Brevet FR2515894A1 — publié le 19830506

La présente invention concerne des alimentations o l'énergie provenant d'une source primaire est accumulée dans un dispositif inducteur, puis transférée à un conden- sateur d'o elle peut être déchargée dans une charge A ti- tre d'exemple, la charge pourrait être un laser au C 02 dans lequel des impulsions d'énergie provenant du condensateur sont déchargées par un commutateur de manière à provoquer le pompage ou la commande du laser Dans une forme de base,une telle alimentation peut comprendre, par exemple, un trans- formateur à noyau, dont l'enroulement primaire est connecté via un commutateur primaire à une source de courant, et dont l'enroulement secondaire est connecté au condensateur Lors- que le commutateur primaire est fermé, il y a établissement d'un courant dans l'enroulement primaire et par conséquent d'un flux énergétique dans le noyau du transformateur, de sorte que, lorsque le commutateur est ouvert,l'énergie qui s'est accumulée est transférée au condensateur via son enrou- lement secondaire. Diverses propositions ont été faites sur des ali- mentations ayant la nature générale décrite ci-dessus dans les demandes de brevet anglais N O 8112210, N O 8222623 et n O 8221177 au nom de la demanderesse. En particulier la demande de brevet N O 8112210 dé- crit un procédé de traitement du problème du transfert incom- 2. plet d'énergie entre l'alimentation et la charge, par exem- ple, à la suite d'une mauvaise fermeture d'un commutateur de décharge du condensateur ou d'un effet se produisant à l'intérieur de la charge elle-même un tel transfert incom- plet ou même défectueux d'énergie peut se traduire par une valeur excessive de la tension au condensateur et donc au côté primaire de l'alimentation Si le défaut est transitoi- re, la décharge suivante réussie peut alors endommager la charge ou tout au mieux provoquer un gaspillage d'énergie. Une augmentation éventuellement excessive de la tension au côté primaire de l'alimentation peut également-se produire si le condensateur se trouve à circuit ouvert ou a sa va- leur réduite La solution proposée dans la demande de bre- vet N O 8112210 comprend la fourniture d'un moyen permettant de contrôler la tension du côté primaire et un commutateur à haut pouvoir de coupure tel qu'un thyristor qui est dispo- sé de manière à être fermé par le moyen de contrôle si la tension du côté primaire devient excessive et par là à shun- ter l'alimentation primaire, cette alimentation étant elle- même protégée contre les effets du shuntage par un agence- ment à fusible ou à limitation de courant Bien que cette solution soit efficace comme moyen de protection elle ne donne pas parfois satisfaction, surtout dans le cas o la nature de l'utilisation qui est faite de l'alimentation et/ou le type de travail en cours, en particulier dans le cas de travaux de développement, sont tels que des défaillances dans le transfert d'énergie ou "ratés" ne sont pas rares, la raison étant qu'un tel raté arrête l'alimentation tant que le circuit de protection n'est pas remis en service manuel- lement. Par conséquent, un objet de la présente invention est un moyen de protection d'une alimentation du type dé- crit précédemment, ayant la forme de base venant d'être décrite mais comportant aussi des développements ou des mo- difications décrits dans nos demandes de brevet citées ci- dessus, contre les effets d'un raté sans qu'il y ait arrêt de l'alimentation Un autre objet préféré de la présente invention est de rendre une telle alimentation quelque peu 3. plus efficace en utilisant au lieu de la gaspiller, l'éner- gie associée à un tel raté. Selon la-présente invention, on prévoit une alimen- tation comportant un composant inducteur, un condensateur, un moyen primaire d'alimentation en énergie, un-moyen de transfert pour que l'énergie provenant du moyen primaire d'alimentation en énergie soit accumulée dans le composant inducteur puis transférée au condensateur, et un moyen de circuit couplé au composant inducteur et au moyen primaire îo d'alimentation en énergie, et pouvant fonctionner pour obte- nir de l'énergie du composant inducteur et la renvoyer au moyen primaire d'alimentation en énergie. A titre d'exemple, le moyen de circuit peut com- prendre un enroulement auxiliaire associé au composant induc- teur et une diode connectée entre cet enroulement auxiliai- re et le moyen primaire d'alimentation en énergie, l'enroule- ment auxiliaire étant tel qu'il polarise la diode juste en deçà de son état de conduction pendant le fonctionnement normal de l'alimentation, et lorsque la tension induite dans l'enroulement auxiliaire dépasse sa valeur normale, la dio- de conduit le courant entre l'enroulement auxiliaire et le moyen primaire d'alimentation en énergie en opposition au sens normal du courant en provenant. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec le dessin ci-joint dans lequel: La figure unique représente un schéma de circuit simplifié d'une alimentation reliée à une charge. L'alimentation représentée comprend un transforma- teur à noyau 1 dont un enroulement primaire principal 2 est connecté via un commutateur primaire 3, un commutateur à transistor par exemple, à une source primaire 4 qui produit une tension continue Vs L'enroulement secondaire 5 du transfor- mateur est connecté via une diode 6 et la combinaison en série d'un condensateur 7 et d'une charge 8, cette charge étant, par exemple, un laser au CO 2 G Un commutateur 9, par exemple un commutateur à semiconducteur ou un éclateur, est branché aux bornes de la combinaison condensateur/charge Un 4. enroulement 10 d'un transformateur auxiliaire est connec- té en série à une diode 11, cet ensemble étant branché aux bornes de la source primaire 4 En fonctionnement normal,le commutateur 3 est fermé périodiquement à haute vitesse et, à l'état fermé,le courant provenant de la source 4 s'éta- blit dans l'enroulement 2, alors qu'un flux énergétique est emmagasiné dans le noyau et les enroulements du transforma- teur A chaque ouverture du commutateur 3, le flux emmaga- siné se dissipe, et une impulsion de tension apparaît aux bornes de l'enroulement secondaire 5 et est transférée via la diode 6 au condensateur 7, la charge 8 étant telle qu'el- le constitue un trajet de charge pour le condensateur Dans le cas o la charge n'est pas de cette nature, elle pour- rait être shuntée par un petit inducteur ou, par exemple, par une diode Le commutateur 9 est aussi fermé périodique- ment en synchronisation un sur un avec le commutateur 3, ou d'une manière différente le cas échéant, de façon à décharger le condensateur 7 dans la charge 8. En fonctionnement normal, une tension est égale- ment développée aux bornes de l'enroulement auxiliaire 10, et compte-tenu de la polarisation de cet enroulement et de la diode 11, du branchement de ces deux enroulements aux bornes de la source 4 et de la valeur du nombre de spi- res de l'enroulement, normalementl'opération de fermeture et puis d'ouverture du commutateur 3 polarise la diode 11 de manière qu'elle soit juste en deçà de son état de conduc- tion totale. Dans le cas illustré donné à titre d'exemple, cet état est obtenu en reliant la cathode de la diode 11 au c C- té positif de la source 4 et son anode au c 8 té de l'enroule- ment 10 o apparaissent des pointes de tension positives lors de l'ouverture du commutateur 3. On peut voir que la tension Vc appliquée au con- densateur 7 lorsque le cojiumutateur 3 est ouvert est donnée par II Lf/C o I est le courant traversant l'enroulement 2 au moment de l'ouverture du commutateur, Lf l'inductance de l'enroulement 2 et C la capacité du condensateur 7 Par &j 1 jeulm,1 x tension induite dans l'enroulement 2 sera t Vc.Nl/N 2 (de sorte que la tension aux bornes du commutateur 3 augmentera pour atteindre Vs + Vc,Nl/N 2) et la tension induite dans l'enrouleroent 10 sera Vc N 3/N 2, o Ni, N 2 et N 3 sont le nombre de spires des enroulements 2, 5 et 10, res- pectivement La tension induite dans l'enroulement 10 est appliquée à l'anode de la diode 11, dont la cathode se trouve au potentiel Vs de la source Ainsi, le nombre de spires N 3 de l'enroulement 10 est choisi, par rapport à la tension de la source et au nombre de spires de l'enroule- ment 5, de façon que VC N 3/N 2 > Vs Le nombre relatif de spires des enroulements 2 et 5 et la tension de la source eux-mêmes sont naturellement choisis avant tout en fonction de la tension Vc qui doit être produite. Si un raté se produit, par exemple si le conden- sateui' 7 cesse de se décharger convenablement dans la char- ge 8, alors à chaque ouverture du commutateur 3 pour qu'il y ait transfert de davantage d'énergie au condensateur, la tension appliquée à l'anode de la diode lh augmentera En fonction de la valeur choisie pour la différence entre Vc N 3/N 2 et Vs, tôt ou tard la diode 11 commencera à être conductrice et l'énergie emmagasinée dans le transformateur sera renvoyée à la source 4 Dans le cas limitatif o Vc.N 3/N 2 est égal à V s, la diode 11 bloquera en effet la ten- sion du condensateur à une valeur fixe, c'est-à-dire que la tension Vc du condensateur lors de l'ouverture du commuta- teur 3 après un raté sera virtuellement inchangée, et en supposant un circỉt théorique sans résistance, l'énergie emmagasinée dans le transformateur 1 sera renvoyée sans per- te à la source. Un résultat similaire est obtenu si la valeur du condensateur 7 tombe ou si un circuit ouvert se produit en- tre le condensateur et le transformateur, c'est-à-dire que la tension appliquée à l'anode de la diode 11 augmente et puis la diode