Brevet FR2507797A1 — publié le 19821217

DISPOSITIF STABILISE D'ASSERVISSEMENT PAR TOUT OU RIEN A PERIODE CONSTANTE ET DISPOSITIF D'ALIMENTATION ELECTRIQUE COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF D'ASSERVISSEMENT La présente invention a pour objet un dispositif assurant un asservissement stabilisé par tout ou rien, à période constante, et plus précisément la stabilisation de l'asservissement d'une fonction continue, commandée par un signal -tout ou rien, de période cons- tante Un tel dispositif est notamment applicable à une alimentation électrique. Ainsi qu'il est connu, une telle fonction continue varie autour d'une valeur moyenne, suivant l'état de l'organe de commande (vanne, commutateur, etc), et la régulation consiste à asservir la valeur maximale de cette fonction à une valeur donnée, en général sensiblement constante, dite de consigne Il existe toutefois des problèmes de stabilité de l'asservissement. Par ailleurs, dans certains dispositifs d'alimentation électrique o la tension de sortie est régulée, il existe différents impératifs tels que la puissance désirée, l'encombrement et le coût qui condui- sent à la modularité et la mise en parallèle de certains modules, comme décrit par exemple dans la demande de brevet français n' 79-31489 au nom de la CIMSA, qui créent des difficultés au niveau de la régulation de cette tension de sortie. La présente invention a pour objet un dispositif d'asser- vissement à la fois stable et adapté à la mise en parallèle de modules constituant un dispositif d'alimentation. A cet effet, l'asservissement de la valeur moyenne d'un signal est réalisé en asservissant la valeur de crête de ce signal non pas à une valeur de consigne continue mais à un signal en dents de scie de période variable, chacun des fronts montants de cette dent de scie étant déclenché par les maxima du signal asservi. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif com- portant: des moyens de génération d'un signal en dents de scie de période variable; un comparateur du signal à asservir au signal en dents de scie, fournissant un signal comportant une série d'impulsions corres- pondant aux instants o la valeur du signal à asservir atteint celle du signal en dents de scie, ces impulsions étant fournies aux moyens de génération du signal en dents de scie et déterminant sa période; un circuit bistable recevant un signal de période constante et les impulsions précédentes, fournissant un signal de commande du signal à asservir, de même période constante, en créneaux dont la durée est déterminée par lesdites impulsions. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci- après, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente un premier mode de réalisation du dispositif d'asservissement selon l'invention; la figure 2, a à f, représente des diagrammes de signaux susceptibles d'exister en différents points du dispositif de la figure précédente; la figure 3 représente un détail de réalisation du dispositif de la figure 1 la figure 4 représente un deuxième mode de réalisation du dispositif d'asservissement selon l'invention; la figure 5 représente un détail de réalisation du dispositif de la figure précédente; la figure 6 représente un mode de réalisation du dispositif d'alimentation selon l'invention. Sur ces différentes figures, les mêmes références se rap- portent aux mêmes éléments. Sur la figure 1, on a représenté un comparateurl recevant d'une part un signal I à réguler et d'autre part un signal d'asser- vissement SA; le comparateur 1 fournit un signal H,, constitué par une série d'impulsions correspondant aux instants o la valeur du signal I atteint celle du signal SA Le signal H 1 est dirigé d'une part vers un circuit bistable 2 et d'autre part vers un générateur de dents de scie 3 Le circuit bistable reçoit d'une part un signal d'horloge H O de période T et d'autre part le signal Hl qui provoque sa remise à o zéro; il fournit en sortie un signal S de commande du signal I à asservir, qui est un signal en créneaux de pseudo période T 0, la durée ( e) des créneaux étant déterminée par le signal HI. Le générateur de dents de scie 3 produit un signal S De qui est un signal en dents de scie de pente constante mais dont la période est déterminée par le signal HI: chacune des impulsions constituant le signal HI déclenche le front montant d'une dent de scie Ce générateur 3 peut être réalisé par exemple à l'aide d'un intégrateur, recevant une grandeur physique G constante, telle que courant ou tension, et intégrant cette grandeur entre deux impulsions du signal HI; une telle réalisation est décrite figure 3. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure, le signal en dents de scie SD n'est pas directement comparé au signal à réguler I mais il lui est ajouté, par l'intermédiaire d'un addi- tionneur 4, une grandeur constante qui est un signal de consigne, noté a, pour constituer le signal SA Il est à noter que le si- gnal C n'est pas forcément constant. Le fonctionnement du dispositif de la figure 1 est expliqué à l'aide des diagrammes a à f de la figure 2, représentant l'évolution en fonction du temps de différents signaux susceptibles d'exister en différents points de ce dispositif. Le premier de ces diagrammes ( 2 a) représente le signal d'horloge H 0, qui présente périodiquement (période TO) des impul- sions en forme de créneaux Dans le contexte de la régulation d'une grandeur continue commandée par un signal tout ou rien de période constante, T est cette période constante; le signal de commande tout ou rien est un signal en créneaux de période T, la durée des créneaux étant par exemple de T 12. Le diagramme 2 b représente à titre d'exemple un -signal à réguler tel que I évoluant autour d'une valeur moyenne suivant l'état du signal de commande décrit ci-dessus, noté 10 en l'absence de perturbations Il s'agit alors d'un signal de période To, de pente constante alternativement positive et négative, une impulsion du signal Ho étant synchronisée avec la remontée du signal 10 Il apparaît que la valeur de crête de ce signal est constante. Le diagramme 2 c représente le signal en dents de scie produit par le générateur 3, noté S Do' toujours en l'absence de pertur- bations Il s'agit d'un signal de même période T que le signal 1, de pente constante, dont les fronts de montée sont synchronisés avec les maximas du signal I et donc déphasé (par exemple en opposition de phase dans l'exemple représenté) par rapport au signal H O Le diagramme 2 d représente l'asservissement par le signal SA de la valeur de crête d'un signal I perturbé Sur ce diagramme, on a représenté en traits pointillés le début du signal 10 non perturbé, et le signal I différant du précédent par une perturbation représentée par une flèche 10 Le signal SA est constitué par le signal S Do auquel on a rajouté la grandeur C Ainsi qu'il est dit ci-dessus, la valeur de crête du signal I est asservie au signal SA' c'est-à-dire que lorsque la crête du signal I atteint la valeur du signal SA (instant t 1 sur la figure), la pente du signal I change de sens jusqu'au prochain top de l'horloge H O (instant t 2) En même temps que la pente du signal I change de sens (t 1), le signal SA revient à sa valeur de crête comme représenté sur la figure et se distingue alors du signal S Do précédent en l'absence de perturbations A cet instant t 1, le compa- rateur 1 de la figure 1 délivre une impulsion comme représenté sur le diagramme 2 e, qui représente le signal HI, et c'est cette impul- sion qui, appliquée au générateur de dents de scie 3, permet au signal SA de remonter vers sa valeur de crête Pour simplifier, on a représenté au même instant t 1 le changement de pente du signal 1, la génération de l'impulsion du signal HI et la remontée du si- gnal SD; il est clair que dans la pratique, la remontée du signal SD est légèrement décalée par rapport à l'instant t 1 mais ce phénomène n'a pas d'influence sensible sur le résultat et il est donc négligé dans ce qui suit Après l'instant t I, le signal SA décroît jusqu'à un instant t 3, postérieur à t 2, o le signal I est à nouveau égal au signal SA: a ce moment, les effets sont les mêmes qu'à l'instant t 1 et il est engendré une impulsion Hi Il apparaît que la "période" des signaux SA ou HI, notée T, n'est pas constante mais varie autour de T o Le diagramme 2 f représente le signal de sortie Ss du dispositif, qui est un signal en créneaux de pseudo période To, celle-ci étant donnée par le signal Ho, et la durée notée 8 des