Brevet FR2512290A1 — publié le 19830304

t 2512290 "Dispositif combiné de surveillance du réseau et de régulation de commande destiné à une alimentation électrique à commutation" La présente invention concerne les circuits de régulation de tension en général, et en particulier un disposi- tif combiné de surveillance de réseau et de régulation de com- mande destiné à une alimentation en courant continu, du type à commutation à modulation de largeur d'impulsion. La commutation à modulation de largeur d'im- pulsion est une technique de régulation bien connue qui est employée dans certaines alimentations en courant continu L'a- vantage principal apporté par ce type de régulation est une dissipation de puissance fortement réduite à l'intérieur de l'alimentation elle-même, tout en maintenant un degré de ré- gulation relativement élevé; il en résulte que l'on peut s'at- tendre à utiliser des transformateurs et d'autres composants de dimensions plus faibles et moins lourds. On connait des circuits de protection tradition- nels qui sont destinés à réaliser une coupure automatique dans le cas o il se produit des défauts sur le réseau; de tels circuits comprennent des circuits de protection contre les surtensions du type "Crow bar" des tyristors et des transitors unijonction commandés On connait également des régulateurs de tension traditionnels des- tinés à fournir des tensions de référence régulées Cependant, l'additoron dez circ:its et des composants annihile l'avantagje apporté par la technique de régulation à commutation à modula- tion de largeur d'impulsion On a cherché à incorporer dans une version commerciale d'une alimentation à commutation à modula- tion de largeur d'impulsion, des fonctions spécifiques de pro- tection et de commande tout en maintenant le niveau d'intégra- tion de la conception en conservant un nombre de composants et un coût faibles, et sans augmenter de manière indue la consomma- tion en puissance. Conformément à la présente invention, un dispo- sitif simple combiné de surveillance de réseau et de régulation de commande destiné à une alimentation à commutation réalise -2 2512290 des fonctions de protection et de commande en utilisant un nombre relativement faible dé composants De manière spécifique, le mode de réalisation commerciale proposé, qui comprend un seul circuit intégré de régulation de tension du commerce, un transistor et un petit nombre de composants passifs associés, réalise une détection de la valeur du réseau, une détection d'une chute de fréquence du réseau, une régulation de la ten- sion de commande, une génération de tension de référence, et la génération de certains signaux de commande d'état transitoi- res (augmentation ou diminution de la puissance). C'est donc un objet de la présente invention de fournir un dispositif combiné de surveillance de réseau et de régulation de commande destiné à une alimentation à commu- tation. C'est encore un autre objet de l'invention de fournir un circuit nouveau et relativement simple qui réalise un grand nombre de fonction de protections et de commandes, de manière à assurer le fonctionnement correct d'un système élec- tronique. C'est encore un autre objet de la présente in- vention de fournir un ensemble valable et sûr d'état si- gnaux aux circuits de commande d'une alimentation à commutation à modulation de la largeur d'impulsion quelle que soit la ten- sion du réseau dans une gamme donnée, indépendamment du taux d'accroissement de la durée de la diminution, du taux de répé- tition des cycles d'ouverture et de fermeture, ou de l'état du signal antérieur. C'est un objet supplémentaire de la présente invention de fournir un dispositif combiné de surveillance de réseau et de régulation de commande, destiné à une alimentation à commutation qui soit simple, qui utilise relativement peu d'éléments compte tenu du nombre élevé de fonctions réalisées, et qui n'est pas coûteux. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui suit, faite à titre -3- illustratif en se référant aux dessins ci-annexés, sur lesquels la fig 1 est un schéma-bloc d'une alimenta- tion à commutation utilisant un dispositif combiné de surveil- lance de réseau et de régulation de commande conforme à la présente invention, et la fig 2 est un schéma détaillé d'un mode de réalisation préféré de la présente invention. Sur la fig 1 on voit un circuit 12 de redresse- ment et de filtrage qui reçoit par l'intermédiaire d'un trans- formateur 10 une tension alternative provenant d'une source de puissance La tension continue redressée et filtrée ainsi obte- nue est appliquée à un étage de sortie à commutation 14 qui alimente une ou plusieurs sorties de tension continues régulées. Dans une version commerciale de l'invention, l'étage de sortie a commutation 14 comprend deux transistors qui sont alternati- vement conducteurs à une fréquence 20 k Hz, afin de piloter l'en- roulement primaire d'un transformateur de sortie On peut pré- voir un ou plusieurs enroulements secondaires, comprenant cha- cun un circuit de redressement et de filtrage associé, de ma- nière à produire les tensions de sortie Des échantillons des tensions de sortie sont renvoyés à un circuit de régulation de circuit 16 qui compare l'échantillon de réaction avec une ten- sion de référence prédéterminée et qui crée, à partir de cette comparaison, un signal logique de commande, indiquant que la tension continue régulée de sortie est supérieure ou inférieure au niveau de sortie nominal Le signal logique de commande est appliqué à un circuit 18 de commande logique et de pilotage qui fournit des signaux de commande de largeur d'impulsion, de manière à piloter l'étage de sortie à commutation 14 Dans la version commerciale de l'invention, le circuit de commande logi- que est piloté par un signal d'horloge à 40 k Hz qui est divisé et modifié par de nombreux signaux de commande, y compris le signal logique de commande provenant du régulateur de commande 16, de manière à engendrer des signaux de commande largeur d'impulsion à 20 k Hz pour piloter l'étage de sortie à commuta- -4- tion 14 Les éléments de pilotage peuvent être avantageusement constitués par des transistors dont l'émetteur est à la masse et qui sont commandés par les signaux de commande de largeur d'impulsion, de manière à fournir un courant de pilotage suf- fisant pour l'étage de sortie. Un dispositif combiné de suveillance du réseau et de régulation de commande 20 est relié au transformateur 10 de manière à réaliser la détection de la valeur du réseau, la détection d'une diminution de la fréquence du réseau, la régula- tion de la tension de commande, la génération de tension de ré- férence et la génération d'états de signaux valables et sûrs au circuit de pilotage 18 et à un ou plusieurs circuits indica- teurs. Le dispositif 20 de surveillance du réseau et de régulation de commande est représenté en détail sur la fig 2. La puissance nécessaire au fonctionnement du circuit est fournie par un enroulement secondaire 40 du transformateur 10 founissant une tension alternative de 16 V; cette puissance est donc dérivée directement de la tension alternative du réseau et constitue un échantillon représentatif de cette dernière La tension alterna- tive est appliquée par l'intermédiaire d'un fusible 42 à une diode 44 réalisant un redressement demi-onde et un filtre 46 de manière à fournir une tension continue nominale de + 20 V. Cette tension est appliquée à un circuit de régulation 50 repré- senté de manière générale par une ligne interrompue. Le circuit de régulation du mode de réalisation commerciale est un circuit intégré de régulation de tension dis- ponible dans le commerce et connu sous la référence A-723 Ce- pendant, des détails importants de ce circuit ont été représentés et seront décrits parce qu'ils concernent le fonctionnement du circuit En outre, le régulateur de tension pourrait être fabri- qué en composants discrets, bien que les avantages de gain en encombrement, en coût, et,peut être,en consommation seraient per- dus. Dans le circuit de régulation 50, un transistor - série de sortie Q O est relié entre les bornes d'alimentation en puissance V+ et VC et une borne de sortie de tension V O La borne de sortie V O est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une diode 52 et de résistances 54 et 56 branchées en série. Une tension continue réulée de + 10 V est fournie aux bornes des résistances 54 et 56, et elle est disponible pour les dif- férents circuits d'alimentation à commutation Le point de jonc- tion des résistances 54 et 56 est relié à l'entrée d'inversion (INV) d'un amplificateur différentiel i Cnterne D-A, afin de fournir une tension de réaction divisée, pour réaliser la commande de l'amplificateur op 6 raticnnae du transistor