Brevet FR2502418A1 — publié le 19820924

Bloc d'alimentation électrique a découpage pour appareils électroniques. La présente invention concerne un bloc d'alimentation électrique régulé à découpage permettant d'obtenir une ou plusieurs tensions de sortie régulées à partir d'une tension d'entrée variable. Les blocs d'alimentation à découpage de ce type sont connus et sont constitues par un circuit de commutation alimenté sous une tension continue et se présentant sous forme d'une inductance et d'un commutateur commandable monté en série avec l'inductance, ce circuit de commutation étant associé a un transformateur dont l'enroulement primaire est disposé dans le circuit du commutateur commandable et dont l'enroulement secondaire délivre le courant de commande du commutateur commandable, une résistance de mesure par J > laquelle passe le courant de commande étant par ailleurs prévue.La résistance de mesure est montée entre la cathode d'un thyristor et un potentiel de référence. Le thyristor est monté en parallèle sur l'enroulement secondaire du transformateur et commute le commutateur commandable lorsque le courant dépasse une valeur limite prédéterminée (brevet US 3 925 717 et brevet FR 2 431 807). On connaît également des blocs d'alimentation a découpage se présentant sous forme de transformateurs de tension parallèles (brevet DE 23 36 110) comprenant un commutateur commandé monté en série avec une inductance dans laquelle est emmagasinée de l'énergie magnétique qui, lorsque le commutateur commande est ouvert, est envoyée dans un circuit redresseur pour produire des tensions de fonctionnement.Si des blocs d'alimentation à découpage ainsi constitués sont conçus pour des puissances importantes, il est alors très difficile d'obtenir des puissances à vide faibles, ou bien les transformateurs de tension connus ne conviennent pas pour fournir des puissances très faibles telles que celles qui sont nécessaires par exemple pour le fonctionnement d'attente d'un appareil électronique. De ce fait, les circuits connus ne travaillent pas de façon fiable car, lorsque l'appareil électronique prélève de petites puissances, la durée de la commutation du transistor de commutation ne doit pas tomber au-dessous de quelques microsecondes car, sinon, le bloc d'alimentation à découpage ne démarre plus. Dans ce cas, la fréquence du bloc d'alimentation a découpage doit être très-fortement réduite.Mais ceci entraîne l'inconvénient de bruits audibles produits par les oscillations mécaniques- qui sont provoquées par le champ magnétique des enroulements du transformateur ou par la magnétostriction des condensateurs électrolytiques. Du fait de la durée réduite de l'état conducteur du transistor, le rendement du circuit est en outre sensiblement diminué. Pour une puissance nominale déterminée de par exemple 180 W, on obtient une puissance en fonctionnement d'attente comprise entre 15 et 25 watts. Ceci dépend des caractéristiques du circuit adoptées pour limiter les modifications de la tension dans le temps (montée de la tension) du transistor de puissance, des caractéristiques adoptées pour limiter la tension de crête ainsi que du rendement du transformateur de puissance quand les impulsions de tension de commande sont très courtes. C'est pourquoi l'invention a pour objet de perfectionner un bloc d'alimentation à découpage de manière qu'il soit possible d'obtenir un fonctionnement d'attente ne nécessitant qu'une puissance à vide très réduite avec simultanément une gamme de tension d'entrée importante, comprise par exemple entre 90 et 270 V, le bloc d'alimentation combinatoire étant cependant en mesure de fournir une puissance nominale élevée, ces perfectionnements portant sur un bloc d'alimentation & découpage pour appareils électroniques, constitu par un premier bloc d'alimentation à découpage régulé constitué sous forme d'un générateur de retour comprenant un interrupteur constitué par un transistor et une diode associés dans un montage anti-parallèle entre une inductance.à laquelle est appliquée une tension continue et un condensateur relié en série à cette inductance, ainsi qu'un transformateur de courant dont l'enroulement primaire est monté entre l'inductance et la borne de collecteur du transistor et dont l'enroulement secondaire est relié, dtune part, à la base du transistor et, d'autre part, à une résistance de mesure, l'enroulement secondaire fournissant un courant de base proportionnel au courant de collecteur du transistor, ce courant de base déterminant une chute de tension dans la résistance de mesure reliée à la cathode d'un thyristor, laquelle chute de tension déclenche le thyristor lorsqu'il y a dépassement d'une valeur prédéterminée du courant, le thyristor étant monté en parallèle sur l'enroulement secondaire du transformateur de courant, ledit bloc d'alimentation à découpage comprenant en outre un second bloc d'alimentation à découpage régulé se présentant sous la forme d'un transformateur de tension parallèle comprenant un commutateur commandé monté en série avec une inductance dans laquelle, à l'état passant du commutateur commandé, est emmagasinée de l'énergie magnétique qui, à l'état ouvert du commutateur commandé, est