 45 est polarisée à une tension VH prelevee sur un diviseur de tension formé par les resistances 36, 37 et 38 lorsque le monostable 60 se trouve dans l'état stable.Cette tension de polarisation est choisie à une valeur su périeure au potentiel de base du transistor 46 lorsque ce dernier est coupe, laquelle est egale à Vc-VBE, ou V, Vc est une tension fournie par une source 57 à la base du transistor 51 et VBE est la tension entre la base et l'émetteur du transistor 51. Le fonctionnement du circuit de la figure 1 apparaît en se référant aux figures 2a à 2f. Lorsqu'un etat de courtcircuit intervient dans le circuit de charge 19 à l'instant t1, la tension aux bornes de la résistance 14 depasse la tension base-émetteur VBE d'un transistor 39 (figure 2a) et ce dernier établit un court-circuit à travers la résistance 38 pour réduire le potentiel de base du transistor 45 à la valeur VL, qui est inférieure au potentiel de base Vc-VBE du transistor 46, si bien que le transistor 45 est bloque pour permettre le déblocage du transistor 46. Le déblocage du transistor 46 provoque le déblocage des transistors 43 et 48 et maintient le transistor 39 à l'état conducteur.Un condensateur C est relié entre la base du transistor 46 et la masse et forme un circuit à constante de temps avec une résistance R qui est reliée en série avec le transistor 48. Le condensateur C est ainsi charge au potentiel de base du transistor 46 lorsque le monostable se trouve dans l'étant stable, à travers un circuit qui comprend le transistor 51 et la résistance 50. Le déblocage du transistor 48 permet la charge du condensateur C à travers la résistance R, si bien que la tension à la base du transistor 46 se réduit exponentiellement, comme on le voit à la figure 2b, jusqu'à atteindre la valeur VL, auquel moment le transistor 46 est bloqué, provoquant le blocage des transistors 43, 48 et 39, si bien que la tension aux bornes du condensateur C croît exponentiellement jusqu'à ce qu'elle atteigne le potentiel de base du transistor 46. Par conséquent, le monostable 60 se trouve dans l'état quasi-stable au cours de l'intervalle compris entre t1 et t2 et le collecteur du transistor 48 est polarisé à une tension in férieure à VL au cours de cet intervalle. A l'instant t2 > le collecteur du transistor 48 croît proportionnellement, par suite de la tension croissante du condensateur C (voir figure 2c). La source de courant de polarisation 70 comprend un couple de transistors 54 et 55 dont les bases sont reliées entre elles aux collecteurs des transistors 54 et 56, dont les collecteurs sont reliés, à travers des résistances 52 et 53, à la borne d'alimentation de tension cc Le transistor 56 a sa base reliée à la source de tension 57 et son émetteur relié à la masse, à travers la résistance 58 et la voie emetteur-collecteur d'un transistor 59, dont la base est reliée au collecteur du transistor 48 du monostable 60. Le collecteur du transistor 55 est relie au point de jonction entre la resistance 35 et l'entrée inverseuse du comparateur 24. Le transistor 59 est polarisé à l'allumage à un ins tant t1 par l'excitation de base négative appliquée à partir du collecteur du transistor 48, pour prélever un courant important à travers le transistor 55 sur la résistance 35, de façon que la tension à l'entrée inverseuse du comparateur 24 croisse brusquement à partir du niveau de sortie différentiel VB jusqu'a un niveau plus élevé que l'amplitude maximale Vz de la tension de rampe, comme le montre la figure 2d, d'où il résulte qu'il n'y a aucune impulsion présente à la sortie du comparateur 24 au cours de l'intervalle tl à t2 (figure 2f). A l'instant t2, la tension d'excitation de base du transistor 59 croit exponentiellement, d'où il résulte que le courant prélevé par le transistor 55 à travers la resistance 35 décroît progressivement, jusqu'à l'instant t3 ou la tension d'excitation de base atteint Vc - 2VBE, ce qui est la tension de seuil du transistor 59. Ceci provoque une nouvelle apparition d'un train d'impulsions à