série de sortie Q O ' Un circuit de tension de rîfrerne interne (REF CKT) fournit une tension de référence de + 7 '15 V q ui est mise à la disposition des circuits extérieurs par l'intermdiaire de la borne VREF L'entrée directe (INON INV,) de l'amplificateur dif- férentiel interne DA est également reliée à la tension de ré- férence de + 7,15 V Le, émetteurs communs des transistors cons- tituant l'amplificateur différentiel son reliés par lintermè- diaire d'une source de courant à la masse à travers la borne de tension de base VSS Un condensateur de compensation 58 approprié est branché entre les bornes IINTIV et FREQ COMP du circuit régula- teur 50. Un transistor limiteur de courant QCL est prévu à l'intérieur du régulateur 50 afin de bloquez ic transistor se- rie de sortie Q O dans certaines circonstances qui seront décri- tes plus bas La base du transistor QCL est reliée par l'inter- médiaire d'une borne CUR LIM et d'une résistance d O de limitation du courant de base au collecteur d'un transistor de coummutation 62 Le collecteur du transitor de commutation 62 est également relié par une résistance de charge 64 à l'alimentation nominale continue de + 20 V, alors que son émetteur est mis à la masse. L'émetteur du transistor QCL de limitation de courant est relié à la masse par l'intermédiaire de la borne de détection de cou- rant CUR SEN et de deux résistances de faible valeur 68 et 70. Deux diodes de blocage 72 et 74 assurent que le point de jonc- tion des résistances 68 et 70 est maintenu à un niveau de ten- sion proche de celui de la masse dans toutes les conditions de fonctionnement Ce point de jonction est également relié par l'intermédiaire du fusible 42 à l'une des extrémités de l'en- roulement secondaire 40, de manière à fournir une référence au circuit de surveillance du réseau qui comprend le Transistor de commutation 62 précité. Une diode 80 et un condensateur 82 sont reliés en série aux bornes de l'enroulement secondaire 40, et une ré- sistance 84 relie 'la jonction de ces deux derniers éléments à la base du transislor 62 Une résistance de polarisation 86 est branchée entre la base du transiter 62 et la masse Dans les conditions normales de fonctionnement, le condensateur 82 se charge à la valeur nominale de + 20 V, ce qui rend-'le transistor 62 conducteur La tension du collecteur du transistor 62 tombe à une valeur proche de celle de la masse tant que le transistor est saturé, ce qui bloque le transistor QCL à l'intérieur du circuit régulateur 50 Quant le transistor QCL est bloqué, le transistor série de sortie Q O est rendu conducteur, ce qui per- met à la tension régulée de + 10 V d'augmenter jusqu'à sa valeur d'état stable pendant que le transistor Q 0 devient rapide- ment conducteur La tension de + 10 V est appliquée en tant que réaction positive par l'intermédiaire de la résistance 90 à la base du transistor 62, ce qui renforze l'état condu cteur du tran- sistor 62 et il en résulte une commutation rapide de la sortie continue de + 10 V. La constante de temps du circuit d'impédance dé- crit ci-dessus comprenant le condensateur 82 et la résistance 84 est choisie de manière à être relativement courte, par exemple suffisamment courte pour détecter une chute du réseau corres- pondant à deux cycles Dans une telle situation ou si le ni- veau de la tension du réseau descend en-dessous d'une valeur prédéterminée, le condensateur se décharge jusqu'à un point pour lequel le transistor 62 commence à se bloquer, la tension de collecteur de ce dernier augmentant pendant que le transistor perd son état de saturation Cette action à son tour rend le -7- transistor QCL conducteur en bloquant le transistor série de sortie Q O Du fait que la sortie + 10 V chute et que le circuit de régulation vient limiter le courant, la tension à la borne FREQ COMP diminue rapidement. De la description qui vient d'être faite du fonc- tionnement du circuit, on peut voir que, l'on génère des signaux d'état indiquant la condition du régulateur sur le collecteur du transistor 62 et la borne FREQ COMP Pendant le fonctionnement effectif du circuit de régulation 50, la tension du collecteur du transistor 62 est faible et la tension sur la borne FREQ COMP est élevée S'il se produit un défaut comme décrit ci-dessus, la tension du collecteur du transistor 62 s'élève et la tension de la borne FREQ COMP diminue En conséquence, le