Brevet FR2447639A1 — publié le 19800822

La présente invention se rapporte aux alimentations à découpage réguléesqui permettent d'obtenir par hachage d'une tension continue d'entrée? une tension de sortie régulée en amplitude dans une large gamme de la tension d'entrée, d'une part, eut de la puissance débitée en sortie d'autre part. La technique du découpage permet de limiter les pertes à un strict minimum. On économise ainsi une énergie importante ce cui est précieux dans des applications telles oue,par exemple I'alimentation des télé- viseurs. De telles alimentations sont connues et ont été décrites notamment dans la demande de brevet français N 76.08 933 déposée par la demanderesse le 25 Mars 1976 sous le titre Alimentation à découpage avec régulation de tension". On a représenté sur la figure 1 le schéma simplifié de l'alimentation décrite dans cette demande. Entre les bornes + et - d'une source de tension continue sont mis en série un primaire 11, une cellule d'amortissement comprenant en parallèle une résistance 21 et une diode 22, un transistor hacheur 7, et une résistance de mesure 8. Entre l'émetteur et le collecteur du transistor 7 est connectée une cellule de protection comprenant un condensateur 31, une diode 33, t une résistance 32. TJn circuit ae command3 90 envolt des impulsions récurrentes sur la base du transistor 7. Ces impulsions débloquent le transistor et le courant qui passe alors dans le primaire Il induit une tension de réaction dans un premier secondaire 12 qui est relié base du transistor par une résistance 42 et un générateur de tension 40 branché en opposition par rapport la tension fournie par le secondaire 12. Le courant fourni par le secondaire 12 prend le relais de l'impulsion fournie par le circuit 90, et sa valeur est réglée par la résistance 42 qui permet dtéviter une saturation trop importante du circuit base. Le diagramme de la figure 2 représente la tension aux bornes du secondaire 12 et le courant dans le collecteur du transistor entre deux impulsions du circuit 90. A l'arrivée (instant t,) d'une impulsion, la tension V12 nonte brusquement à une valeur V et le courant Ic à une max c valeur Imin. Sous l'action du phénomène de réaction cette tension V12 se stabilise à cette valeur Vmax cependant cue le courant IC croit linéairement à cause de l'inductance du primaire 11. Lorsque à l'instant t1 le courant IC atteint une valeur Imax déterminée en fonction de la tension d'alimentation et de la charge alimentée par le dispositif, un circuit de régulation 80 envoit un signal de déclenchement sur la gachette d'un thyristor 61 qui passe en conduction. Ce thyristor ramène la base du transistor à la borne - de la source de tension continue par l'intermédiaire d'une inductance 62 connectée en parallèle avec une résistance 63, et du générateur 40. Ceci désature le transistor qui devient non conducteur ce qui se traduit sur le diagramme par la chute brutale de Ic à une valeur nulle à l'instant t1. L'énergie accumulée entre t0 et t1 dans l'enroulement primaire se décharge alors dans le circuit d'utilisation par l'intermédiaire d'un deuxième secondaire 14 et d'une diode de redressement 100, entre les instants t1 et t2 où la tension V12 devient négative du fait de cette décharge. A L'instant t2 caractérisant la fin de la décharge du transformateur dans le circuit de sortie et le blocage de la diode 100, le condensateur 31 chargé en tension se -met à osciller avec le prImaire Il provoquant entre t2 et t3 une suroscillation amortie par les résistances 21 et 32 aux bornes du secondaire 12, l'instant t3 étant celui où arrive l'impulsion de commande suivante. La tension V12 se retrouve sur la base du transistor 7 avec un décalage de potentiel continu dû au générateur de tension 40. Ceci permet d'une part d'assurer un blocage franc du transistor quand le thyristor conduit, et d'autre part de neutraliser la suroscillation qui apparait entre t2 et t Toutefois l'effet du générateur de tension se fait sentir aussi bien sur le plateau correspondant à Vmax que sur le reste de la courbe, en diminuant ainsi le courant de base disponible pour saturer le transistor entre to et t1. Ceci limite les possibilités de régulation dans le sens de la baisse