Brevet FR2478406A1 — publié le 19810918

La présente invention concerne un oscillateur et notamment un oscillateur pour un générateur de signal de cadence d'une source d'alimentation à commutation. Selon l'art antérieur, on utilise un générateur de signal impulsionnel de cadence dans une source d'alimentation a commutation telle qu'un oscillateur dont le transistor de commutation est débloqué ou bloqué par le signal de sortie d'un amplificateur différentiel ayant une caractéristique à hystérésis pour générer un signal impulsionnel de cadence. Toutefois le transistor de commutation utilisé ce circuit oscillant est saturé en courant pendant qu'il est conducteur et du fait de son temps de stockage, il ne génère pas de signal oscillant aux fréquences élevées. La présente invention a pour but de créer un oscil- lateur remédiant à l'inconvénient relatif aux oscillateurs connus. L'invention a également pour but de créer un oscillateur dans lequel une paire de commutateurs de courant formant un courant constant de blocage/déblocage, sont utilisés pour générer un signal de sortie oscillant à haute fréquence. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'oscillateur comporte une source de tension continue, un amplificateur différentiel à hystérésis formé d'un premier et d'un second transistors ayant chacun une électrode d'entrée et une électrode de sortie, un circuit de réaction branché entre l'électrode de sortie de l'un des deux transistors et un point de référence et deux charges branchées entre les électrodes de sortie du premier et du second transistors et la source de tension continue, un condensateur étant branché entre l'électrode d'entrée du premier transistor et le point de référence, une source de courant étant reliée à la source de tension continue avec une borne de commande donnant un courant constant prédé- terminé, un puits de courant étant relié au point de référence et ayant une borne de commande traversée pratiquement par la moitié du courant constant prédéterminé, un premier commutateur de courant branché entre la borne de commande de la source de courant et le point de jonction entre le condensateur et l'entrée du premier transistor, en étant commandé par le signal de sortie de l'électrode de sortie du second transistor, ainsi qu'un second circuit de commutation de courant branché entre la 2 2478406 borne de commande de la source de courant et le point de réfé- rence par l'intermédiaire d'une troisième charge en étant commandé par le signal de sortie de l'électrode de commande du premier transistor, pour donner un signal impulsionnel de sortie aux bornes de la troisième charge. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un exemple d'oscilla- teur connu. - la figure 2 est un. schéma d'un exemple d'oscilla- teur selon l'invention. - la figure 3 est un schéma partiellement en bloc d'un exemple de source d'alimentation à commutation comportant l'oscillateur selon l'invention. DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION PREFERENTIEL Pour permettre une meilleure compréhension de 1 'invention, on décrira d'abord un exemple d'oscillateur connu selon la figure 1. A la figure, les transistors 11, 12 qui constituent un amplificateur différentiel ont les émetteurs réunis à la masse par l'intermédiaire de la source de courant constant 13. Entre la base du transistor 11 et la masse se trouve un conden- sateur 21; un transistor 23 servant à charger le condensateur 21 est prévu entre la base du transistor 11 et la borne d'ali- mentation +V cc' Les transistors 25, 26 ont des chemins d'émet- teur branchés en parallèle sur le condensateur 21 pour décharger celui-ci. Le transistor 23 a une conductivité de type différent de celle des transistors 25, 26. Dans l'exemple représenté, le transistor 23 est de type PNP alors que lestransistors 25, 26 sont de types NPN. Le transistor 23 ainsi que la diode 31 et la source de courant constant 32 qui donne le courant constant I constituent un miroir de courant qui est traversé par le courant I. Le transistor 33 avec la diode 31 et la source de courant constant 32 constituent un miroir de courant dont le transis- tor 33 est traversé par le courant I. De même, les transistors , 26 réunis au transistor 33 et la diode 34 forment respecti- vement des miroirs de courant traversés par le courant constant I. La résistance 14 est branchée par une extrémité au collecteur du transistor 11 et l'autre extrémité à la borne d'alimentation +Vcc; le montage en série des résistances 41, 42 est prévu entre le collecteur du transistor 11 et la masse. Le point de jonction des résistances 41, 42 est relié à la base du transistor 12. L'amplificateur différentiel formé des transis- tors 11, 12 présente ainsi une caractéristique à hystérésis. Une