envoyée à un circuit redresseur pour créer des tensions de fonctionnement destinées à l'appareil électronique. Ce résultat est obtenu conformément a l'invention par le fait que les deux blocs d'alimentation à découpage sont couplés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un circuit magnétique de manière telle que l'enroulement de l'inductance du premier bloc d'alimentation à découpage et l'enroulement de l'inductance du second bloc d'alimentation à découpage constituent un transformateur, le rapport de transformation des enroulements étant choisi de manière telle que le bloc d'alimentation à découpage travaille lorsque aussi bien des puissances importantes que des puissances faibles sont prélevées sur le second bloc d'alimentation à découpage et dans une gamme importante de la tension d'entrée du premier bloc d'alimentation à découpage. Dans le second bloc d'alimentation à découpage on peut prévoir un circuit de commande destiné au commutateur commandé qui maintient celui-ci ouvert lorsque l'appareil électronique prélève une plus faible puissance, et on peut prévoir aussi un enroulement auxiliaire monté sur le noyau du transformateur, cet enroulement transmettant en liaison avec un circuit redresseur une très faible puissance en provenance du premier bloc d'alimentation à découpage. Avantageusement le circuit de commande du second bloc d'alimentation à découpage qui est synchronisé par un enroulement du transformateur en fonction de la tension de sortie (UB) maintient cette dernière constante. En vue du maintien à un niveau constant de la tension de crête redressée pendant le retour du premier bloc d'alimentation a découpage le circuit de commande décale de façon appropriée le rapport entre la durée du retour et la durée de la période, de manière qu'une aire constante correspondant à la gamme totale de la tension d'entrée reste constante. Pour maintenir constante la tension de crête des pointes au niveau du transistor, le circuit de commande détermine de façon appropriée le rapport entre la durée du retour et la durée de la période. Finalement, le circuit de réglage du premier bloc d'alimentation a découpage décale le point de conduction du transistor de commutation de manière que la puissance de sortie soit maintenue constante indépendamment de la tension d'entrée. On voit donc que la solution apportée au problème consiste dans la combinaison de deux blocs d'alimentation à découpage distincts connus, formant, grâce à leur combinaison et en liaison avec les circuits de commande, un bloc d'alimentation à découpage régulé d'un type nouveau présentant les propriétés visées. L'invention sera maintenant décrite plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation non limitatif et avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: la figure 1 représente un schéma du circuit électrique du bloc d'alimentation, et la figure 2 représente diverses courbes du courant et de la tension aux points de commutation indiqués à la figure 1. Le bloc d'alimentation à découpage primaire 1 est alimenté par une tension alternative VN qui est redresse l'aide d'un redresseur 6 de manière que la tension continue VA soit appliquée a un condensateur de filtrage 7. La tension continue est envoyée à une inductance 5 à l'aide d'un commutateur commandé 8. Le commutateur 8 fonctionne dans les deux sens, considéré du point de vue du courant, du fait qu'il est constitué par un montage en parallèle d'un transistor 9 et d'une diode 10, et dans un seul sens considéré du point de vue du courant. Le circuit est alimenté par la tension VA et travaille de manière connue en tant que générateur à contreréaction. On fait alors la distinction entre une phase aller ayant une durée "ta" et une phase de retour ayant une durée "tr".Au cours de la seconde moitié de la phase d'aller "ta", le commutateur 8 est fermé, et il en résulte qu'un courant ascendant en dents de scie parcourt l'inductance 5. A la fin de la période aller, le commutateur 8 s'ouvre du fait que le transistor 9 est alors fermé par un circuit de commande à l'aide d'un thyristor 11. L'énergie Es qui est emmagasinée dans l'inductance 5 et qui correspond à Es = 1/2 . L . I2, où Im = 1/2 . VA . ta/L5, est transmise au cours de la phase de retour "tr" au condensateur 12 dans lequel la tension se présente sous une forme sinusordale. Ensuite, cette énergie est envoyée avec un courant dirigé en sens contraire dans l'inductance 5.Quand la tension dans le condensateur 12 est tombée à la valeur zéro, la diode 10 ouvre le commutateur 8 à la fin de la période de retour, et à partir de ce point commence une nouvelle période d'aller. Une faible partie de l'énergie Es est perdue et il en résulte que la puissance à vide est PO = k . Es . f, où "f" représente la fréquence et "kZ un facteur compris entre 0,2 et 0,5 en fonction de la qualité du circuit. De ce qui précède, on peut déduire ce qui suit. La tension au niveau de l'inductance 5 est égale à la tension VA au cours de la période d'aller. La tension de retour est sinusofdale et son importance est telle que sa valeur moyenne au cours d'une période T = ta + tr est nulle. La valeur de crête de cette tension de retour est cependant