Brevet FR2509548A1 — publié le 19830114

"Générateur de signaux triangulaires comportant un circuit de compensation du retard de la boucle " L' invention concerne en général un appareil fournissant des signaux triangulaires de précision, et en particulier un générateur de signaux triangulaires qui comporte un réseau destiné à compenser les retards de la boucle de commande à commutation de courant. Les générateurs de signaux triangulaires connus fonctionnent sur le principe de la charge et de la décharge d'un condensateur à débits constants afin d'engendrer des rampes de tension montante et descendante, extrêmement linéaires De manière classique, les générateurs de signaux triangulaires comprennent une boucle de commande à commutation de courant, dans laquelle un comparateur détecte le moment o la tension du condensateur est montée jusqu'à une limite prédéterminée, et des interrupteurs qui inversent la direction du courant du condensateur, de telle manière que la tension commence à progresser dans l'autre direction Cependant, il existe une valeur finie de retard entre le moment o la tension de rampe atteint le niveau de référence du comparateur et le moment o la tension de rampe change de direction, du fait des temps de propagation des dispositifs interrupteurs et du retard causé par les effets d'hystérêsis du comparateur La conséquence de ce retard de la boucle est la production de triangles qui deviennent de plus en plus grands au fur et à mesure que la fréquence augmente. La solution usuelle au problème prêcité a été d'insérer un circuit RC d'augmentation de la pente dans la boucle entre un amplificateur intermédiaire relié au condensateur et l'entrée du comparateur afin d'augmenter l'amplitude des triangles à haute fréquence, ce qui entraîne une commutation précoce du comparateur afin de compenser le retard total de la boucle Cependant, cela ne constitue pas une solution complète du problème du fait de la condition initiale et du débit de charge du condensateur de compensation. x 2 2509548 C'est-à-dire que la technique usuelle fournit une solution approximative au problème du retard de la boucle pour des signaux triangulaires non asservis et symtétriques, mais pas pour un fonctionnement à déclenchement, synchronisé ou non ou pour des signaux asymétriques. Conformément à la présente invention, on prévoit, dans un générateur de signaux triangulaires, un circuit destiné à compenser les retards de la boucle de commande à commutation de courant pour tous les modes opératoires, y compris le fonctionnement déclenché ou asymétrique, pour une large gamme de fréquences On applique une tension de commande de la fréquence à des générateurs de courant commandés en tension, afin de fournir un courant de synchronisation au condensateur de synchronisation, de manière connue La tension de rampe engendrée par le condensateur de synchronisation est amené directement par l'intermédiaire d'un amplificateur intermé- diaire à l'une des entrées d'un comparateur qui commande la commutation du courant de synchronisation entrant et sortant du condensateur de synchronisation La tension de commande de la fréquence qui commande la pente de la rampe, et par suite, la fréquence, est également appliquée au circuit de compensation de retard afin de réduire les tensions de référence de détection de l'amplitude du comparateur en fonction d'une fonction prédéterminée afin d'entraîner une commutationan- ticipée du comparateur, cette avance de fonctionnement du comparateur étant égale au retard total de la boucle. Selon un mode de réalisation commercial, on utilise des signaux de commande séparés pour la rampe de montée et la rampe de descente, afin d'obtenir une commande indépendante des courants engendrant la rampe et, par conséquent, des pentes des signaux triangulaires; ces signaux sont appliqués par l'intermédiaire de circuits de compensation séparés à 1 ' embran- chement de tension de détection ou à l'entrée de référence du comparateur. C'est donc un objet de la présente invention de 2509548- -3- fournir un générateur de signaux triangulaires comportant un nouveau circuit de compensation du retard de la boucle de commutation de courant. C'est un autre objet de l'invention de compenser les erreurs dues au retard de la boucle de commutation de courant dans un générateur de signaux triangulaires en amenant directement les tensions triangulaires à un comparateur effectuant une détection de niveau et en réduisant, de manière indépendante, les tensions de détection en réponse à des pentes commandées de rampes montante et descendante. Selon encore un autre objet de la présente invention, on prévoit, dans un générateur de signaux triangulaires, un circuit destiné à compenser les retards de la boucle de commande de la commutation de courant pour de nombreux modes opératoires ou combinaisomsde ceux-ci, y compris d'un fonction- nement déclenché, synchronisé ou non,continu, ou asymétrique dans une large gamme de fréquences. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention. ressortiront de la description qui suit, faite à titre illustratif, en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels La FIG 1 est un schéma représentant des formes d'ondes et destiné à faciliter l'explication de la présente inventiof, La FIG 2 représente, de manière schématique, un générateur de signaux triangulaires comportant un circuit de compensation du retard de boucle, conformément à la présente invention, et La FIG 3 est une une représentation schématique d'un générateur de signaux triangulaires comportant des circuits de compensation du retard de la boucle, commandés de manière indépendante en vue d'un fonctionnement asymétrique. La Figure 1 représente une forme d'onde, l'axe vertical représentant la tension V et l'axe horizontal le temps t Une forme d'onde Wl et une forme d'onde W 2, représentée respectivement en traits interrompus et en trait plein, sont dessinées entre un instant t 1 et un instant t 4 de manière à en représenter un cycle de tensions triangulaires qui, de manière théorique,augmentent de manière linéaire à partir d'une tension -VS à une tension +Vs, puis changent de direction et descendent de manière linéaire de +V à -Vs La forme d'onde W 1 qui est symétrique, l'instant t 2 se produisant exactement à la moitié entre les instants t 1 et t 4 pour autant que le circuit le permette et les valeurs de +Vs et -Vs étant fixées, sera décrite en liaison avec le générateur de signaux triangulaires de la figure 2 La forme d'onde W 2 qui est asymétrique et pour laquelle l'instant t 3 peut être réglé à n'importe quel point entre les instants t 1 et t 4 et pour laquelle les valeurs de +VS et de -Vs peuvent être commandées de manière indépendante, sera décrite en liaison avec le générateur de signaux triangu- laires de la figure 3 Il est évident que la fréquence peut être réglée dans les deux modes de réalisation de la figure 2 et delà figure 3. Dans le générateur de signaux triangulaires de la figure 2 on a représenté un condensateur de synchronisation 10 dont l'extrémité inférieure est reliée à la masse et l'extrémité supérieure est reliée au point de jonction de deux générateurs de courant coandés en tension 12 et 14, tels que desq convertisseurs tension-courant, qui sont disposés en série entre des tensions d'alimentation appropriées +V et -V Un interrupteur 16, qui peut être ouvert et fermé sur une commande fournie par un signal de commande provenant d'un détecteur de niveau 18, est également branché en série avec le générateur de courant 12 et la borne supérieure du condensateur 10. Une tension de commande de la fréquence VFREQ est appliquée par l'intermédiaire d'une borne d'entrée 20 aux deux générateurs de courant 12 et 14 de manière à fixer les niveaux de leur courant Bien entendu, le niveau du courant entrant et sortant du condensateur 10 détermine les pentes des tensions de rampe qui y sont engendrées et de cette manière, la tension VFPEQ commande la fréquence du signal triangulaire. 4 - 2509 * 548 Le détecteur de niveau 18 peut avantageusement comprendre un comparateur constitué de deux transistors à couplage d'émetteurs La tension régnant sur le condensateur de synchronisation 10 est appliquée à l'une des entrées du détecteur de niveau 18 par l'intermédiaire d'un amplificateur intermédiaire 22 L'amplificateur intermédiaire 22 peut vvantageu- sement comprendre un transistor à effet de champ en ant qu'élément d'entrée de telle sorte que le signal de tension agisse sur le comparateur tout en évitant un courant de fuite à travers ce dernier. Avant de décrire la tension de référence sensible à l'amplitude qui est appliquée sur l'autre entrée du détecteur de niveau 18, il est important de noter qu'une boucle de commande de commutation de courant est constituée à partir de la borne supérieure du condensateur 10, à travers l'ampli- ficateur intermédiaire 12, le détecteur de niveau 18, l'inter- rupteur 6 en retournant à la borne supérieure du condensateur Il y a un retard défini td entre l'instant o la tension du condensateur atteint une limite et l'instant o la commuta- tion se produit afin d'inverser de ce fait la direction du courant à travers le condensateur Ce retard est pratiquement constant pour un système donné et on peut donc le compenser en provoquant une cirmutation prématurée du comparateur dans le détecteur de niveau 18 Dans le mode de réalisation de la figure 2 qui concerne des signaux symétriques et dans lequel les limites de tension V et -V Ssont fixes,ceci est obtenu en appliquant la tension de commande de fréquence V FREQ à un circuit de compensation 24, de manière à produire une tension de compensation KV et en soustrayant ensuite FREQ cette tension de compensation d'une tension de référence V REF, produite dans un générateur de tension 26,-dans un additionneur algébrique 28 Le circuit de compensation 24 peut avantageuse- ment être constitué par un atténuateur ou un amplificateur selon la valeur de VFREQ et le facteur de compensation désiré K Si on se reporte de nouveau à la figure 1, on peut noter que, 6 - pour la forme d'onde représentée en lignes interrompues W 1, les tensions additionnelles A Vul et