borne de la diode 16 et la base du transistor 51 sont reliées au collecteur du transistor 12; l'autre borne de la diode 16 est reliée à la borne d'alimentation +Vc' L'émetteur du transistor 51 est relié à la borne d'alimentation +Vcc; le collecteur de ce transistor est relié à la résistance 52 ainsi qu'à la base du transistor 53 dont le collecteur est relié à la base de chacun des transistors 25, 26. De plus à titre d'exemple, le collecteur du tran- sistor 51 est également relié à la base du transistor 54 dont le collecteur est relie à la borne d'alimentation +Vcc par l'intermédiaire de la résistance 55 ainsi que directement à la borne de sortie 61 Dans l'oscillateur connu représenté à la figure 1, lorsque le transistor 1 est bloqué et que le transis- tor 12 est débloqué, les transistors 51, 53 sont débloqués mais les transistors 25e 26 sont bloqués. A ce moment, le con- densateur 21 est chargé par le courant constant I traversant le transistor 23. Si l'on suppose maintenant que la tension de la source d'alimentation soit égale à V et que la valeur des résistances 14, 41, 42 soit égale à R4, Rl, R2, la tension de base du transistor 12 à ce moment est une tension VH relative- ment élevée donnée par la formule suivante R2 H R4 + R + R2 cc Si la tension aux bornes du condensateur 21 aug- mente de façon linéaire et atteint la valeur VH, le transistor 11 devient conducteur alors que le transistor 12-se bloque. - Lorsque le transistor I1 est conducteur et que le transistor 12 est bloqué, les transistors 51, 53 se bloquent les transistors 25 S 26 deviennent conducteurs. Le condensateur 21 se décharge par le courant I. Si le courant de la source de courant constant 13 est égal à I., la tension de base du transistor 12 devient une tension relativement basse VL faible par comparaison avec la tension VH, cette tension est donnée par la formule suivante. 4 24 78 406 v = (V -IOR.. 2 VL Ri + R2 cc o 4) Si la tension aux bornes du condensateur 21 diminue de façon linéaire et atteint la valeur VL, le transistor 11 se bloque mais le transistor 12 se débloque. Par la répétition des fonctionnements ci-dessus, on génère une tension de forme triangulaire aux bornes du con- densateur 21 et sur la borne de sortie 61 on obtient un signal de sortie oscillant de forme rectangulaire. Dans l'oscillateur connu décrit ci-dessus, lors- que le transistor 11 est bloqué et que le transistor 12 est conducteur, les transistors 53, 54 sont saturés. Il en résulte que par suite de la dispersion du temps de stockage et du temps de chute des transistors 53, 54 ainsi que des variations de température, on a l'inconvénient de disperser la fréquence ou le rapport de travail du signal oscillant de sortie, ce qui est également changé par les fluctuations de température. Par comparaison des inconvénients de l'oscillateur connu, on décrira ciaprès un oscillateur selon l'invention qui oscille à fréquence constante et avec un rapport de travail stable. Un exemple d'oscillateur selon l'invention sera décrit à l'aide de la figure 2; dans cette figure, on utilisera les mêmes références qu'à la figure 1 pour désigner les mêmes éléments dont la description détaillée ne sera pas reprise dans un but de simplification. Dans l'exemple de l'invention selon la figure 2, lescollecteursdes transistors 11, 12 formant l'amplificateur différentiel sont respectivement branchés sur les bases des transistors 73, 74 qui, dans l'exemple représenté, sont de type PNP. Les émetteurs des transistors 73, 74 sont réunis suivant un montage différentiel. Entre la borne de la source d'alimen- tation +Vcc et le point de jonction des émetteurs des transis- tors 73, 74 se trouvent deux transistors 23, 24 qui constituent une source de courant constant fournissant un courant constant 21. Dans ces conditions, le courant I traverse chacun des tran- sistors 23, 24. Le collecteur du transistor 74 est relié à la base du transistor 11. En parallèle sur le condensateur 21 se 247840O trouve un transistor 25 qui constitue un puits de courant absor- bant la moitié du courant. Comme le transistor 25 et la diode 34 sont reliés pour former les miroirs de courant comme indiqué précédemment, le courant I traverse le transistor 25. Les résistances 14, 15 sont respectivement branchées entre les collecteurs des transistors 11, 12 et la borne d'alimentation +^V cc. Le montage des résistances 41, 42 sur l'amplificateur différentiel formé des transistors 11, 12 fait que cet amplifi- cateur différentiel présente une caractéristique à hystérésis comme à l'exemple de la figure 1. De plus une diode 81 et un transistor 82 formant un miroir de courant sont branchés entre le collecteur du transistor 73 et la masse. La borne de sortie 83 est reliée au collecteur du transistor 82. Dans