déterminée par la tension VA et par le rapport tr/T. lorsqu'il y a montage d'un circuit de commutation en parallèle sur l'inductance 5, ce circuit tire une quantité importante d'énergie pendant la période de retour. L'énergie résiduelle restant dans l'inductance 5 peut alors devenir trop faible pour amener le commutateur 8 et la diode 10 à l'état conducteur, ce qui fait que le circuit ne peut plus travailler. Toute charge du circuit pendant la phase du retour a une influence sur la durée du retour "tr" ainsi que sur la forme de la courbe de tension, et il en résulte une modification de la fréquence et du rapport d'impulsions tr/T. De la formule PO concernant la puissance à vide, il ressort que Es doit être maintenu aussi faible que possible. On obtient ce résultat en ajoutant un bloc d'alimentation à découpage secondaire qui est couplé magnétiquement à l'aide d'un transformateur 3 au bloc d'alimentation à découpage primaire 1, le rapport de transformation entre les enroulements du transformateur étant choisi de manière que les tensions et les courants aient une valeur optimale dans le bloc d'alimentation a découpage secondaire.Le commutateur 8 du bloc d'alimentation à découpage primaire 1 est couplé par l'intermédiaire d'un transformateur de courant 13 à un circuit de commande 14, un enroulement 15 situé dans le circuit collecteur du transistor 9 fournissant le courant de base par l'intermédiaire de l'enroulement 16. Lorsque le courant de collecteur dépasse une valeur limite prédéterminée, un courant correspondant passe par la résistance de mesure 17, qui met en circuit un thyristor 11, le transistor 9 étant de ce fait fermé. De ce fait,' le thyristor 18 du bloc d'alimentation a découpage 2 se ferme avant la fin d'une période. Le bloc d'alimentation à découpage secondaire 2 comprend un thyristor 18 qui est couplé au bloc d'alimentation primaire 1 par l'intermédiaire de l'enroulement 4 qui constitue de manière connue, avec les bobines d'emmagasinage 19 et les condensateurs 20 et par l'intermédiaire des redresseurs 21, un transformateur de tension parallèle. Aussi bien le bloc d'alimentation primaire 1 que le bloc d'alimentation secondaire 2 sont influencés en fonction de la demande par l'intermédiaire des commutateurs de commande 22, 23 de manière que l'on puisse obtenir des conditions de fonctionnement diverses. C'est ainsi que, grâce au circuit de commande 23 déclenché par un enroulement auxiliaire 27, la valeur de crête des pointes de la tension du transistor 9 est maintenue constante, du fait que le rapport tr/T est modifié par le circuit de réglage.Quand la tension VA change, l'aire de la courbe de tension peut également être maintenue constante à l'aide du circuit de réglage 23, ceci signifiant que, pour une gamme de tension continue importante VA, T et de ce fait "ta" sont modifiés de manière que le produit VA . ta reste constant. La fréquence de commutation de la partie primaire 1 est donc commandée de façon appropriée. Grâce au bloc d'alimentation à découpage décrit, on peut également obtenir une commande dans le cas où la puissance fournie doit être maintenue constante indépendamment de la tension d'entrée VA. Ceci peut être obtenu au moyen de la commande 23, de manière que le rapport tr/T soit modifié de façon correspondante. Inversement, la fréquence et de ce fait le rapport tr/T peuvent également être maintenus constants, le commutateur 18 étant commuté à l'aide du circuit de commande secondaire 22 de manière que la puissance de sortie soit limitée. Dans ce cas, la tension de crête est fonction de la tension d'entrée VA pendant le retour. Dans le cas où il est nécessaire de modifier le rapport d'impulsions ta/T en fonction de la charge, l'information du courant de crête secondaire apparat transférée sur le côté primaire, le courant de base du transistor 9 fournissant à la résistance 17, en tant qu'image de son courant de collecteur, une tension de commande appropriée pour le circuit de réglage 23. Quand on veut prélever une faible puissance, cas par exemple de la puissance d'attente pour un appareil électronique, le thyristor 18 peut être fermé par l'intermédaire du circuit de commande 22 de manière que seule une faible puissance soit prélevée de l'enroulement auxiliaire 25. La disposition ainsi décrite permet donc d'obtenir un fonctionnement d'attente de l'appareil électronique qui est indépendant du réseau. Si une tension indépendante de la tension d'entrée V A est nécessaire pour ce fonctionnement, on peut maintenir constante l'aire VA . ta à l'aide du circuit de réglage 23, et la tension est obtenue du redressement du retour du fait que la tension de crête est alors constante. La puissance qui oscille dans le système provient du rapport E5/T. La puissance a vide représente une valeur pouvant être située entre 20% et 50% de cette puissance. Quand la puissance à vide est si faible que la somme de celle-ci et de la puissance à vide Po est inférieure à Es/T, le circuit peut travailler de façon stable avec le redressement du retour. On obtient ainsi un rendement bien meilleur pendant le fonctionnement d'attente, rendement qui serait impossible à obtenir avec les blocs d'alimentation à découpage