créneaux est fournie par le signal HI qui provoque la remise à -zéro du circuit bistable 2. Le dispositif tel que décrit figures 1 et 2 permet donc de fournir un signal 55 constituant le signal de commande de la fonction continue I à asservir Ce signal Ss est un signal par tout ou rien, pseudo périodique de période constante (T) d'amplitude donnée, dont la seule grandeur variable est son rapport de forme 4 /T. La figure 3 représente un mode de réalisation du générateur de dents de scie 3 et du sommateur 4 de la figure 1. Le générateur 3 est un intégrateur d'une grandeur physique G, qui peut être par exemple un courant; il comporte un transistor bipolaire de type PNP 31, connecté par son émetteur à un potentiel de polarisation +P 3, et recevant la grandeur G par l'intermédiaire d'une résistance 32 sur sa base Le signal HI émanant du compa- rateur 1 est fourni par l'intermédiaire d'une résistance 34 à la base du transistor 31 Le collecteur de ce transistor est réuni à sa base par l'intermédiaire d'un condensateur 33 Le collecteur constitue la connexion de sortie de l'intégrateur 3. Le sommateur 4 est constitué de trois résistances 41, 42, 43, ayant un point commun qui constitue le point de sortie du signal SA destiné au comparateur 1 Le signal de'sortie de l'intégrateur 3 est appliqué à l'autre borne de la résistance 41, le signal à l'autre borne de la résistance 42, et l'autre borne de la résistance 43 est reliée à la masse La figure 4 représente un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention dans lequel on retrouve, connectés de façon analogue à ce qui est montré sur la figure 1, le comparateur 1, le circuit bistable 2 et le générateur de dents de scie 3 La diffé- rence entre les deux figures tient au fait que le signal C n'est pas additionné au signal en dents de scie SD mais module la pente de la dent de scie, ce signal modulé, noté SM, étant appliqué au compa- rateur 1 à la place du signal SA Pour le reste, le fonctionnement du dispositif est identique à celui de la figure 1. La figure 5 représente le détail de la réalisation du circuit 3 dans le cas de la figure 4. On retrouve le transistor 31 qui maintenant reçoit sur sa base le signal E par l'intermédiaire d'une résistance 35, la base de ce transistor recevant par ailleurs et comme précédemment le si- gnal HI par l'intermédiaire d'une résistance 34, une capacité 33 réunissant la base et le collecteur du transistor 31, ce collecteur étant par ailleurs relié à la masse par l'intermédiaire d'une résis- tance 36 et constituant la connexion de sortie du dispositif 3 qui délivre le signal SM. La figure 6 représente un mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation électrique selon l'invention, utilisant un dispositif d'asservissement tel que décrit ci-dessus dans l'un ou l'autre de ses modes de réalisation. Ainsi qu'il est connu, une alimentation électrique d'un système électronique constitue l'interface entre une source d'énergie, qui peut être un réseau fournissant une tension continue ou alternative, de caractéristiques variables, et un système électronique utilisant des tensions continues, dont les valeurs peuvent être très variables avec les systèmes ainsi que les puissances globales requises. On a représenté sur la figure 6 un dispositif de filtrage 61, recevant la tension VE fournie par le réseau, qui a pour objet l'isolation de la tension d'entrée par le filtrage d'un certain nombre de signaux parasites, notamment de signaux transitoires. La tension VA issue du filtre 61 est fournie à un ensemble convertisseur 5, dont la fonction est de convertir la tension VA en un signal VB présentant, après filtrage dans un filtre 62, les carac- téristiques requises par le système électronique utilisateur; ce signal de sortie est noté V Le convertisseur 5 comporte le dispositif d'asservissement précédent, repéré 54, qui reçoit le signal C après prélèvement de la tension de sortie V 5 et sa comparaison dans un comparateur 63 à une- tension de référence VREF Le convertisseur 5 comporte encore un transformateur 51, dont le primaire est relié à une tension de polari- sation +P 6 et reçoit le signal VA, et dont le secondaire fournit par l'intermédiaire d'une diode 55 le signal VB L'autre extrémité du