collecteur du transistor 62 est relié par l'intermédiaire de résistances 94 et 96 aux bases des transistors de pilotage 18-1 et 18-2, du cir- cuit 18 de commande logique et de pilotage (voir fig 1), de ma- nière à bloquer le signal de commande la largeur d'impulsion au niveau de l'étage de sortie commuté pendant l'apparition d'un défaut et de manière à permettre le passage des signaux de com- mande de la largeur d'impulsion pendant le fonctionnement - normal Le niveau bas existant sur la borne FREQ COMP du ré- gulateur 50 pendant l'apparition d'un défaut est envoyé par l'intermédiaire d'une diode 100 à certains circuits d'indica- tion de puissance, afin de fournir une information concernant l'état de fonctionnement du régulateur de tension, et par suite, de l'alimentation. De la description qui vient d'être faite, il res- sort qu'un dispositif combiné de contrôle du réseau et de régulation de commande fournit un ensemble de signaux d'état valables et sûrs au circuit de commande d'une alimentation à commutation à modulation de largeur d'impulsion pour n'importe quelle tension du réseau dans une gamme donnée, indépendamment du niveau d'augmentation, de la durée de la chute du réseau, du taux de répétition des cycles de fermture et d'ouverture ou d'un état de signal antérieur De même, on fournit les tensions a8 2512290 de référence désirées. La description ci-dessus n'a été fournie qu'à titre d'exemple nullement limitatif, et il est évident que l'on peut y apporter des modifications ou variantes sans sortir pour autant du cadre de la présente invention. -9- REVENDICATIONS ) Dispositif combiné de contrôle du réseau et de régulation de commande, caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens ( 40) pour dériver un échantillon de tension alternative représentatif de la tension d'une ligne d'alimentation; des premiers moyens ( 44,46) pour convertir la- dite tension alternative entre une tension continue; des moyens de régulation de tension ( 50) re- liés auxdits premiers moyens de conversion ( 44,46) de manière à fournir une tension de sortie continue régulée; des seconds moyens ( 80,82,84,86) pour conver- tir ladite tension alternative en une tension continue, lesdits seconds moyens de conversion comprenant des moyens ( 82,84,86) pour la détection de conditions de défaut de ladite ligne d'ali- mentation, et; des moyens ( 62) reliés auxdits seconds moyens de conversion ( 80,82,84,86) afin d'engendrer des signaux de com- mande en fonction desdits états de défaut. 2 ) Dispositif combiné de contrôle du réseau et de régulation de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de régulation de tension ( 50) compren- nent un élément série (Q 0) et un circuit de commande de ce der- nier élément comprenant un amplificateur opératl ornel (D AM,les- dits moyens de régulation de tension ( 50) comprenant en outre des moyens (CL>) liés audits moyens de génération de signaux de commande ( 62) afin de désactiver ledit élément série (Q 0) en fonction d'une condition de défaut détectée. ) Dispositif combiné de contrôle du réseau et de régulation de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens de conversion ( 80,82,84,86) comprennent une diode ( 80) et en ce que lesdits moyens de détec- tion de condition de défaut comprennent un réseau d'impédance ( 82,84,86) ayant une constante de temps prédéterminée - - ) Dispositif combiné de contrôle du réseau et de régulation de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de génération de signaux de contrôle comprennent des moyens de commutation ( 62) reliés auxdits réseaux d'impédance ( 82,84,86). ) Dispositif combiné de contrôle du réseau et de régulation de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de commutation comprennent un transistor ( 62) dont la base est reliée audit réseau d'impédance ( 82,84, 86). ) Dispositif combiné de contrôle du réseau et de régulation de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que la sortie continue régulée (V 0) desdits moyens de régulation de tension ( 50) est reliée à la base dudit transistor de commutation ( 62). 7 ?) Dispositif combiné de contrôle du réseau et de régulation de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de régulation de tension ( 50) compren- nent en outre des moyens ( 100) pour la génération de signaux d'états indiquant l'état de fonctionnement du régulateur de ten- sion.