connus jusqu'ici. A la figure 2 sont représentés des diagrammes de la tension et du courant qui apparaissent aux points de commutation indiqués en a, b, c, d et e. La figure 2a représente l'allure de la tension a la sortie de l'enroulement 4, sous la forme ue. Lorsqu'on a une valeur de crête des pointes Uess et une valeur maximale ua pendant la durée wta", on obtient un courant de charge ou de décharge passant par l'enroulement 19 qui correspond à celui de la figure 2b du fait de l'amorçage du thyristor 18 pendant la seconde moitié de l'aller, ce thyristor étant a nouveau ouvert pendant le retour. Au niveau du thyristor 18, l'allure de la tension est celle représentée a la figure 2c. Les tensions au niveau de la bobine 19 et de la diode 21 sont représentées aux figures 2d et 2e. La figure 2 concerne le cas où la durée de la -décharge est plus longue que la durée du retour "tr". REVENDICATIONS 1. Bloc d'alimentation à découpage pour appareils électroniques, constitué par un premier bloc d'alimentation à découpage régulé constitué sous forme d'un générateur de retour comprenant un interrupteur constitué par un transistor et une diode associés dans un montage anti-parallèle entre une inductance à laquelle est appliquée une tension continue et un condensateur relie en série à cette inductance, ainsi qu'un transformateur de courant dont l'enroulement primaire est monté entre l'inductance et la borne de collecteur du transistor et dont l'enroulement secondaire est relié, d'une part, à la base du transistor et, d'autre part, à une résistance de mesure, l'enroulement secondaire fournissant un courant de base proportionnel au courant de collecteur du transistor, ce courant de base déterminant une chute de tension dans la résistance de mesure reliée à la cathode d'un thyristor, laquelle chute de tension déclenche le thyristor lorsqu'il y a dépassement d'une valeur prédéterminée du courant, lé thyristor étant monté en parallèle sur l'enroulement secondaire du transformateur de courant, ledit bloc d'alimentation à découpage comprenant en outre un second bloc d'alimentation à découpage régulé se présentant sous la forme d'un transformateur de tension parallèle comprenant un commutateur commandé monté en série avec une inductance dans laquelle, a l'état passant du commutateur commandé, est emmagasinée de l'énergie magnétique qui, à l'état ouvert du commutateur commandé, est envoyée à un circuit redresseur pour créer des tensions de fonctionnement destinées à l'appareil électronique, caractérisé en ce que les deux blocs d'alimentation à découpage (1) et (2) sont couplés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un circuit magnétique de manière telle que l'enroulement de l'inductance (5) du premier bloc d'alimentation à découpage (1) et l'enroulement de l'inductance (4) du second bloc d'alimentation à découpage (2) constituent un transformateur (3), le rapport de transformation des enroulements étant choisi de manière telle que le bloc d'alimentation à découpage travaille lorsque des puissances importantes aussi bien que des puissances faibles sont prélevées sur le second bloc d'alimentation à découpage (2) et dans une gamme importante de la tension d'entrée du premier bloc d'alimentation à découpage (1). 2. Bloc d'alimentation à découpage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu dans le second bloc d'alimentation à découpage (2) un circuit de commande (22) destiné au commutateur commandé (18) et qui maintient celuici ouvert lorsque l'appareil électronique prélève une plus faible puissance, et en ce qu'un enroulement auxiliaire (25) est monté sur le noyau du transformateur (3), cet enroulement transmettant en liaison avec un circuit redresseur (26) une très faible puissance en provenance du premier bloc d'alimentation -à découpage (1). 3. Bloc d'alimentation à découpage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de commande (22) du second bloc d'alimentation à découpage (2) qui est synchronisé par un enroulement (24) du transformateur (3) en fonction de la tension de sortie {UB) maintient cette dernière constante. 4. Bloc d'alimentation à découpage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en vue du maintien à un niveau constant de la tension de crête redressée pendant le retour du premier bloc d'alimentation à découpage (1), le circuit de commande (23) décale de façon appropriée le rapport entre la durée du retour et la durée de la période (tr/T), de manière qu'une aire constante (VA . ta) correspondant à la gamme totale de la tension d'entrée (VN) reste constante. 5. Bloc d'alimentation à découpage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en vue de maintenir constante la tension de crête des pointes (Uss) au niveau du transistor (9), le circuit de commande (23) détermine de façon appropriée le rapport entre la durée du retour et la durée de la période (tr/T). 6. Bloc d'alimentation à découpage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de commande (23) du premier bloc d'alimentation à découpage (1) décale le point de fermeture du transistor de commutation (9) de manière que la puissance de sortie soit maintenue constante indépendamment de la tension d'entrée (VA).