secondaire est reliée à la masse L'autre extrémité du primaire du transformateur 51 est reliée au collecteur d'un transistor bipo- laire NPN 52 dont l'émetteur est relié à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 53 La base du transistor 52 reçoit le signal Ss fourni par le dispositif 54; le signal I est fourni au dispositif 54 par l'émetteur du transistor 52. Il apparaît ainsi qu'est réalisé dans ce dispositif d'alimentation un double asservissement en tension et en courant, l'asservissement en tension étant réalisé au niveau du comparateur 63, le si- gnal E provenant de la comparaison de la tension de sortie à une tension de référence, et l'asservissement en courant est réalisé comme décrit en détail précédemment par un signal de commande régulé (Ss) tout ou rien, de période pseudo constante -(T 0), appliqué à la base du transistor 52, le courant ainsi régulé étant le courant présent sur l'émetteur du transistor 52. Le dispositif représenté figure 6 présente en outre l'avantage de se prêter facilement au montage de plusieurs modules conver- tisseurs tels que 5 en parallèle, comme décrit par exemple dans la demande de brevet français précitée En effet, ainsi qu'il est connu, lorsqu'on désire augmenter la puissance d'alimentation, il apparaît des difficultés au niveau de la réalisation du filtre, aussi bien sur le plan de la consommation de ceux-ci que de leur encombrement ou de leur volume Il est ainsi fréquemment plus avantageux de connecter une pluralité de modules convertisseurs en parallèle, ce qui est possible ici aux points A, B et C, o sont respectivement présents les signaux VA, VB et E REVENDICATIONS 1 Dispositif stabilisé d'asservissement par tout ou rien à période constante (To), d'un signal ( 1), caractérisé par le fait qu'il comporte: des moyens de génération ( 3) d'un signal en dents de scie (SD, SM) de période (T) variable; un comparateur ( 1) du signal à asservir ( 1) au signal en dents de scie, fournissant un signal (Hi), comportant une série d'impulsions correspondant aux instants o la valeur du signal à asservir (I) atteint celle du signal en dents de scie (Ss), ces impulsions étant fournies aux moyens de génération ( 3) du signal en dents de scie et déterminant sa période (T); un circuit bistable ( 2) recevant un signal (Ho) de période o constante (To) et les impulsions précédentes (Hi), fournissant un signal de commande (Ss) du signal à asservir ( 1), de même période constante (T O o), en créneaux dont la durée ( O) est déterminée par lesdites impulsions (HI). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de génération ( 3) d'un signal en dents de scie (SD' SM) comportent un intégrateur. 3 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens d'addition ( 4) d'un signal de consigne ( E) au signal en dents de scie (SD), le signal résultant (SA) étant appliqué au comparateur ( 1). 4 Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que l'intégrateur reçoit un signal constant (G) qu'il intègre entre des instants définis, par le signal comportant une série d'impul- sions (H 1). Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'intégrateur reçoit un signal de consigne ( E) qu'il intègre entre des instants définis par le signal comportant une série d'impulsions (Hi). 6 Dispositif d'alimentation électrique, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif d'asservissement selon l'une des reven- dications précédentes. 7 Dispositif d'alimentation selon la revendication 6, relié à une source d'énergie et fournissant une tension de sortie régulée (VS), caractérisé par le fait qu'il comporte un module convertisseur ( 5), relié à la source d'énergie (VE), comportant un transformateur ( 51) dont le primaire est relié à un transistor ( 52) commandé par le dispositif d'asservissement ( 54), le secondaire du transformateur ( 51) fournissant la tension de sortie (VS), le dispositif d'asservissement recevant un signal (I) représentant le courant circulant dans le primaire. 8 Dispositif d'alimentation selon la revendication 7, carac- térisé par le fait que le dispositif d'asservissement ( 54) reçoit en outre un signal constituant un signal de consigne ( E), obtenu par comparaison de la tension de sortie (Vs) avec une valeur de référence (VREF).