la sortie du comparateur 24, avec une duree d'impulsions croissante en fonction du temps au cours de l'intervalle de temps t2 à t3 (figure 2f), qui est très supé- rieur à l'intervalle d'impulsion de la tension de rampe (figure 2e). Par conséquent, le transistor 13 est déclenché, avec un coefficient d'utilisation faible à la reprise de la contreréaction, pour assurer ainsi la sécurité de fonctionnement du transistor 13, Si l'état de court-circuit existe toujours dans le circuit de charge 19, la tension aux bornes de la résistance 14 croit de nouveau et le processus ci-dessus se reproduit ; si l'état de court-circuit est supprime, le système est automatiquement commuté au mode de commande par réaction. REVENDICATIONS 1- Convertisseur continu-continu comprenant un transformateur ayant des enroulements primaire, secondaire et tertiaire, un transistor de commutation dont la voie collecteur-émetteur est reliée, à travers ledit enroulement primaire, à une source de tension continue pour produire un courant pulsatoire dans cet enroulement primaire, un circuit de commande de contre-réaction comprenant un générateur d'impulsions de largeur variable servant à engendrer une impulsion d'excitation de base pour le transistor en vue de produire ledit courant, la tension induite dans ledit enroulement secondaire étant transformée en une tension continue destinée à être appliquée à un circuit de charge et la tension induite dans ledit enroulement tertiaire étant transformée en une tension continue et appliquée audit generateur d'im- pulsions pour commander la durée de ladite impulsion d'excitation de base, en raison inverse de la tension continue induite dans ledit enroulement tertiaire, dans lequel un circuit de protection sert à mettre hors service ledit circuit de commande de réaction lorsque l'énergie électrique dans ledit enroulement primaire dépasse une valeur prédéterminée, pour protéger ledit transistor dans le cas d'un court-circuit dans ledit circuit de charge, caractérisé en ce que ledit circuit de protection comprend un multivibrateur monostable sensible au fait que ladite énergie électrique dépasse la valeur prédéterminée, pour être commuté d'un etat stable à un état quasi-stable pendant une durée prédéterminée, afin d'inhiber la production desdites impulsions d'excitation de base au cours dudit état quasi-stable et que l'on prévoit des moyens d'augmenter progressivement la durée de ladite impulsion d'excitation de base à partir de O en réponse à la fin dudit état quasi-stable du multivibrateur monostable, pendant un intervalle de temps plus long que l'intervalle compris entre les impulsions d'excitation de base successives. 2 Convertisseur continu-continu selon la revendication 1, dans lequel ledit générateur d'impulsions comprend un amplificateur différentiel servant à engendrer un signal représentatif de l'écart entre la tension de base prélevée sur ledit enroulement tertiaire et une valeur de référence, un genéraeur de rampe et un comparateur servant à engendrer une impulsion lorsque la valeur instantanée de ladite tension de rampe est superieure audit signal d'écart, caracterisé en ce qu'une resistance est couplée dans le circuit entre la sortie dudit amplificateur différentiel et une entrée dudit comparateur et en ce que ledit organe qui augmente la largeur d'impulsions comprend une source de courant de polarisation sensible à l'état quasi-stable dudit multivibrateur monostable pour engendrer un courant à travers ladite résistance, afin de produire une tension qui dépasse l'amplitude maximale de ladite tension de rampe, en ce que ladite tension qui prend naissance aux bornes de ladite resistance décroît progressivement et immédiatement à la suite de la fin de l'état quasi-stable, de la valeur de la constante de temps d'un réseau résistance-capacité. 3- Convertisseur continu-continu selon la revendication 2, caractérise en ce que ladite constante de temps est la constante de temps de charge du réseau resistance-capacité dudit multivibrateur monostable.