Brevet FR2477795A1 — publié le 19810911

Système de distribution d'énergie pour ensembles électroniques L'invention concerne un système de distribution d'énergie élec- trique pour ensembles électroniques. Elle est applicable principale- ment dans les industries électroniques, les télécommunications et l'informatique, en particulier pour la distribution d'énergie des autocommutateurs. JLes ensembles électroniques, dont la fiabilité augmente sans cesse, exigent généralement une alimentation très fiable et à l'épreuve de toute interruption. Parallèlement on demande à ces alimentations de s'adapter faci- lement aux différents réseaux de distribution d'énergie primaire, de permettre de diminuer le volume et la complexité des équipements de ces reseaux, et d'être elles-mêmes constituées d'un petit nombre d'éléments peu volumineux et robustes. En particulier, dans le cas d'un système de distribution compor- tant une source alimentée par un réseau primaire, par exemple le secteur habituel alternatif 220 volts, et secourue par une batterie d'accumulateuws, les systèmes connus présentent un inconvénient qui ne permet pas de satisfaire les exigences énoncées plus haut. En effet la batterie étant placée en tampon de manière à prendre immédiatement le relais de l'alimentation en cas de panne du secteur, le système doit fournir en parallèle, au moment o le secteur est rétabli, le courant d'alimentation normal de l'installation et le courant de recharge de la batterie. Ceci exige des moyens volumineux et complexes surdimensionnés. En effet les organes électroniques de l'installation sont généralement alimentés par l'intermédiaire de sources secondaires telles que conver- tisseurs ou onduleurs, sources qui possèdent leur propre régulation et ne nécessitent pas de régulation de la source primaire qui les alimente. Par contre la charge de la batterie nécessite une alimentation très bien régulée. Ce type d'installation exige donc une source primaire régulée pour toute sa puissance, alors qu'en fait la régulation est rendue nécessaire pour le branchement de la batterie en tampon: d'une part pour la recharge de la batterie, d'autre part pour la commutation de l'installation entre l'alimentation primaire et la batterie, réalisée normalement par des diodes nécessitant un réglage -2 - précis de la différence de tension entre la sortie de la source et la batterie. L'invention a pour but de répondre aux exigences citées plus haut, et de remédier aux inconvénients que l'on vient décrire. L'invention a pour objet un système de distribution d'énergie pour ensembles électroniques formé d'une alimentation primaire reliée à un réseau alternatif et comportant une source primaire utilisée en fonctionnement normal et une source primaire de secours, et d'une alimentation secondaire comportant des sources secondaires régulées implantées dans lesdits ensembles électroniques, caractérisé par le fait que ladite source primaire utilisée en fonctionnement normal est reliée dans chacun desdits ensembles à un premier groupe de sources secondaires régulées, et par le fait que ladite source primaire de secours est secourue par une batterie tampon et est reliée dans chacun desdits ensembles à un second groupe de sources secondaires régulées. Selon une autre caractéristique de l'invention, la source primaire utilisée en fonctionnement normal ne comporte pas de batterie de secours. Suivant une autre caractéristique de l'invention, cette source primaire ne comporte pas de moyens de régulation. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, ladite source primaire secourue comporte au moins un redresseur régulé dont la puissance est calculée pour permettre la recharge de la batterie et le fonctionnement à vide du second groupe d'alimentations secondaires. Les caractéristiques de l'invention apparaîtront clairement dans la description et les dessins annexés qui représentent les appli- cations suivantes - FIGURE 1 - ALimentation d'ensembles électroniques par des convertisseurs continu - continu - FIGURE 2 - Branchement en parallèle de deux convertisseurs en mode normal secours d'une alimentation dupliquée - FIGURE 3 - Alimentation d'ensembles électroniques par conver- tisseurs continu - continu et alternatif - continu - FIGURE 4 Alimentation sans coupure d'appareils en courant alternatif par des onduleurs -3- - FIGURE 5 - Variante de la figure 4 avec alimentation non secourue directement reliée au secteur - FIGURE 6 - Alimentation d'ensembles électroniques dont la. source secondaire est redondante - FIGURE 7 - Alimentation par source secourue et source non secourue d'ensembles électroniques redondants. Une première application de l'invention concerne l'alimentation