de la tension fournie par la source continue - qui provient le plus souvent du secteur par redressement. De même lorsque la tension de la source continue baisse, la tension du générateur 40 - qui est obtenue en fait par redressement des impulsions prélevées sur un secondaire - baisse elle aussi. Cet effet, sans compenser totalement la diminution du courant base décrite ci-dessus, réduit la marge de blocage et la neutralisation de la suroscillation. On est donc conduit à utiliser une tension Vmax forte qui donne pour des tensions normales, et à fortiori fortes, de la source -continue une saturation importante du transistor de découpage. Ceci augmente la durée de déstockage du transistor au moment de sa désaturation et le fait travailler alors dans de mauvaises conditions. Pour pallier ces inconvénients, -l'invention propose de ramener la tension de réaction sur la base du transistor par l'intermédiaire d'un interrupteur et d'un dipole auto-inductif, sans passer par le générateur de tension. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées dont - la figure I représente le schéma simplifié d'une alimentation de type connu ; - la figure 2 représente un diagramme de tension et courant dans l'alimentation de la figure 1 ; - la figure 3 représente le schéma simplifié d'une alimentation selon l'invention , - la figure 4 représente le schéma de l'interrupteur 50 de la figure 3 ; - la figure 5 représente le schéma de l'impédance 43 de la figure 3 ; - la figure 6 représente le schéma du générateur de tension 41 de la figure 3. Le schéma de la figure 3 dérive de celui de la figure 1 en appliquant à ce dernier les modifications conformes a 11 invention. Le circuit de blocage du transistor 7 est le même que dans l'art antérieur, sauf pour la réalisation effective du générateur de tension 41, homologue du générateur 40, qui sera décrite plus loin. Par contre le premier secondaire 12 est réuni à la base 70 du transistor 7 par l'intermédiaire d'un interrupteur 50 connecté entre les points 51 et 52, et d'un dipole inductif 43. Cet interrupteur se ferme entre les instants tu et t1 ce qui permet à la tension de réaction d'être appliquée sur la base du transistor sans être diminuée par celle fournie par le générateur 111. il s'ouvre entre les instants t1 et t3 ce qui permet à la tension fournie par le générateur 41 d'être appliquée entre l'émetteur et la base du transistor sans être court-circuitée par le secondaire 12. De plus la suroscillation de la tension V12 n'est plus appliquée sur la base.Ainsi on peut débloquer le transistor 7 entre les instants to et t1 et le bloquer entre les instants t1 et t3 dans les meilleures conditions pour des variations impor- tantes de la tension de source continue d'alimentation. L'interrupteur 50 n'est représenté sur la figure 3 que sous une forme très symbolique. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 4, cet interrupteur se compose d'un transistor 54 qui établit ou coupe la liaison entre les points de connexion 51 (extrémité du secondaire 12) et 52 (entrée du dipole inductif 113), et d'un circuit de commande de ce transistor 54. Ce circuit de cowende comprend une résistance 55 connectée entre la base et l'émetteur du transistor 54 et qui permet de ramener le potentiel de la base à celui de 1 émetteur quant le transistor est bloqué Cette base est reliée à un potentiel fixe par rapport à l'émetteur du transistor par une résistance 56 de limitation de courant et un transistor 57. Ce potentiel pourra par exemple être nul ou éventuellement la borne négative d'une alimentation continue auxiliaire pouvant déjà exister dans le circuit de l'alimentation à découpage.Le circuit de commande comprend également un diviseur résistif formé des résistances 58 et 59. connectées entre le point 51 et 1 émetteur du transistor 7 référencé 60 sur les figures 3 et h. Ce diviseur permet de limiter les tensions andalouses sur la base du transistor 57 par l'intermédiaire d'un condensateur 71. Ce condensateur se c entre les temps to et t1 par l'intermédiaire de la jonction base émetteur du transistor 57 formant diode. Ce transistor est débloqué par le caurant de charge et débloque lui-même le transistor 54 établissant la connexion entre les