l'oscillateur selon l'invention représenté à la figure 2, lorsque le transistor 11 est bloqué et que le transistor 12 est conducteur, le transistor 73 est bloqué et - le transistor 74 est conducteur. Ainsi un courant total 21 des transistors 23, 24 passe dans le transistor 74; le courant I du courant total 2I passe par le transistor 25 et le courant restant I passe dans le condensateur 21. Le condensateur 21 se charge ainsi par le courant I. A ce moment, la tension de base du transistor 12 est à la tension VH relativement élevée, men- tionnée ci-dessus. Lorsque la tension aux bornes du condensa- teur 21 augmente de façon linéaire et atteint la tension V^H le transistor 11 devient conducteur alors que le transistor 12 se bloque. Lorsque le transistor 11 est conducteur et que le transistor 12 est bloqué, le transistor 73 devient conducteur et le transistor 74 se bloque. Le courant I décharge ainsi le condensateur 21 à travers le transistor 25. A ce moment, la tension de base du transistor 12 devient la tension relativement basse V mentionnée ci-dessus. Si la tension aux bornes du condensateur 21 diminue de façon linéaire et atteint le niveau de tension VL, le transistor 11 se bloque et le transistor 12 se débloque. Il en résulte que le transistor 73 de bloque et que le transistor 74 se débloque. La répétition du fonctionnement décrite ci-dessus dans l'oscillateur selon l'invention donne une tension de forme triangulaire aux bornes du condensateur 21 et un signal 6 Z478408 de sortie de courant oscillant de forme rectangulaire sur la borne de sortie 83. Selon l'exemple de l'invention représenté à la figure 2, comme les transistors 73, 74 travaillent chacun comme un commutateur de courant, il est possible que les transistors 73, 74 ne soient pas saturés, ce qui supprime l'influence du temps de stockage des transistors 73, 74. Il en résulte que l'on peut avoir un signal oscillant de fréquence élevée et ainsi un rapport de travail stable. Dans l'exemple de l'invention selon la figure 2, on a démontré que lorsque les éléments de circuit sont choisis pour que la fréquence d'oscillation soit égale à i MEI, le rapport de travail se fixe sur un centre de 50 % avec + 2 %. De plus, il est très facile d'avoir un signal de sortie oscillant de haute fréquence mais si les transistors 73, 74 formant les commutateurs de courant sont constitués chacun par un transistor de type latéral, car ces transistors travail- lent au voisinage de la fréquence de coupure. Lorsque lestransistorsde type PNP et de type NPN de l'oscillateur sont réalisés sur le même support semi-conduc- teur, si par exemple les transistors de type PNP sont chacun un transistor latéral, on peut réduire la diffusion, ce qui facilite la fabrication. On décrira ci-après une source d'alimentation stabilisée et plus simplement une alimentation stabilisée utilisant l'oscillateur de l'exemple de la figure 2 comme oscil- lateur de signal impulsionnel de cadence qui génère un signal impulsionnel de cadence; ce circuit sera décrit en référence à la figure 3. Selon la figure 3, la fiche 91 d'alimentation sert au branchement et à la tension alternative du réseau. La ten- sion alternative du réseau appliquée a la fiche 91 traverse les commutateurs de puissance 92a, 92b pour attaquer un redresseur 93 qui redresse et lisse le signal pour donner une tension continue. Cette tension continue est fournie par le primaire 94a d'un transformateur 94 et par une diode de blocage de courant inverse 95 à un transistor 96 de type NPN formant un premier élément de commutation. La tension continue qui apparait sur la prise médiane du primaire 94a est appliquée à un transistor 97 de type NPN formant un second élément de commutation. Dans 24784!8 Dans ces conditions, on suppose que l'inductance d'une partie du primaire 94a entre une extrémité et la prise médiane soit égale à L1 et que l'inductance de l'autre partie c est-à-dire entre la prise mediane et l'autre extrémité du primaire 94a soit égale à L.. La tension alternative induite auz bornes du secondaire 94b du transformateur 94 est appliuéae à un redres- seur 9C qui en assure le redressement et le lissage en domnnant une tension continue fournie à la borne de sortie 99. La ten- sion continue qui apparaet sur la borne de sortie 99 est -e.ectee par le détecteur de tension 100; le signal de détec- tion est appliqué par l'interimédiaire d'un coupleur d'isolation et de sAparation 101 tel qu'un photocoupleur ou analogue a un &tc.dulateur de largeur d 'impulsion (encore appelé (modulabeur 2W) 102 qui genère un signal de commutation tel qu'un signal d'entrée de modulation. Ce modulateur PFT 102 reçoit également coirmme porteuse un signal imrpulsionnel de cadence d'une fréquence par exemple égale à 100 Kz fournie par