Brevet FR2515896A1 — publié le 19830506

La présente invention concerne les convertisseurs continu-continu à sorties multiples, et elle porte en parti- culier sur la régulation de convertisseurs continu-continu à sorties multiples. Dans un convertisseur continu-continu ayant plu- sieurs sorties fournissant des tensions, l'une des sorties peut faire l'objet d'une détection directe et être ramenée vers un dispositif de commande, pour faire varier le rapport cyclique d'un transistor de commutation connecté à l'entrée du convertisseur La régulation des sorties restantes est réa- lisée par l'utilisation du couplage magnétique entre les cir- cuits de sortie secondaires Un tel procédé de commande des tensions de sortie constitue ce qu'on peut appeler une régu- lation croisée Cependant, du fait que le couplage magnétique entre les enroulements secondaires n'est jamais parfait, lors- que la charge connectée à l'un des circuits de sortie varie, les tensions des autres circuits de sortie peuvent également varier Il est souhaitable d'être capable de réguler indépen- damment chacune des sorties de tension, indépendamment des variations des charges. Conformément à un exemple de réalisation de l'inven- tion, on décrit à la fois un procédé et un dispositif pour réguler la tension dans chaque circuit de sortie d'un conver- tisseur continu-continu à sorties multiples, indépendamment des variations de la charge connectée à chaque autre circuit de sortie Cette régulation de tension est obtenue en faisant varier l'inductance dans chaque circuit de sortie sous la dé- pendance des variations de charge. Plus précisément, une réactance qui peut 9 tre com- mandée de façon électronique est connectée en série avec cha- que circuit de sortie, c'est-à-dire avec le circuit d'enroule- ment secondaire Conformément à un mode de réalisation, on compare la tension de charge, ou une fraction de celle-ci, dans l'un des circuits de sortie avec une tension de référen- ce pour produire un signal d'erreur On règle un courant de commande dans chaque circuit de sortie, sous la dépendance du signal d'erreur, et on utilise ce courant en réaction pour commander la perméance de la réactance qui peut être commandée de façon électronique. Selon un autre mode de réalisation, on utilise en réaction le courant de sortie dans l'un des circuits de sor- tie pour commander la perméance de la réactance commandée de façon électronique qui est connectée à ce circuit Dans cha- cun des circuits de sortie restants, on compare la tension à une tension de référence pour produire un signal d'erreur On règle un courant de commande sous la dépendance du signal d'erreur et on utilise ce courant en réaction pour commander la perméance de la réactance qui peut gtre commandée de façon électronique, dans ce circuit de sortie. Dans chacun des modes de réalisation précités, des variations de tension d'entrée et des fluctuations de la char- ge aux bornes de n'importe quel circuit secondaire ne peuvent pas affecter la tension de charge aux bornes de l'un quelcon- que des circuits secondaires restants d'un convertisseur con- tinu-continu à sorties multiples. Un avantage de l'invention consiste en ce qu'elle offre un procédé très efficace pour réguler des convertisseurs continu-continu à sorties multiples en utilisant des compo- sants à faibles pertes, à savoir des réactances commandées de façon électronique, ce qui minimise les pertes d'énergie. Un autre avantage consiste dans le procédé offrant la possibilité de générer une tension de sortie ayant une précision arbitraire, sur n'importe quelle sortie d'un conver- tisseur continu-continu à sorties multiples, indépendamment des fluctuations de charge sur n'importe quelles sorties res- tantes du convertisseur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 montre le procédé de régulation croisée de l'art antérieur, dans un convertisseur continucontinu à sorties multiples; La figure 2 montre un mode de réalisation de l'in- vention pour la régulation d'un convertisseur continu-continu à sorties multiples; la figure 3 montre des détails d'un mode de réali- sation de la réactance pouvant 4 tre commandée de façon élec- tronique qui est représentée sur la figure 2; La figure 4 montre une courbe caractéristique re- présentant 0 en fonction de ZI-Ni pour la réactance pouvant ttre commandée de façon électronique qui est représentée sur la figure 3; La figure 5 montre un autre mode de réalisation de la réactance pouvant être commandée de façon électronique qui est représentée sur la figure 3; et la figure 6 montre un autre mode de réalisation de l'invention pour la régulation d'un convertisseur continu- continu à sorties multiples. En considérant la figure 1, on voit un transforma- teur de stockage d'énergie 10 de l'art antérieur qui comprend un enroulement primaire 12 et plusieurs enroulement secondai- res 14, 16 Le courant sous forme d'impulsions qui circule dans l'enroulement secondaire 14 est redressé par la diode 18 et le condensateur 20 pour donner un courant continu Le cou- rant redressé est appliqué à une charge 22, représentée con- nectée aux bornes du condensateur 20 De façon similaire, le courant sous forme d'impulsions qui circule dans l'enroulement secondaire 16 est redressé par la diode 24 et le condensateur 26, et un courant continu est appliqué à la charge 28 Sous l'effet de la tension de sortie