Brevet FR2458941A1 — publié le 19810102

L'invention se rapporte de manière générale aux alimentations en énergie électrique et plus particulièrement à une alimentation en énergie du type dans laquelle le courant du primaire d'un transformateur est mis en circuit et coupé afin de réguler la tension de sortie. De nombreux circuits et systèmes électroniques exigent une alimentation en tensions continues qui sont rela- tivement stables même lorsque la tension de la source et/ou la charge imposée au système sont susceptibles de varier. La source d'énergie est souvent une source de tension alter- native, soit monophasée, soit triphasée. Une alimentation simple en courant continu destinée à être utilisée avec une tension alternative monophasée comprend une diode redres- seuse qui est combinée avec un filtre capacitif. Le redres- seur peut être à simple alternance ou à double alternance ou peut être en pont et il est en général connecté à la source de courant continu par l'intermédiaire d'un transformateur. Malheureusement, cette alimentation simple en courant continu est sensible aux variations d'une part de la tension de la source de courant alternatif et d'autre part de la charge qui lui est connectée. Des régulateurs de tension sont souvent utilisés pour réduire l'effet des variations de la tension alternative d'entrée sur la tension continue de sortie. Un "régulateur de commutation", par exemple, détecte la tension de sortie et met en circuit et coupe le courant d'entrée avec un coeffi- cient d'utilisation qui maintient la tension de sortie au niveau voulu. Alors que ces régulateurs apportent une amélio- ration certaine à la stabilité de la tension de sortie, ils ont pour effet que le transformateur de la source d'énergie fonctionne avec un mauvais rendement, car une faible partie seulement de la courbe d'hystérésis du transformateur est utilisée au cours de chaque alternance du courant d'entrée. Il faut donc un transformateur ayant un plus grand noyau que celui qui, sinon, serait nécessaire. L'invention a pour objet une source d'alimenta- tion nouvelle et perfectionnée et un procédé utilisant une plus grande partie de la courbe d'hystérésis de manière que le transformateur puisse fonctionner avec davantage d'effi- cacité. Suivant l'invention, un courant supplémentaire de magnétisation est appliqué au transformateur afin de mainte- nir le noyau à un niveau prédéterminé d'aimantation lorsque le courant du primaire est coupé. Ce transformateur peut donc être plus petit que ceux des sources d'alimentation de-l'art antérieur. Donc, selon une particularité essentielle de l'invention, le transformateur comprend un noyau en matériau aimantable et un régulateur fait varier le coefficient d'uti- lisation du courant d'alimentation appliqué au transforma- teur en branchant et coupant le courant périodiquement de manière que ce courant n'arrive dans le transformateur que pendant une partie limitée de chaque alternance. Un courant supplémentaire est appliqué au transformateur afin de maintenir le noyau à un état prédéterminé d'aimantation pen- dant l'intervalle compris entre les applications successives du courant d'alimentation afin que la courbe d'hystérésis soit utilisée sur une plus grande partie. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel - la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un mode de réalisation d'une source d'alimentation conforme à l'in- -vention; - la figure 2 est un graphique représentant deux alternances de la tension d'entrée et illustrant le mode de fonctionnement du régulateur de tension de la forme de réali- sation de la figure 1; et - la figure 3 est un graphique représentant la courbe d'hystérésis du transformateur de l'exemple de réali- sation de la figure 1. La figure 1 représente une source d'alimentation comprenant un transformateur 11 comportant un enroulement du primaire 12, un enroulement 13 du secondaire et un noyau 14 de matériau aimantable, par exemple de fer. Une source de courant alternatif applique le courant d'alimentation au transformateur par l'intermédiaire d'une bobine d'induction 16 et d'un triac 17 montés en série sur le primaire. La bobine d'induction est destinée à limiter l'amplitude instantanée du courant dans le circuit du primaire et le triac constitue un commutateur qui branche et coupe le courant du primaire de manière à effectuer la régu- lation de la tension de sortie d'une manière qui sera expliquée plus en détail par la suite. Le secondaire du transformateur comprend une prise centrale 19 qui est connectée à la masse et des diodes 21 et 22 sont connectées entre les bornes du secondaire et une borne de sortie 23 de manière à former un redresseur à double alternance. Il doit être bien évident toutefois qu'il est possible d'utiliser tout autre redresseur convenable, par exemple un redresseur à simple alternance ou un redresseur en pont. Un condensateur de filtrage 24 est connecté entre la borne de sortie et la masse. Un régulateur de tension 26 détecte la tension à laquelle se trouve la borne de sortie et envoie un signal de commande à l'électrode de commande du triac 17 afin de maintenir au niveau voulu la tension appliquée à la borne de sortie. Le régulateur 26 et le triac 17 forment ce qu'il est parfois convenu d'appeler un "régulateur de commutation" et le mode de fonctionnement de ce circuit sera bien compris d'après la figure 2. Le régulateur rend le triac passant pendant les second et quatrième quadrants de chaque cycle du courant d'alimentation, de la manière représentée par les surfaces hachurées 28 et 29 de la figure 2. Lorsque le régu- lateur décèle que la tension de sortie est trop basse, le triac est rendu passant plus tôt au cours du cycle et lorsque la tension de sortie est trop élevée, le triac est rendu passant plus tard. Ainsi, le régulateur et le triac règlent le coefficient d'utilisation du courant du primaire de manière à maintenir la tension de sortie au niveau voulu. Un circuit applique un courant supplémentaire au transformateur pendant les intervalles de