un oscillateur d'impul- z sion de cadence 103 tel que l'oscillateur de la figure 2 pour diviser la fréquence des impulsions de cadence et donner le signal impulsionnel de cadence de 100 lui. La largeur de l'im- pulsion du signal de commutation sur la sortie du modulateur PWM 102 varie, de sorte que la tension continue qui apparaet sur la borne de sortie 99 se stabilise à une valeur constante choisie. Dans l'alimentation de la figure 3, une résistance 104 de faible valeur servant à la détection du courant est branchée entre le secondaire 94b du transformateur 94 et la masse; la chute de tension aux bornes de la résistance 104 est appliquée à un détecteur de courant 105o Le détecteur de courant fournit un signal de sortie détecté qui passe au niveau bas "0" lorsque la chute de tension aux bornes de la résistance 104 c'est-a. dire le courant de sortie sur la borne de sortie 99 est inférieur à une valeur prédéterminée ou seuil ITH; le signal prsse au niveau hLaut "1"' lorsque le courant de sortie est supe- rieur & la valeur prédéterminée iH,. La sortie détectée par le détecteur de courant 105 est appliquée par un coupleur d'isola- tion et de séparation 106 tel qu'un photocoupleur ou analogue à un circuit de commande tel qu'un f:lip-flop (bascule bistable) de type D, 107 dont la borne dDentrée D reçoit l'impulsion de ( cadence de l'oscillateur d'impulsion de cadence 103. La sortie sur la borne Q du flip-flop de type D, 107 est appliquée comme signal de porte à l'une des bornes d'entrée de la porte ET, 108 dont l'autre borne d'entrée reçoit le signal de commutation du modulateur PWM 102. Le signal de commutation qui a traversé la porte ET 108 est appliqué à la borne du transistor 96. Le signal de sortie sur la borne Q du flip-flop de type D 107 est appliqué comme signal de porte à l'une des bornes d'entrée de la porte ET 109 dont leautre borne d'entrée reçoit le signal de commutation du modulateur PUM 102. Le signal de commutation qui a traversé 'La porte ET 109 est appli- qué àla base du transistor 97. Dans l'alimentation représentée à la figure 3, lorsqu'une charge reliée à la borne de sortie 99 est faible, le courant de sortie qui apparalt sur la borne de sortie 99 diminue. Lorsque le courant réduit est inférieur à la valeur prédéterminée ITH fournie par le détecteur de courant 105, la sortie détectée passe au niveau '0'V. Ainsi,-la sortie qui appa- rait sur la borne de sortie Q du flip-flop de type D 107 passe au niveau "0" en synchronisme avec-l'impulsion de cadence du générateur d'impulsions de cadence 103, si bien que le transis- tor 97 se bloque. Toutefois à ce moment, le signal sur la sortie Q du-flip-flop de type D 107 passe au niveau "1", si bien que le signal de commutation du modulateur PIM 102 est appliqué par la porte ET 108 à la base du transistor 96. La tension continue d'entrée est ainsi soumise à la commutation par le transistor 96, ce qui donne la tension continue de sortie V0 sur la borne de sortie 99. Dans ces conditions, comme la tension continue d'entrée V. du redresseur 93 est appliquée à l'ensemble du i primaire 94adu transformateur 94 c'est-à-dire le montage en série des inductances des valeurs L1, L2, si l'on suppose que le rapport de travail du signal de commutation soit égal à D, la période égale à Tp et la charge égale à RL, la tension de sortie V0 est donnée par la formule suivante R T VO Vi D 2(L1 + L2) (3) Ainsi, la puissance de sortie maximale P0 est donnée par la formule suivante: q0., (4) Po R]L 2- Ainsi, en choisissant respectivement et au préala- ble les grandeurs des inductances L^, L2, on obtient la tension continue de sortie VO qui est suffisamment stable pour les variations de charge même si la charge est faible. * Si la charge reliée à la borne de sortie 99 est importante, le courant de sortie qui apparaît sur les bornes de sortie 99 devient important. Si ce courant de sortie dépasse la valeur prédéterminée ITH du détecteur de courant 105, le signal de sortie sur la borne de sortie Q du flip-flop de type D 107 passe au niveau "O" en synchronisme avec lès impulsions de cadence fournies par l'oscillateur 103. Le signal de sortie de la porte ET 108 passe ainsi au niveau "0", ce qui bloque le transistor 96. Toutefois à ce moment, comme la sortie sur la borne de sortie Q du flip- flop de type D 107 passe au niveau "1", le signal de commutation du modulateur POSE 102 est appliqué à la base du transistor 97 par la porte ET 109 mettant en oeu- vre le transistor 97. La partie du primaire 94a du transformateur 94 comprise entre une extrémité et la prise médiane est utilisée et a ce moment l'inductance de cette partie est égale à L1. La puissance de sortie maximale P0 à ce moment est donnée par la formule suivante: = V Dt T Po 2L* Dans ces conditions, la