points 51 et 52.La constante de temps du condensateur 31 et du diviseur résistif est suftissmment grande pour que le courant de charge d l'instant t1 débloque toujours le transistor 57. A l'instant t1 le potentiel du point 51 devient négatif ee qui bloque le transistor 57 et donc le transistor 5h, déconnec- tant les points 51 et 52. Comme le condensateur 71 est chargé, le potentiel ramené sur la base du transistor 57 est inférieur à celui du point commun aux résistances 58 et 5g, ce qui permet de garder ce transistor bloqué entre les instants t1 et t3 en dépit des évolutions de la tension V12 et notamment de la suroscillation entre les instants t2 et t3. Toutefois entre les instants t1 et t3 le condensateur 71 se décharge légèrement par la diode 72 et la résistance 73 connectées en série entre l'émetteur et la base du transistor 57, ce qui permet d'avoir un courant de charge suffisant pour débloquer le transistor 57 lors de l'impulsion de déblocage suivante. Dans une réalisation pratique on a utilisé les valeurs suivantes des éléments - Résistances 55, 56, 58, 59, 73 respectivement 3,3 kP, 470 Q, î k - Condensateur 71 0,1 pP. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 5 > le dipole inductif 43 est composé d'une inductance 77 shuntée par une résistance 74, d'une part, et par une diode 76 en série avec une résistance 75) d'autre part. Avec ce dipole le courant dans la base du transistor 7 varie de la même manière que le courant dans le collecteur, représenté en figure 2. Lors de la mise en conduction à l'instant t1 la résistance 74 laisse passer un courant minimum qui permet d'obtenir dès cet instant la saturation du transistor. Au fur et à mesure que le courant débité dans le collecteur s'élève le transistor 7 tend à se désaturer, mais le courant débité par l'inductance 77 s'élève lui aussi ce qui maintient la saturation. En prenant pour cette inductance une valeur adaptée à l'inductance du primaire 11, compte tenu de la tension fournie par le secondaire 12, les croissances des courants base et collecteur seront homologues l'une de l'autre et le pourcentage de saturation sera constant. Ceci permet de maintenir au minimum le temps de déstoekage du transistor 7. Comme l'inductance 77 stocke de l'énergie entre les temps t0 et t1, il faut la décharger entre t1 et t3 sans perturber le fonctionnement du circuit. Ceci est réalisé par la diode 76 con nectée en inverse par rapport à la tension fournie par le secondaire 12, et protégée par la résistance 75 où se dissippe cette énergie. Dans une réalisation pratique on a utilisé les valeurs suivantes des éléments - Résistances 74 et 75, respectivement 4,7 kQ et 12 # ; - inductance 77 350 uH. Le générateur de tension 41 ne peut être réalisé comme le générateur 40, notamment parce que ce dernier utilisait comme source le secondaire 12 qui selon 11 invention doit être complé- tement séparé du générateur 41. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 6 on utilise un troisième secondaire 78 dont les caractéristiques sont sensiblement les mêmes que celles du secondaire 12. L'une de ss extrémités constitue le pole - du générateur 41 et correspond pour le sens de l'enroulement au point froid du secondaire 12. L'autre extrémité délivre entre les instants to et ti une' impulsion de tension positive qui est redressée par une diode 81 protégée par une résistance série 82. Cette tension redressée charge un condensat-eur 79 connecté entre la diode 81 et la première extrémité du secondaire 78. La connexion entre ce condensateur et la diode forme le pole + du générateur 41. Ce condensateur 79 est de forte voleur et dès qu'il est chargé la tension à ses bornes ne varie pratiquemett plus ce qui permet d'avoir constamment la tension nécessaire au blocage du transistor 7 entre les instants t1 et t3. Dans une réalisation pratique on a utilisé une résistance 82 de 2,7 Q et un condensateur 79 de 47 pF. Les performances de l'alimentation décrite ci-dessus sont telles que la régulation vis-à-vis du secteur fog$tionne pour";aes variations de celui-ci tallant de 90 V à 250 V. il n'est plus alors nécessaire de prévoir une commutation 110 V - 220 V. Par ailleurs, le blocage du transistor hacheur restant assuré même pour des