continue détectée V 01 qui est appliquée à la charge 22, le dispositif de commande 30 fait varier le rapport cyclique du transistor de commutation 32, représenté branché en série avec l'enroulement primaire 12. Le transformateur 10 est conçu pour fournir de l'énergie aux charges 22 et 28 dans une plage spécifiée Lors- que le courant absorbé par la charge 22 varie dans sa plage spécifiée, le courant fourni à la charge 28 varie de façon appréciable Le but de l'invention est de fournir un courant de charge à la charge 28 dans une plage spécifiée, indépen- damment des variations de charge concernant la charge 22. On va maintenant considérer la figure 2 sur laquel- le on voit un transformateur 40 ayant un enroulement primaire 42 et plusieurs enroulements secondaires 44, 46 Une diode 48 et un condensateur 50 appliquent un courant continu à une charge 52, représentée connectée aux bornes du condensateur De façon similaire, une diode 54 et un condensateur 56 appliquent un courant continu à une charge 58 la tension de sortie, Vy 0, aux bornes de la charge 52, est détectée par un dispositif de commande 60 Le dispositif de commande 60 règle le rapport cyclique du transistor de commutation 62, branché en série avec l'enroulement primaire 42. Une réactance 64, qui peut être commandée de façon électronique, est représentée connectée en série avec l'en- roulement secondaire 44 De façon similaire, une résistance 66 qui peut être commandée de façon électronique, est connec- tée en série avec l'enroulement secondaire 46 la tension de sortie, V 04, aux bornes de la charge 58, est détectée par l'intermédiaire de résistances 68 et 70 Une chute de poten- tiel, proportionnelle à la tension de sortie, apparaît dans le diviseur de tension formé par les résistances 68 et 70. Un comparateur 74 compare la tension détectée avec une ten- sion de référence provenant d'une référence 72, pour générer un signal d'erreur On utilise ce signal d'erreur pour com- mander les sources de courant 76 et 78 Les sources de cou- rant 76 et 78 règlent à leur tour la valeur du courant de com- mande qui circule par les conducteurs 77 et 79 vers les réac- tances respectives 66 et 64, pouvant être commandées de façon électronique. lorsque le courant de charge appliqué à la charge 58 diminue, le comparateur 74 change les réglages des sources de courant 76 et 78, ce qui régule le courant de commande cir- culant par les conducteurs 77 et 79 vers les réactances respec- tives 66 et 64, pouvant 4 tre commandées de façon électronique. Le courant de commande dirigé vers les réactances 66 et 64, pouvant 8 tre commandées de façon électronique, change la per- méance de celles-ci Ainsi, l'inductance des enroulements de charge de chaque réactance pouvant être commandée de façon électronique, appartenant à chaque circuit de sortie 80 et 82, correspondant respectivement aux enroulements secondaires 44 et 46, est réglée de façon que les tensions de charge soient rég Ulées à des valeurs spécifiées. On va considérer plus particulièrement la figure 3 qui montre un mode de réalisation d'une réactance 64 ou 66, pouvant ttre commandée de façon électronique Les conducteurs apparaissant sur la figure 3 portent des références qui cor- respondent à celles de la figure 2 Chacune des réactances 64, 66 pouvant être commandée de façon électronique comprend deux circuits magnétiques saturables 84 et 86, de forme toro C- dale, un enroulement de commande 85 et deux enroulements de charge 87 et 89 l'enroulement de commande 85 est parcouru par le courant continu de commande ou de réaction provenant de la source de courant 76 ou 78, dans le circuit de sortie 82 ou 80 Lorsqu'on augmente le nombre de spires de l'enroule- ment 85, la valeur du courant de commande nécessaire pour sa- turer les circuits magnétiques 84 et 86 diminue Ainsi, la puissance nécessaire pour commander les tensions de charge sera très faible Par conséquent, le rendement du système se- ra accru. Les enroulements secondaires 87 et 89 ont le même nombre de spires En outre, les enroulements 87 et 89 sont connectés d'une manière telle que le courant alternatif qui les traverse induise dans les circuits magnétiques 84 et 86 des flux magnétiques circulant dans des directions opposées, indiquées par des flèches en pointillés Ces deux conditions font qu'aucun flux alternatif résultant n'est couplé à l'en- roulement de commande 85 et qu'aucune tension alternative ré- sultante n'est induite dans l'enroulement 85. le courant de commande qui circule dans l'enroule- ment 85 induit le flux magnétique 0 (représenté par des flè- ches en trait continu) dans les circuits magnétiques 84 et 86. On va maintenant considérer la figure 4 sur laquel- le la courbe en trait continu est une courbe caractéristique typique de 0 en fonction de ZI Ni (c'est-à-dire du flux en fonction des ampères-tours) pour chaque circuit magnétique des réactances 64, 66, pouvant 9 tre commandées de façon élec- tronique la pente de la courbe donnant 0 en fonction de t Ni à n'importe quel point de celle-ci est une mesure de la per- méance des circuits magnétiques 84, 86 Comme indiqué ci-des- sus, le niveau continu du flux magnétique 0 induit dans le circuit magnétique 84 est lié au courant de commande continu circulant dans l'enroulement 85 Cette relation est représen- tée par la courbe de la figure 4 donnant 0 en fonction de 1 j Ni Pour de