valeur de l'inductance est faible par comparaison avec le cas d'une charge faible - il est clair selon les équations (4), (5) que la puissance de sortie maximale P0 que l'on obtient sur la borne de sortie 99 est alors importante. En d'autres termes, même si l'on prend une puissance importante sur l'alimentation, la tension continue obtenue sur la sortie est stabilisée; méme si la charge est importante, la tension continue est suffisamment stable par rapport aux fluctuations de la charge. Dans l'alimentation stabilisée à commutation décrite ci-dessus, si la fréquence de commutation est élevée, son rende- ment devient d'autant plus élevé-. C'est pourquoi, si l'on utilise l'oscillateur de la figure 2 comme oscillateur fournissant les impulsions de cadence, on a une alimentation à rendement élevé. 24784ed REVENDICATIONS ) Oscillateur comportant une source de tension continue (V cc), un amplificateur différentiel à caractéristi- que à hystérésis, formé d'un premier et d'un second transistors (11, 12) ayant chacun une électrode d'entrée et une électrode de sortie, un circuit de réaction (41, 42) étant branché entre la sortie de l'un des deux transistors (11) et un point de référence, et une première et une seconde charges étant bran- chées entre l'électrode de sortie du premier (14) et du second (15) transistors, et la source de tension continue, un conden- sateur (21) étant branché entre l'entrée du premier transistor et le point de référence, une source de courant (23, 24) étant reliée à la source de tension continue ayant une borne de com- mande donnant un courant constant prédéterminé et un puits de courant (34, 35) étant relié au point de référence et ayant une borne de commande qui est traversée pratiquement par la moitié du courant constant prédéterminé, oscillateur caractérisé par un premier commutateur de courant (74) branché entre la borne de commande de la source de courant et le point de connexion 2a du condensateur (21) ét de l'électrode d'entrée du premier tran- ststor (ll)en étant commandé par le signal de sortie de l'élec- trode de sortie du second transistor et un second moyen de commutation de courant (73) branché entre la borne de commande de la source de courant et le point de référence par l'intermé- diaire d'une troisième charge (81, 82) en étant commandé par le signal de sortie de l'électrode de sortie du premier transis- tor de façon à donner un signal impulsionnel de sortie aux bornes de la troisième charge. ) Oscillateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le premier commutateur de courant se compose d'un troisième transistor (74), le chemin de courant principal de celui-ci étant branché entre la borne de commande de la source de courant et le point de jonction du condensateur et de l'électrode d'entrée du premier transistor. 30) Oscillateur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le second commutateur de courant se compose d'un quatrième transistor dont l'électrode d'entrée est reliée à l'électrode de sortie du premier transistor, le chemin de cou- rant principal étant branché entre la borne de commande de la source de courant et la troisième charge. 2476406' ) Oscillateur selon la revendication 3, caracté risé en ce que la source de courant se compose d'un cinquiMe et d'un sixième transistors (23, 24) ayant chacun une électrode d'entrée reliée l'une a l'autre, les chemins principaux de courant étant branchés en parallèle l'un sur l'autre entre la source de tension continue et le point de jonction du troisiCe et du quatrième transistors, la première diode (31) étant bran- chée entre la source de courant constant et un puits de courant (32), un circuit reliant le point de jonction de la premiere diode (31) et de!a sourice de courant (32) aux électrodes d'entréee du cinquième et sixieème transistors (23, 2A)o 0) Oscillateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le puits de courant est formé d'un septième transistor (25) ayant une électrode d'entrée, le chemin princi- pal de courant de ce transistor étant branché en série sur le chenin principal de courant du troisième transistor, un huitièie transistor {33D ayant une electrode d'entrée reliée au point de jonction de la premiere diode et du puits de courant, le clemin principal de courant étant branche entre la source de tension 2e continue et le point de rzéfrence par l'intermédiaire de la seconde diode (34) ainsi qu'un circuit pour relier le point de jonction du huitième transistor (33) et de la seconde diode (34) avec l'électrode d'entrée du septième transistor. ) Oscillateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le signal impulsionnel de sortie aux bornes de la charge est utilisé comme signal impulsionnel de cadence pour une alimentation à coimmiutation.