A Vdl sont proportionnelles au retard td pour les parties montante et descendante de la forme d'onde respectivement Ces tensions additionnelles sont les valeurs instantanées réelles de KVFREQ dans l'exemple représenté du fait que l'on peut voir que, si on augmente la fréquence des signaux triangulaires, les pentes de la forme d'onde seront plus fortes et la valeur de KVFREQ, et par suite les tensions additionnelles A Vu et A Vd, augmentent De manière analogue, la valeur de KVFREQ diminuera pour une fréquence plus faible La sortie de l'additionneur algébrique 28 est envoyée sur deux voies dont l'une est inversée au moyen d'un amplificateur inverseur 30 L'interrupteur 32, qui est commandé par la ligne de commande du détecteur de niveau 18, opère une sélection entre les valeurs positive et négative de (VREF KVFREQ) afin de déterminer le niveau approprié de commutation pour le comparateur. Le fonctionnement du mode de réalisation de la figure 2 sera décrit en se référant à la figure 1; à l'instant t 1 l'interrupteur 16 est fermé et la forme d'onde Wl représentée en traits interrompus monte de manière linéaire jusqu'à un point 34 qui correspond à la valeur + (VREF KVFREQ)du fait que le condensateur 10 reçoit un courant Iup fourni par le générateur de courant 12 et le comparateur faisant partie du détecteur de niveau 18 est commute A un point 36 qui correspond à l'instant t 2, c'est- à-dire après le retard td, l'interrupteur 16 est ouvert et le courant IDN est extrait du condensateur 10 par le générateur de courant 14, ce qui crée une inversion de la direction de la tension aux bornes du condensateur qui commence à descendre, de manière précise, à la tension désirée +Vs. Entre-temps l'interrupteur 32 a été commuté de manière à recevoir la ension négative -(VREF KVFREQ) de manière à déterminer un nouveau niveau de commutation pour le comparateur Le compara- teur est de nouveau commuté à l'instant t 4 td et la tension change de nouveau de direction à l'instant t 4 de manière à 22509-548 7- compléter un cycle de la forme d'onde Wl. Le mode de réalisation de la figure 3 utilise les principes décrits cidessus; cependant, dans ce mode de réalisation, l'équilibre entre les deux rampes montante et descendante et les tensions d'amplitude +VS et -V peuvent être commandées de manière indépendante, de façon à réaliser un générateur de signaux triangulaires présentant une grande souplesse et dont le retard inhérent est compensé de manière précise Les composants qui ont une fonction semblable ou similaire à ceux de la figure 2, portent des numéros de référence semblables ou similaires de manière à faciliter la compréhension de ce mode de réalisation de la ficure 3 dont seules les différences seront décrites. Tout d'abord, on applique des tensions VDN et VUP qui sont séparées et commandées de manière indépendante, par l'intermédiaire de deux bornes d'entrée 20 a et 20 b respectivement, afin de commander les courants IN et IUP produits par des générateurs de courant commandés en tension, 14 et 12 respectivement L'interrupteur 16 est réalisé de manière différente de celle de la figure 2; cependant, son fonctionnement est toujours le même et il est commandé par une ligne de commande provenant du comparateur 18 du détecteur de niveau La tension VDN est appliqgnée à un circuit de compensation 24 a de manière à produire une tension de compen- sation K 1 VDN qui est soustraite d'une tension de référence VREF commandée de manière indépendante,dans un additionneur algébrique 28 a La tension résultante VREF -R 1 V est utilisée RE l JDN pour commander un générateur de courant à commande de tension au lieu d'être appliquée directement au comparateur 18 qui sert de détecteur de tension. La tension V, est également ajoutée à la tension VUP au moyen d'un additionneur algébrique 52 dont le signal somme est appliqué à un circuit de compensation 24 b de manière à produire une tension de compensation K 2 (V + VDN qui est à son tour soustraite d'une tension de référence 25.09548 2 VREF commandée de manière indépendante dans un additionneur algébrique 28 b La tension résultante 2 V REF K 2 (V UP+ V) est utilisée pour commander un générateur de courant 54 à commande de tension Une tension de détection destinée à la commutation du comparateur 18 est produite à un embranchement de tension de détection 56 en faisant passer un courant à travers une résistance 58 de valeur R reliée entre cet embranchement 56 et la masse L'interrupteur 32 est réalisé de manière diffé- rente de celui de la figure 2; toutefois, son fonctionnement est pratiquement le même Lorsque l'interrupteur 32 est fermé, le courant provenant du générateur de courant 54 se divise l à l'embranchement 56, une partie de ce courant (qui dépend de l'équilibre entre les deux rampes montante et descendante) allant à la masse à travers la résistance 58 et l'autre partie compensant le courant qui est extrait de l'embranchement 56 par le générateur de courant 50 On produit de ce fait une tension de détection positive à l'embranchement 56 Si l'inter- rupteur 32 est fermé, un courant est