temps de conduetion très cours, et le temps de déstockage étant réduit au minimum, on peut simplifier le cir- cuit de commande de manière à faire fonctionner l'alimentation à fréquence constante, même pour une charge nulle. REVENDICATIONS 1. Alimentation à découpage régulée, du type comprenant une source de tension continue alimentant en série un primaire de transformateur et un transistor hacheur, un circuit de commande permettant d'appliquer sur la base du transistor hacheur des impulsions récurrentes de déblocage, un premier secondaire du transformateur permettant d'appliquer sur la base du transistor hacheur lorsdechaque impulsion de déblocage, une tension de réaction destinée à prolonger l'action de l'impulsion de déblocage depuis un instant t jusqu'à un instant t1, un thyristor permettant sous l'action d'un circuit de régulation de court-circuiter la basedu transistor hacheur à cet instant t1, et un générateur de tension permettant de bloquer le transistor hacheur entre cet instant t1 et un instant t3 marquant l'arrivée de l'impulsion de déblocage suivante, caractériséeen ce que le premier secondaire est relié à la base du transistor hacheur par l'intermédiaire exclusif d'un interrupteur destiné à être fermé entre les instants t0 et t1 et ouvert entre les instants t1 et t3, et d'un dipole auto-inductif connecté en série avec cet interrupteur et que le générateur de tension est connecté en série entre la base du transistor hacheur et le thyristor, sans être relié au premier secondaire lorsque l'interrupteur est ouvert. 2. Alimentation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'interrupteur comprend - un premier transistor permettant d'établir la liaison entre la base du transistor hacheur et le premier secondaire par son circuit émetteur collecteur ; et - des moyens de commande permettant de détecter une crête de tension sur le premier secondaire entre les instants t et t1 et de saturer le premier transistor entre ces instants à l'aide de cette crête de tension. 3. Alimentation selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'émetteur du premier transistor est relié au premier secondaire et que l'interrupteur comprend en outre - un deuxième transistor dont le collecteur-est relié à la base du premier transistor par une résistance de protection et dont l'émetteur est relié 9 celle des-oornes-de la source de tension continue qui est reliée au transistor hacheur ;; - un condensateur reliéJd'une part! la base du deuxieme transistor et,d'autre part, b un diviseur de tension résistif alimenté par le premier secondaire cet et - une résistance et une diode connectées en série entre l'émetteur et la base du deuxième transistor , cette diode étant branchée en inverse de la diode constituée par ltespace base émetteur du deuxième transistor. 4. Alimentation selon la revendication 3, caractérisée en ce que ce potentiel fixe est nul. 5. Alimentation selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une source de tension continue auxiliaire délivrant ce potentiel fixe ; celui-ci étant négatif par rapport à l'émetteur du transistor hacheur. '6. Alimentation selon lune quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le dipole auto-inductif comprend en parallèle - une résistance permettant de délivrer à la base du transistor hacheur à l'instant to un courant suffisant pour le saturer à cet instant ; - une inductance permettant de délivrer à la base du transistor hacheur entre les instants to et t1 une rampe de courant permettant de maintenir la saturation du transistor hacheur entre ces instants ; et - une diode connectée en série avec une résistance et permettant de décharger entre les instants t1 et t3 l'énergie accumulée dans l'inductance entre les instants t0 et t1. 7. Alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le générateur de tension comprend - un deuxième secondaire permettant de délivrer une tension de même sens que la tension de réaction ; - une diode permettant de redresser cette tension ; - une résistance permettant de limiter le courant crête de redressement ; et - un condenseur destiné à être chargé par la tension ainsi redressée, la tension aux bornes de ce condensateur étant la tension délivrée par le générateur.