temps au cours desquels le courant du primaire est coupé afin de maintenir le noyau à un état d'aimantation tel que le transformateur fonctionne sur une plus grande partie de sa course d'hys- térésis qu'il ne le ferait en l'absence de ce circuit. Ce circuit comprend un condensateur 31 et une résistance 32 montés en série sur une partie du bobinage du secondaire du transformateur. Lorsque le courant du primaire est en circuit, le-condensateur se charge par le courant du secon- daire et lorsque le courant du primaire est coupé, le conden- sateur restitue le courant au bobinage. La résistance montée en série avec le condensateur empêche ce dernier de se décharger trop rapidement et garantit que le courant délivré dans ce condensateur demeure pendant l'intervalle de temps au cours duquel le courant du primaire est coupé. Dans un exemple d'alimentation dans lequel la tension du secondaire est de 350 volts, le condensateur 31 peut avoir une valeur de 4 microfarads et la résistance 32 peut avoir une valeur de 350 ohms. Dans le mode de réalisation représenté, le conden- sateur comprend au secondaire une unique spire et le conden- sateur de magnétisation est connecté à des bornes de la moitié de cette spire. L'invention est utilisable bien entendu pour des transformateurs pouvant avoir tout nombre de spires et le condensateur peut être connecté aux bornes de la totalité ou d'ne partie de n'importe lesquelles des spires. Il est toutefois préférable de connecter le condensateur à un bobinage sous relativement faible tension afin de réduire les dimensions du condensateur nécessaire. Ainsi, par exemple, lorsque le primaire du transformateur est sous 220 volts et que le secondaire est sous 3500 volts et que deux spires du secondaire sont sous 350 volts, le condensateur est avanta- geusement connecté à l'une des spires sous 350 volts. Le mode de fonctionnement et de mise en oeuvre de la source d'alimentation et le procédé correspondant de l'invention vont être décrits en regard de la figure 3. Cette figure montre la relation entre la force de magnétisation H qui est fonction du courant du primaire et l'aimantation ou la densité du flux B du noyau. Le courant induit dans le secondaire est bien entendu fonction de la densité du flux. En l'absence du condensateur 31 et de la résistance 32, chaque cycle débuterait au voisinage du centre de la courbe d'hystérésis, soit au point a, soit au point b, selon la polarité du courant d'alimentation au cours de l'alternance précédente. Pour une alternance positive, par exemple, le niveau d'aimantation débuterait au point a et monterait au point c au moment auquel le triac est rendu passant. Lorsque le courant sinusoïdal d'alimentation atteint la valeur nulle et que le triac cesse d'être passant à la fin de l'alternance positive, l'aimantation du noyau devrait tomber au niveau du point b. Pendant l'alternance suivante, le niveau d'aimanta- tion devrait arriver au point b lorque le triac est rendu passant et retournerait au point a lorsque le triac cesserait d'être amorcé. Avec ce mode de fonctionnement, le transforma- teur n'utilise qu'une partie de la courbe d'hystérésis et la réponse du transformateur est limitée en conséquence. Le condensateur 31 et la résistance 32 étant connectés sur le secondaire, le condensateur 31 se charge pendant la partie active de chaque alternance, c'est-à-dire lorsque le triac est rendu passant. Lorsque le triac cesse d'être passant, le condensateur délivre du courant au secon- daire et en conséquence maintient le noyau à un niveau d'ai- mantation qui est supérieur à celui qui est possible sans courant supplémentaire. Au cours d'une alternance positive, le niveau d'aimantation du noyau débute au point a', puis parvient au point c et retombe au point b'. Au cours d'une alternance négative, le niveau d'aimantation débute au point b', puis parvient au point d et retombe au point a'. Les points a' et b' sont placés plus à distance de l'origine ou du centre de la courbe d'hystérésis que ne le sont les points a et b et le transformateur fonctionne sur une partie plus grande de la courbe à chaque demi-alternance. L'accroissement de l'oscillation ou de l'utilisation de l'hystérésis permet d'obtenir une réponse souhaitée avec un noyau plus petit. Pour une alimentation donnée en énergie dans laquelle le principe de l'invention est mis en oeuvre, le transformateur ne doit contenir par exemple environ que les deux-tiers du fer qui serait nécessaire sans le condensateur. La description qui précède montre que l'inven- tion apporte un perfectionnement au dispositif et au procédé d'alimentation en énergie. Il est par ailleurs bien entendu que l'invention n'a été décrite qu'à titre d'exemple et que diverses modifications peuvent être apportées au circuit décrit et représenté sans sortir de son domaine. REVENDICATIONS 1. Circuit d'alimentation en énergie, caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur (11) comprenant un noyau (14) de matériau aimantable, un dispositif de régulation (17) destiné à faire varier le coefficient d'utilisation du courant d'alimentation appliqué au trans- formateur en branchant et en coupant ce courant périodique- ment de manière que le courant ne soit envoyé au transformateur que pendant une partie limitée de chaque alternance du courant et un dispositif (31) d'application d'un courant supplémentaire au transformateur afin d'en maintenir le noyau à un état prédéterminé d'aimantation pendant l'intervalle de temps compris entre les applications successives du courant d'alimentation. 2. Circuit d'alimentation en énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'appli- cation d'un courant supplémentaire consiste en un condensa- teur (31) monté en parallèle sur un bobinage (13) du trans- formateur. 3. Circuit d'alimentation en énergie selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une résistance (32) est montée en série avec le condensateur (31), cette résistance et ce condensateur étant connectés tous deux en parallèle sur le bobinage (13) du transformateur.