faibles excursions alternatives autour de ce point de fonctionnement continu, le courant de commande dé- termine la perméance On peut mieux comprendre ce phénomène en considérant le point 90 sur la courbe donnant 0 en fonc- tion de T Ni De petites augmentations et diminutions du flux magnétique mentionné précédemment se produisent simultanément avec de petites excursions autour du point 90, le long de la tangente à la courbe 0 en fonction de E Ni, à ce point Il est bien connu que cette tangente est la pente de la courbe au point 90, ce qui indique donc la perméance. la figure 5 montre un autre mode de réalisation de la réactance pouvant être commandée de façon électronique, représentée précédemment sur la figure 3 les enroulements de la réactance de la figure 5 portent les mêmes références que ceux de la figure 3 En outre, le mode de réalisation re- présenté sur la figure 5 fonctionne pratiquement de la même manière que celui représenté sur la figure 3. la figure 6 montre un autre mode de réalisation de l'invention Un transformateur 100 comporte un enroulement primaire 102 et des enroulements secondaires 104, 106 Dans un circuit de sortie 110, une diode 108, une réactance 112 pouvant 9 tre commandée de façon électronique, des condensa- teurs 114, 116 et une charge 118 sont connectés à l'enroule- ment secondaire 104 la tension de sortie du circuit de sor- tie 110 est détectée par un conducteur 119 et est appliquée à un dispositif de commande 120 pour faire varier le rapport cyclique d'un transistor de commutation 122 le courant de charge est renvoyé vers un enroulement de commande 124 pour faire varier la perméance de la réactance 112, pouvant être commandée de façon électronique Le condensateur 116 assure le filtrage des courants alternatifs susceptibles d'etre in- duits dans l'enroulement de commande 124. De façon similaire, un circuit de sortie 130 com- prend une diode 126, une réactance 128 pouvant être commandée de façon électronique, un condensateur 132 et une charge 134. la tension de sortie est détectée par un diviseur de tension 136, 138 et elle est comparée à une tension de référence dans un comparateur 140 pour produire un signal d'erreur Ce si- gnal d'erreur est utilisé pour régler une source de courant 142, afin de réguler la valeur du courant de commande qui est renvoyé vers un enroulement de commande 144. Lorsqu'il y a une fluctuation dans la charge 118, le couplage magnétique entre les enroulements secondaires 104 et 106 entrafne une variation du courant de charge qui est appliqué à la charge 134 Le comparateur 40 détecte cette variation La source de courant 142 est réglée sous la dépen- dance du comparateur de façon à régaler le courant de réac- tion qui est appliqué à l'enroulement de commande 144, afin de modifier la perméance de la réactance 128, commandée de façon électronique Le courant de charge de la charge 134, circulant dans les enroulements de charge de la réactance 128, pouvant 4 tre commandée de façon électronique, est réglé à son tour, ce qui compense les fluctuations dans la charge 118. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent ttre apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. e REVENDICATIONS 1 Procédé de régulation de la tension de charge d'un circuit de sortie d'un convertisseur continu-continu à sorties multiples, caractérisé en ce que: on compare la ten- sion de sortie dans l'un des circuits de sortie avec une ten- sion de référence, pour produire un signal d'erreur; et on génère un courant de commande sous la dépendance du signal d'erreur, pour faire varier une inductance afin de réguler la tension de sortie dans ledit circuit de sortie. 2 Dispositif destiné à mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1, pour réguler des tensions de charge ( 52, 58) dans un convertisseur continu-continu, comprenant un transformateur ayant un enroulement primaire ( 42) branché en série avec un transistor de commutation ( 62) et des premier ( 44) et second ( 46) enroulements secondaires, chacun d'eux comportant des moyens de redressement ( 48, 50 et 54, 56) pour fournir un premier signal de sortie (Vo 3) et un second signal de sortie (V 04), et un dispositif de commande ( 60) branché de façon à détecter le premier signal de sortie (VO 3) pour com- mander le rapport cyclique du transistor de commutation; ca- ractérisé en ce qu'il comprend: une première réactance pou- vant être commandée ( 64) qui est connectée au premier enrou- lement secondaire; une seconde réactance pouvant 4 tre com- mandée ( 66) qui est connectée au second enroulement secondai- re; et des moyens connectés à la seconde réactance pouvant etre commandée afin de réguler le second signal de sortie en commandant la perméance de la seconde réactance pouvant 8 tre commandée. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens destinés à commander la perméance de la réactance comprennent en outre: des moyens ( 68, 70) destinés à produire une tension proportionnelle au second signal de sortie (V 04), des moyens de comparaison ( 74) destinés à com- parer ladite tension proportionnelle avec une tension de ré- férence ( 72); et une source de courant ( 76) commandée par le résultat de la comparaison de façon à régler le courant de commande qui est appliqué à la seconde réactance pouvant 8 tre cmazdée, afin de faire varier sélectivement la perméance de cette réactance.