d'une charge en courant continu à partir d'un secteur alternatif (figure 1). Il s'agira par exemple d'un système de distribution d'énergie pour un central téléphonique. Le secteur alternatif SR alimente deux sources primaires SA1, SB1 capables chacune d'alimenter l'ensemble du central. Comme on le verra plus loin, en fonctionnement normal la source SAl alimente le central et la source SB1 fonctionne en faible débit. La source SAl n'est pas secourue, et la source SB1 possède' une batterie en tampon. La source SA1, est formée de 1 à n redresseurs filtrés de type courant (RD1 à RDn), par exemple utilisant un pont de diodes suivi d'un filtre à capacité et inductance. La source secourue SB1 comporte 1 à i redresseurs régulés (RR1 à RRi) secourus par des batteries (Bl à Bi) montées en tampon. Le central comporte 1 à k ensembles électroniques (El à Ek) occupant par exemple chacun un bâti, et dont la charge est représentée sur la figure par une résistance RC. L'alimentation secondaire est constituée par des convertisseurs continu - continu. Cette alimentation peut-être dupliquée ou redondante. Dans cette application on supposera que l'alimentation est dupliquée. Chaque ensemble électronique comporte 1là q convertisseurs CAl à CAq, utilisés en fonctionnement normal, et 1 à q convertisseurs de secours CBl à MBq, couplés chacun à l'un des convertisseurs CA. Les convertisseurs CA sont alimentés par la source SA1, et les convertisseurs CB par la source SB1. Les secours SAI et SBl peuvent alimenter en parallèle-1 à k ensembles El à EI du central. Le fonctionnement du système est le suivant - fonctionnement normal: l'alimentation est fournie par la chaine: réseau SR, source primaire SA1, source secondaire CAl à -4- CAq. Les sources CB1 à CBq sont alimentées mais fonctionnent à vide, prêtes à relayer les sources CA en cas de panne. (figure 2) - panne du secteur: l'alimentation est fournie par les batteries B et les convertisseurs CB. - rétablissement du secteur: retour au fonctionnement normal sauf pour la source SB1, les redresseurs régulés RR fournissant le courant de recharge des batteries. - panne d'un convertisseur CAJ: le convertisseur CBJ prend automatiquement la relève. - Le système utilise une alimentation primaire régulée de faible puissance qui ne sert qu'à alimenter à vide la chaîne secondaire de secours et à maintenir la charge de la batterie. Dans le dernier cas de panne cité, suivant que la puissance demandée par le convertisseur CB, dépasse ou non la puissance disponible en sortie des redresseurs régulés de la chaine primaire, il y aura automatiquement utilisation ou non de la batterie. La figure 3 montre une variante du cas précédent, permettant toujours l'alimentation d'ensembles électroniques en courant continu. La source primaire non secourue SA2 fournit du courant alternatif par l'intermédiaire d'un ou plusieurs transformateurs TRp (dans cette figure et les suivantes on n'ayeprésenté qu'un seul ensemble électro- nique. Bien entendu, comme dans le cas précédent, il peut y en avoir un nombre quelconque). Le transformateur TRp peut avoir seulement un rôle d'isolement, ou avoir également une-fonction d'abaissement de tension. Les conver- tisseurs CAt de la source secondaire sont dans ce cas de type alternatif continu. Naturellement dans le but d'avoir un seul type de convertisseur par ensemble électronique ou même pour toute l'installation, on pourra utiliser des convertisseurs mixtes utilisés en mode alternatif - continu pour les sources alimentées par SA2, et en mode continu - continu pour les sources de secours. La figure 4 montre une application de l'invention à l'alimentation d'équipements ou appareils nécessitant une source alternative sans coupure, par exemple des calculateurs. La source primaire comporte, comme dans le cas de la figure 1, - une source continue non secourue SA3 et une source continue SB3 secourue par une batterie Ba. La source SA3 est formée d'au moins un redresseur filtré RDa non régulé. La source SB3 comporte au moins un redresseur régulé RRa. La source secondaire est formée d'au moins un onduleur OA ahlimenté par la source SA3, et au moins un onduleur de secours OB alimenté par la source SB3. L'appareil est alimenté par l'un ou l'autre des onduleurs à travers un dispositif de commutation C qui peut-être statique ou électromagnétique. La commutation est commandée par une ligne de test t reliée à l'onduleur OA: le commutateur bascule de l'entrée A à l'entrée B lorsque la tension en sortie de l'onduleur OA tombe au-dessous d'un seuil préréglé. Il bascule en sens inverse lorsque la tension remonte et dépasse un seuil préréglé. Dans une variante (fig.5) de cette application, l'alimentation en