renvoie à la source l'énergie emmagasinée dans le transformateur La tension aux bornes du commutateur 3 sera limitée à (Vs + VD)(Nl/N 3) + Vs alors que la tension aux bornes de l'enroulement 5 est limitée à (Vs + VD)(N 2/N 3), Vd étant la tension aux bornes de la diode 1 h lorsqu'elle * 6 est conductrice. Pour un meilleur fonctionnement du circuit repré- senté,les enroulements 2 et 10 sont de préférence à coupla- ge étroit Néanmoins,le couplage de ces enroulements à l'enroulement 5 est moins important. Comme on le remarquera, le circuit illustré peut être conçu de façon à être effectivement protégé contre l'effet d'un raté mais n'est pas réellement arrêté par un tel raté Au contraire, à l'exception de l'impulsion du raté, le circuit continue à fonctionner normalement De plus, l'énergie qui doit être transmise à la charge, et qui ne le fut pas, est retenue dans l'attente du prochain déclen- chement, et l'énergie en excès qui serait transférée au con- densateur lors du cycle suivant de transfert est renvoyée à la source primaire, ce qui permet d'éviter sensiblement les pertes d'énergie à partir de la source primaire dues à un raté. Comme déjà indiqué, l'invention n'est pas juste applicable à la forme de base d'une alimentation inductan- ce/condensateur, telle qu'elle est représente ici, mais l'est également à diverses modifications telles qu'à une partie de celles qui constituent le sujet des demandes de brevet citées ci-dessus La source 4 n'a pas besoin d'être une pile ou une batterie, comme cela est représenté, mais pourrait être constituée, par exemple, d'une alimentation du type redresseur/condensateur. On remarquera en outre, que, étant donné que l'effet de la diode 11 et de l'enroulement auxiliaire 10 est de maintenir la tension Vc à un niveau prédéterminé, ces éléments peuvent être utilisés comme un moyen de contrôle de Vc au lieu d'agir simplement en moyen de protection du circuit contre un raté Ainsi, les composants du circuit peuvent être choisis de façon qu'en l'absence de l'enroule- ment 10 et de la diode 11, la tension Vc du condensateur soit quelque peu supérieure à la valeur requise (même en l'absence de raté) et que l'enroulement 10 et la diode 11 soient rendus opérationnels, de sorte que même en fonction- nement normal, la diode 11 est conductrice et maintient la 7. valeur de Vc au niveau prédéterminé requis A Vc est par conséquent conférée une mesure de stabilité et la diode reste efficace pour protéger le circuit en cas de raté, Comme on le notera, il n'est pas essentiel que le transformateur 1 ait un noyau un transformateur sans no- yau pourrait également être utilisé de la même manière De plus, le circuit avec le réarrangement approprié des compo- sants, pourrait comprendre un inducteur au lieu d'un trans- formateur, comme cela est le cas du mode de réalisation re- présenté, ou un transformateur avec un enroulement agissant en inducteur et remplaçant les enroulements 2 et 5 du trans- formateur représenté, et seulement un autre enroulement pour assumer la fonction de l'enroulement 10. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS I Alimentation, caractérisée en ce qu'elle comprend un composant inducteur, un condensateur, un moyen primaire d'alimentation en énergie, un moyen de transfert pour provoquer l'accumulation de l'énergie provenant du mo- yën primaire d'alimentation dans le composant inducteur, puis son transfert au condensateur, et un moyen de circuit couplé au composant inducteur et au moyen primaire d'alimen- tation en énergie,et pouvant fonctionner pour tirer une cer- taine énergie du composant inducteur et la renvoyer au mo- yen primaire d'alimentation en énergie. 2 Alimentation selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le moyen de circuit comprend un enroule- ment auxiliaire associé au composant inducteur et une dio- de connectée entre l'enroulement auxiliaire et le moyen pri- maire d'alimentation en énergie, cet enroulement secondaire étant tel qu'il polarise la diode juste en deçà de son état de conduction pendant le fonctionnement normal de l'alimentation, et lorsque la tension induite dans l'enroule- ment auxiliaire dépasse sa valeur normale, la diode achemi- ne le courant de l'enroulement auxiliaire au moyen primaire d'alimentation en énergie en opposition au sens normal du courant en provenant. 3 Alimentation selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le moyen de circuit comprend un enroule- ment auxiliaire associé au composant inducteur et une dio- de connectée entre l'enroulement auxiliaire et le moyen primaire d'alimentation en énergie, cet enroulement auxi- liaire pouvant fonctionner de manière à polariser la diode pour l'amener à son état conducteur, d'o il résulte que la diode peut bloquer la tension induite dans le composant inducteur.