Brevet FR2472297A1 — publié le 19810626

La présente invention concerne un dispositif d'alimentation du type convertisseur, également connu sous l'appellation dispositif d'alimentation à découpage. Ces dispositifs d'alimentation effectuent, sur une tension continue obtenue par redressement de la tension alternative du secteur électrique, un découpage à une fréquence élevée devant celle du secteur, par exemple de l'ordre de plusieurs kilohertz à plusieurs dizaines de kilohertz. Cette tension découpée est généralement appliquée au primaire d'un transformateur, au secondaire duquel est connectée la charge d'utilisation, soit directement, soit à travers un second dispositif redresseur.L'intérêt d'un tel agencement réside notamment dans la possibilité de régulation de la tension ou du courant delivré, apportée par la présence du dispositif interrupteur assurant le t découpage, qui se prête à un asservissement en fonction d'un signal de commande lie a une valeur désirée, maximale ou minimale de la tension ou du courant délivré. Cet asservissement peut porter sur la fréquence de découpage, mais, le plus souvent, il agit à fréquence constante sur la durée de la fermeture de l'interrupteur. La figure 1 représente de façon schématique les principaux éléments d'un circuit convertisseur classique. Ce circuit convertisseur reçoit à ses bornes d'entrées A et B la tension d'alimentation du secteur, par exemple 220 V - 50 Hz. Cette tension est fournie à une première diagonale d'un pont redresseur 1 dont la deuxième diagonale fournit une tension redressée dont la polarité est indiquée dans la figure par les signes + et -. Cette tension redressée est fournie au primaire T1 d'un transforma- teur T, disposé en série avec un dispositif interrupteur commandé, par exemple un transistor de puissance 2 actionné par un circuit de commande 3. Un condensateur de filtrage C est connecté aux bornes de la tension d'alimentation redressée. Le circuit de commande 3 du transistor de puissance 2 produit un hâchage à une fréquence élevée, par exemple de l'ordre de 20 kHz.Une tension d'utilisation correspondante est donc obtenue aux bornes de sortie C et D du secondaire T2 du transformateur T. On a représenté en tant que circuit d'utilisation la connexion en série d'une diode de redressement 4 et d'une lampe à décharge 5. Cette lampe à décharge ne fonctionne que si la tension à ses bornes est supérieure à une certaine tension de seuil. On désignera ci-après V1 la tension aux bornes d'entrée A et B, par V2 la tension aux bornes du condensateur C, par V la tension aux bornes de la lampe 3 5, et par I1 le courant circulant entre les bornes A et B. On va examiner ci-après, en relation avec les figures 2 et 3,l'influence de la valeur du condensateur C sur ces diverses formes de tension et de courant et en particulier sur la génération d'harmoniques dans le secteur. La figure 2 représente le cas où la capacité du condensateur C est élevée. On obtient ainsi à partir de la tension alternative V1 une tension V2 redressée et relativement lissée. La tension V3 aux bornes de la lampe 5 correspond à la tension V2. Elle est suffisamment lissée pour rester toujours supérieure à une valeur de seuil VS correspondant au seuil d'allumage de la lampe 5. Le courant I1 entre les bornes A et B a alors l'allure représentée en figure 2. La figure 3 représente le cas où le condensateur C est supprimé, c'est-à-dire le cas où la capacité de ce condensateur a une valeur nulle. Alors, la tension V2 qux bornes du pont redresseur est redressée mais non lissee. La tension V3 qui reproduit l'allure de la tension V2 est alors alternativement supérieure et inférieure au seuil d'allumage VS de la lampe 5 qui se met à clignoter. Le courant I1 a alors l'allure représentée en figure 3. En comparant les courbes représentatives du courant I1 dans le cas où la valeur de la capacité du condensateur C est élevée (figure 2) et dans le cas où elle est très faible (figure 3), on notera que, au fur et à mesure que la valeur de la capacité C augmente, la valeur de crête du courant I1 augmente et sa durée moyenne au cours d'une alternance diminue. Ainsi, quand la valeur de C augmente, le taux d'harmoniques renvoyé sur le réseau augmente. On est donc amené à choisir pour la valeur de la capacité du condensateur C un compromis tel que le lissage de la tension V3 soit suffisant pour éviter ou limiter le clignotement de la lampe 5 et pour que le taux d'harmoniques renvoyé sur le réseau ne soit pas trop important.Mais, en tous cas, on augmente le taux d'harmoniques dès que l'on veut limiter le clignotement. Ainsi, un objet de la présente invention est de modifier les circuits classiques de dispositifs d'alimentation du type convertisseur pour permettre de disposer d'une tension d'alimentation convenablement lissée tout en diminuant le taux d'harmoniques renvoyé sur le réseau. Pour atteindre cet objet ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un convertisseur comprenant un pont redresseur dont une diagonale est connectée aux bornes d'une tension d'alimentation alternative et dont l'autre diagonale alimente un circuit série comprenant le primaire d'un transformateur en série avec un interrupteur commandé, le secondaire du transformateur étant connecté à un circuit d'utilisation et un condensateur de filtrage étant connecté aux bornes du circuit série, ce convertisseur comprenant en outre une première diode en série avec le cqndensateur empêchant la charge directe de celui-ci par la sortie du pont redresseur, et l'ensemble d'une deuxième diode polarisée pour permettre la charge du condensateur et d'un enroulement auxiliaire du transformateur, cet ensemble étant connecté en parallèle avec le condensateur.Le rapport entre le nombre de spires du primaire du transformateur et celui de l'enroulement auxiliaire de ce transformateur est par exemple de l'ordre de 3 à 2. Le convertisseur selon la présente invention peut en particulier être utilisé avec un circuit d'utilisation comprenant une lampe à décharge, éventuellement en série avec une diode. On obtint ainsi tout à la fois une tension convenablement lissée et un taux d'harmoniques relativement peu important renvoyé sur le secteur. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles La figure 1 représente un convertisseur de l'art antérieur Les figures 2 et 3 représentent des courbes de tensions et de courant en fonction du temps illustrant le fonctionnement du circuit de la figure 1 La figure 4 représente un mode de réalisation du circuit selon la présente invention La figure 5 représente des courbes de tensions et de courant en fonction du temps illustrant le fonctionnement du schéma de la figure 4. Les figures 6 et 7 représentent d'autres modes de réalisation d'un convertisseur selon la présente invention. Dans les diverses figures, de mêmes réf é- rences désignent des éléments ou connexions identiques ou analogues. La figure 4 représente un mode de réalisa- tion du circuit convertisseur selon la présente invention. Outre les éléments déjà représentés en figure 1, ce circuit comprend une première diode 10 en série avec le condensateur C, évitant la charge directe du condensateur C par la tension aux bornes du pont redresseur 1. Le circuit de charge du condensateur C comprend un enroulement T3 couplé à l'enroulement T1 du transformateur T en série avec une deuxième diode 11, le sens de l'enroulement T3 et le sens de conduction de la diode 11 étant propres à permettre la charge du condensateur C. Dans ce circuit, on désigne par V1, Iî et V3 les memes tensions et courant qu'en figure 1. V2 désigne la tension aux bornes du pont redresseur et V4 la tension aux bornes du condensateur C. La figure 5 représente l'allure de ces diverses tensions et courant. En examinant l'allure de la tension V3, on remarque que, comme dans le cas de la figure 2, cette tension est sensiblement lissée et reste toujours supérieure au seuil d'allumage Vs de la lampe 5. Par contre, le courant Iî a sensiblement la même allure qu'en figure 3 c'est-à-dire que sa valeur de crête est moins élevée qu'en figure 2 et sa durée plus longue. On obtient donc simultanément un lissage convenable de la tension d'utilisation et un faible taux d'harmoniques renvoyé sur le secteur. La présente invention est susceptible de nombreuses variantes et concerne essentiellement la façon dont le condensateur de lissage C est chargé. Elle s'applique à de très nombreux types de circuits d'alimentation du type convertisseur, notamment elle s'applique à n'importe lequel des convertisseurs décrits dans le chapitre 11 de l'ouvrage intitulé "le transistor de puissance dans son environnement" publié par la Société Thomson-CSF en 1978 et disponible auprès de cette Société. Le circuit de commande de base 3 du transistor de puissance 2 peut être de tout type connu, par exemple comme cela est décrit en figures 5/13, 5/14, 5/21 ou 5/24 de l'ouvrage cité ci-dessus. La valeur de la capacité du condensateur C peut être choisie très élevée, par exemple de l'ordre de plusieurs milliers de microfarads pour un équipement de puissance de l'ordre du kilowatt. Les figures 6 et 7 représentent quelques exemples particuliers de ces diverses variantes possibles. En figure 6, l'enroulement primaire T1 du transformateur T est couplé dans la diagonale d'un pont comprenant 4 transistors de commutation 21, 22, 23 et 24. L'enroulement supplémentaire T3 de charge du condensateur C est relié par ses deux extrémités au point de connexion entre la diode 10 et le condensateur C, par l'intermédiaire de diodes 111 et 112 remplaçant la diode 11 de la figure 4. La figure 7 illustre un cas où la charge n'est pas couplée au circuit de hachage par un transformateur mais est directement insérée dans le circuit de hâchage. La charge est représentée sous forme d'un moteur 20 en parallèle avec une diode 21. I1 convient alors de prévoir un enroulement particulier T1 dans le circuit de charge, couplé à l'enroulement de charge T3 du condensateur C. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits mais en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. Notamment la diode 11 peut plus généralement être un redresseur commandé pour permettre d'optimiser l'allure de la tension V2 aux bornes du pont redresseur. REVENDICATIONS l.Convertisseur comprenant un pont redresseur dont une diagonale est connectée aux bornes d'une tension d'alimente tation alternative et dont l'autre diagonale alimente un circuit série comprenant le primaire d'un transformateur en série avec un interrupteur commande et un condensateur de filtrage étant connecté aux bornes dudit circuit série, caractérisé en ce qu il comprend en outre - une première diode en série avec le condensateur et empêchant la charge directe de celui-ci par la sortie du pont redresseur ; et - l'ensemble d'un deuxième redresseur, polarisé pour permettre la charge du condensateur, et d'un enroulement auxiliaire du transformateur, cet ensemble étant connecté en parallèle avec le condensateur. 2. Convertisseur selon la revendication 1 caracté-. risé en ce que le deuxième redresseur est une diode. 3. Convertisseur selon la revendication 1 caracté- risé en ce que le transformateur comprend en outre un enroulement secondaire aux bornes duquel est connecté un circuit d'utilisation. 4. Convertisseur selon la revendication 3 caractérisé en ce que le rapport entre le nombre de spires de 11 enroulement primaire du transformateur et de l'enroulement auxiliaire de celui-ci est de l'ordre de 3 à 2. 5. Convertisseur selon l'une des revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que le circuit d'utilisation comprend une lampe à décharge en série avec une diode.