entraîné à partir de la masse à travers la résistance 58 par le générateur de courant 50 de manière à produire une tension de détection négative à l'embranchement 56 Dans un mode de réalisation du circuit de la figure 3, destiné à la distribution dans le commerce, les valeurs de Kl, K 2, R et C(valeur du condensateur de synchronisation 10) sont liées par la formule suivante Xi =K t C 1 2 d/RC La description ci-dessus n'a été fournie qu'à titre d'exemples non limitatifs et il est évident que l'on peut y apporter des modifications de variantes sans pour autant sortir du lcadre dela présente invention Ainsi, par exemple, le pont de commutation de courant et les sources de courant destinés à engendrer les signaux triangulaires peuvent être réalisés de différentes manières conhues de l'homme de l'art. De la même manière, l'embranchement de détection pour le détecteur de niveau peut être réalisé de nombreusesm anières en utilisant des transducteurs tension-courant et courant-tension comme cela est nécessaire. _ 9 _ REVENDICATIONS 1 Générateur de signaux triangulaires, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 10,12,14) pour engendrer des formes d'onde à rampes à pente positive et à pente négative, des moyens ( 20, V) pour commander les valeurs FREQ des pentes desdites formes d'onde, des moyens ( 26 VREF) pour établir des limites en amplitude prédéterminées pour lesdites formes d'onde, des moyens ( 18,22) pour détecter le moment o lesdites formes d'onde ont atteint lesdites limites prédé- terminées et pour engendrer des signaux de commande en fonction de cette détection, des moyens ( 16) reliés auxdits moyens ( 10,12,14) de génération de formes d'onde à rampes et activés en réponse auxdits signaux de commande en vue de commuter la polarité de la pente desdites formes d'onde à rampes, et des moyens ( 24,28,30,32) branchés entre lesdits moyens ( 20 VFREQ) de commande du niveau de la pente et lesdits moyens ( 18,22) d'établissement d'une amplitude limite en vue de modifier lesdites limites prédéterminées en fonction d'un facteur temporel prédéterminé de manière à compenser le retard entre l'instant de détection d'une amplitude limite et l'instant de commutation de la polarité de la pente. 2 Générateur de signaux triangulaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de génération de formes d'onde à rampes comprennent un élément capacitif ( 10) et des moyens de génération de courant ( 12,14) reliés à ce dernier en vue de faire passer un courant dans un sens et dans l'autre dans ledit élément capacitif de manière à engendrer des tensions en rampes. 3 Générateur de signaux triangulaires selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de génération de courant comprennent deux générateurs de courant variable ( 12,14). 4 Générateur de signaux triangulaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de génération d'une forme d'onde à rampes comprennent un élément capacitif ( 10) et deux générateurs de courant variable ( 12,14) reliés à ce dernier et en ce que lesdits moyens de commande de la valeur de la pente comprennent des moyens ( 20 a, 20 b, VUP, VDN) pour faire varier les niveaux des courants dans lesdits générateurs de courant ( 12,14). Générateur de signaux triangulaires selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits générateurs de courant variable ( 12,14) comprennent des convertisseurs tension courant et en ce que les moyens de commande de la pente de la rampe comprennent des moyens pour appliquer des tensions de commande indépendantes auxdits convertisseurs tension-courant. 6 Générateur de signaux triangulaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'établis- sement d'une amplitude limite comprennent des moyens de géné- ration de tensions de détection ( 24 a, 24 b, 28 a, 28 b, 32, 50, 54, 56, 58) et en ce que lesdits moyens de détection comprennent un comparateur ( 18) ayant une première entrée reliée auxdits moyens ( 10,12,14) de génération d'une forme d'onde à rampes et une seconde entrée reliée auxdits moyens ( 24 a, 24 b, 28 a, 28 b, 32, 50, 54, 56, 58) de génération de tensions de détection. 7 Générateur de signaux triangulaires selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens pour faire varier lesdites limites en amplitudesdéterminées comprennent au moins un circuit de compensation ( 24 a, 24 b) présentant un rapport de multiplication prédéterminé. 8 Générateur de signaux triangulaires selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de génération de tensions de détection comprennent un circuit ( 56,58) pour engendrer des tensions de détection d'amplitudes limites supérieure et inférieure, lesdites tensions de détection pouvant être commandées de manière indépendante et en ce que lesdits moyens pour faire varier lesdites limites d'amplitude prédéterminées comprennent deux réseaux ( 24 a -28 a, 24 b-28 b) pour réduire, de manière indépendante, lesdites tensions de détection d'amplitudes limites supérieure et inférieure en fonction des valeurs respectives de pente desdites formes d'onde à pentes positives et à pentes négatives.