fonctionnement normal ne comporte pas de source primaire: le secteur SR est relié directement à un transformateur d'isolement et d'adaptation situé dans l'ensemble EA. Le transformateur alimente directement l'appareil Ap à travers le commutateur C. La source secourue et l'onduleur de secours sont les mêmes que dans la figure 4. La figure 6 concerne un système 'mixte pour un ensemble électro- nique comportant des organes redondants et des sources secondaires redondantes mais non dupliquées. Sur la figure, le système est appliqué à une variante de l'application de la figure 1. Les convertisseurs CA, CB, CC sont de type continu - continu Les organes électroniques de l'ensemble Elsont divisés en deux groupes Gl et G2 d'organes de même type. Le groupe Gi comporte une alimentation dupliquée, et le groupe G2 une alimentation simple CC reliée à la source secourue. Pour cela la puissance des redresseurs régulés de cette source est plus forte que dans le cas de la figure 1, pour permettre de fournir en fonctionnement normal le courant nécessaire au convertisseur CC. La figure 7 montre une application du système représenté à la figure 1 au cas d'ensembles électroniques de haute sécurité. L'ensem- ble Em comporte deux groupes d'organes, identiques ou non, comportant chacun une alimentation dupliquée. La sécurité de l'alimentation -6- est renforcée par la présence d'un convertisseur supplémentaire de secours CS, alimenté par la source SB et qui peut remplacer en cas de panne n'importe lequel des convertisseurs CA3, CB3, CA4, CB4. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'application décrite. En particulier, dans un central téléphonique par exemple, on pourra associer différentes solutions adaptées aux différents types d'organes qui ont des types d'alimentation et des exigences de sécurité différentes. - 7- REVENDICATIONS 1/ Système de distribution d'énergie pour ensembles électroniques, formé d'une part d'une alimentation primaire reliée à un réseau (SR) alternatif et comportant une source primaire utilisée en fonctionnement normal et une source primaire de secours, et d'autre part d'une alimen- tation secondaire comportant des sources secondaires régulées implantées dans lesdits ensembles électroniques, caractérisé par le fait que ladite source primaire utilisée en fonctionnement normal (SA) est reliée dans chacun desdits ensembles (E) à un premier groupe de sources secondaires régulées (CA), et par le fait que ladite source primaire de secours (SB) est secourue par une batterie tampon (B) et est reliée dans chacun desdits ensembles (E) à un second groupe de sources secon- daire régulées (CB). 2/ Système de distribution d'énergie suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite source primaire (SA) est formée de redresseurs non régulés (RD1 à RDn). 3/ Système de distribution d'énergie suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite source primaire (SA) n'est pas secourue et ne délivre plus aucun courant en cas de panne du réseau (SR). 4/ Système de distribution d'énergie suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la source primaire secourue (SB) comporte au moins un redresseur régulé (RR1 à RRi) dimensionné pour pouvoir fournir simultanément le courant de charge de ladite batterie (B) et le courant de fonctionnement à vide du second groupe de sources secondaires (CB). / Système de distribution d'énergie suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite source primaire (SA2) est un transfor- mateur et que le premier groupe de sources secondaires régulées (CAt) est formé de convertisseurs alternatif - continu. 6/ Système de distribution d'énergie suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits premier et second groupes de sources secondaires comportent des convertisseurs (CA, CB) reliées à une charge à alimenter (RG) par l'intermédiaire de diodes de découplage. 7/ Système de distribution d'énergie suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits premier et second groupes de sources secondaires comportent des onduleurs (OA, OB) reliés à un -8 appareil (AP) à alimenter en courant alternatif par l'intermédiaire d'un dispositif de commutation (C) asservi à la tension de sortie de l'onduleur du premier groupe (OA). 8/ Système de distribution d'énergie suivant la revendication 1 dans lequel un ensemble électronique (El) comporte des organes de même type répartis en deux groupes (Gi, G2), les organes de l'un des groupes (Gi) étant alimentés en parallèle par les deux groupes de sources secon- daires-(CA, CB), caractérisé par le fait que les organes de l'autre groupe (G2) sont alimentés seulement par une source secondaire (CC) reliée à la source primaire secourue (SB).